علبة تروس كوكبية للرافعة العلوية: كيف تُنتج أربعة مكونات نسب تروس متعددة

قم بتفكيك ناقل حركة أوتوماتيكي، أو علبة تروس كوكبية لرافعة علوية، أو مخفضات مفاصل روبوت معينة، وسترى بشكل متكرر بنية تروس مميزة للغاية: ترس صغير في المركز، وعدة تروس صغيرة حوله، وحلقة خارجية ذات أسنان داخلية.

يبدو للوهلة الأولى مجرد "عدة تروس مرتبة في دائرة"، ولكنه يوفر إمكانية تخفيض السرعة، وزيادة السرعة، والدوران العكسي، ونقل الحركة المحوري في حيز صغير جدًا. بل ويمكنه إنتاج نسبة تروس كوكبية مختلفة تمامًا بمجرد تغيير المكون الثابت، والمكون الذي يمثل المدخل، والمكون الذي يمثل المخرج.

هذه مجموعة تروس كوكبية. ما يجعلها قوية ليس عدد التروس، بل العلاقة الحركية الدقيقة بين مكوناتها الأساسية الأربعة.

تذكر نقطة واحدة أولاً: مجموعة التروس الكوكبية لا تغير نسبتها عن طريق "التبديل إلى مجموعة أخرى من التروس". بدلاً من ذلك، فإنها تعيد توزيع حركة مجموعة التروس بأكملها عن طريق تغيير المدخلات والمخرجات والعلاقات الثابتة بين الترس الشمسي والترس الحلقي وحامل الكوكب.

1. ما هي المكونات الأربعة لعلبة التروس الكوكبية؟

1.1 الترس الشمسي: الترس المركزي للنظام

يقع الترس الشمسي في المركز ويتعشق عادةً مع عدة تروس كوكبية في آن واحد. في العديد من المخفضات، يتصل عمود إدخال المحرك الكهربائي أو الهيدروليكي مباشرةً بالترس الشمسي، لذا فهو غالبًا ما يتحمل عزم الدوران العالي. يُرمز لعدد أسنان الترس الشمسي بالرمز Z._سوسرعتها الزاوية ω_س.

1.2 تروس الكواكب: تدور حول محاورها الخاصة أثناء دورانها حول الشمس

تُعدّ التروس الكوكبية الجزء الأكثر إثارة للاهتمام في الآلية. يدور كل ترس كوكبي حول محوره الخاص بينما يدور حول الترس الشمسي بواسطة حامل التروس الكوكبية. وفي الوقت نفسه، يتعشق مع كل من الترس الشمسي والترس الحلقي الداخلي.

لا يؤدي زيادة عدد التروس الكوكبية إلى تغيير النسبة النظرية لآلية التروس الكوكبية البسيطة. مع ذلك، عندما يكون التصميم مناسبًا وتوزيع الحمل جيدًا، يمكن لعدة تروس كوكبية أن تتقاسم الحمل. وهذا أحد أسباب قدرة علبة التروس الكوكبية على تحقيق كثافة عزم دوران عالية.

1.3 الترس الحلقي: يحيط بمجموعة التروس بأكملها

يقع الترس الحلقي في الخارج، وأسنانه متجهة للداخل. وهو يشكل تعشيقًا داخليًا مع التروس الكوكبية. يمكن تثبيت الترس الحلقي أو استخدامه كعنصر إدخال أو إخراج. يُرمز لعدد أسنان الترس الحلقي بالرمز Z._روسرعتها الزاوية ω_ر.

1.4 حامل الكواكب: تحديد كيفية تحرك الكواكب كمجموعة

لا تدور التروس الكوكبية دون دعم، إذ تُثبّت محاورها على حاملها. يربط هذا الحامل التروس الكوكبية في وحدة واحدة، لذا فإن دوران الحامل يُمثّل دوران التروس الكوكبية حول الترس الشمسي. ويُرمز للسرعة الزاوية للحامل بالرمز ω._جفي العديد من المخفضات الصناعية، يتمثل الترتيب الشائع في تثبيت الترس الحلقي، واستخدام الترس الشمسي كمدخل، واستخدام حامل الكواكب كمخرج.

2. جوهر نسبة التروس الكوكبية: معادلة واحدة تربط الأجزاء الدوارة الثلاثة

في نظام تروس ثابت المحور، تكون مواقع محوري التروس ثابتة، لذا فإن النسبة تكون بديهية نسبيًا. أما في نظام التروس الكوكبية، فالوضع مختلف: إذ تتحرك محاور التروس الكوكبية مع حاملها، وبالتالي لا يمكن تطبيق قاعدة "عدد أسنان الترس القائد مقسومًا على عدد أسنان الترس المقاد" بشكل مباشر.

بالنسبة لمجموعة التروس الكوكبية البسيطة الأكثر شيوعًا، تعبر معادلة ويليس عن علاقة السرعة بين الترس الشمسي والترس الحلقي وحامل الكواكب:

هنا، ωₛ, ωᵣ، و ω꜀ تمثل هذه السرعات الزاوية للترس الشمسي، والترس الحلقي، وحامل الكواكب، على التوالي؛ Zₛ و Zᵣ تمثل هذه الأرقام عدد أسنان الترس الشمسي والترس الحلقي.

إن أهم جزء في هذه المعادلة ليس الإشارة السالبة، بل حقيقة أن ω꜀ يتم طرحها من كلا السرعتين. بعبارة أخرى، يجب فهم علاقة التعشيق في مجموعة التروس الكوكبية في إطار مرجعي يدور مع حامل الكواكب.

بمجرد معرفة سرعة أو حالة ثبات أي عنصرين، يمكن حساب سرعة العنصر الثالث. وبالتالي، يمكن لمجموعة التروس نفسها أن تُنتج نتائج حركة مختلفة تمامًا دون تغيير عدد الأسنان.

لماذا يبدو هذا التصميم بهذه البراعة؟ من بين ترس الشمس، والترس الحلقي، وحامل الكواكب، يؤدي تثبيت أي جزء منها واختيار المدخلات والمخرجات من الجزأين الآخرين إلى إنتاج توليفات مختلفة من التخفيض، أو زيادة السرعة، أو الدوران العكسي. يبقى الهيكل دون تغيير، لكن علاقة الحركة تتغير.

3. الترتيب الأكثر شيوعًا: ترس حلقي ثابت، مدخل شمسي، مخرج حامل

هذا ترتيب أساسي شائع في علب تروس حركة الرافعات العلوية، ومخفضات الدوران، والعديد من علب التروس الكوكبية الصناعية. لنفترض أن الترس الحلقي ثابت، لذلك ωᵣ = 0وبإدخال هذا الشرط في معادلة ويليس نحصل على:

إذا كان للترس الشمسي 20 سنًا وللترس الحلقي 60 سنًا:

تدور الترس الشمسي أربع دورات بينما يدور حامل الكواكب دورة واحدة تقريبًا. إذا كانت سرعة دوران الترس الشمسي 1200 دورة/دقيقة، فإن السرعة النظرية لحامل الكواكب، مع إهمال الفاقد، تبلغ حوالي 300 دورة/دقيقة.

هذا مثال نموذجي لخفض السرعة مع مضاعفة عزم الدوران. نظريًا، عند إهمال الفاقد، يؤدي خفض السرعة إلى الربع تقريبًا إلى زيادة عزم الدوران الناتج تبعًا لذلك. يجب أن تأخذ المعدات الفعلية في الحسبان أيضًا فاقد تعشيق التروس، وفاقد المحامل، وظروف التشحيم، وعوامل أخرى.

4. نفس التروس تُنتج نتائج مختلفة تمامًا عند تثبيت جزء مختلف منها.

من المفاهيم الخاطئة الشائعة أن مجموعة التروس الكوكبية لها نسبة واحدة فقط. لا تتحدد هذه النسبة بعدد الأسنان فحسب، بل أيضاً بالجزء الثابت، والجزء الذي يمثل المدخل، والجزء الذي يمثل المخرج.

إذا سُمح للأجزاء الرئيسية الثلاثة بالحركة، وتم التحكم في أحدها بواسطة قابض أو مكابح أو مصدر طاقة آخر، فإن النظام قادر على توفير وظائف نقل متعددة السرعات أو توزيع طاقة أكثر تعقيدًا. وهذا سبب رئيسي لاستخدام مجموعات التروس الكوكبية على نطاق واسع في ناقلات الحركة الأوتوماتيكية وآليات توزيع الطاقة الهجينة.

5. لماذا يمكن لمجموعة التروس الكوكبية نقل عزم دوران عالٍ في مساحة صغيرة كهذه؟

السبب ليس غامضاً. المفتاح هو "نقاط شبكية متعددة متزامنة بالإضافة إلى ترتيب محوري".

في نظام التروس العادي، يتركز الحمل الرئيسي على زوج تعشيق واحد. أما في نظام التروس الكوكبية، فيمكن لعدة تروس كوكبية أن تتعشق مع الترس الشمسي والترس الحلقي في آن واحد. وعندما يكون التصميم مناسبًا وتوزيع الحمل منتظمًا، يمكن توزيع عزم الدوران المدخل على عدة تروس كوكبية.

في الوقت نفسه، يمكن ترتيب ترس الشمس والترس الحلقي وحامل الكواكب على نفس المحور. ولا حاجة لإزاحة عمودي الإدخال والإخراج جانبياً كما هو الحال في مخفض السرعة ذي العمودين المتوازيين التقليدي. والنتيجة هي كثافة عزم دوران أعلى وتصميم أكثر إحكاماً ضمن حجم إجمالي مماثل.

ومع ذلك، لا ينبغي فهم عبارة "المزيد من تروس الكواكب" ببساطة شديدة.

زيادة عدد التروس الكوكبية لا تُغير النسبة النظرية، لكن هذا لا يعني بالضرورة توزيع الحمل بالتساوي. تؤثر أخطاء التصنيع، وأخطاء التوجيه، وخلوص المحامل، ودقة تحديد موضع دبابيس التروس الكوكبية، والتشوه الهيكلي، جميعها على توزيع الحمل. غالبًا ما تتطلب علب التروس الكوكبية عالية الحمل تصميمًا خاصًا لتوزيع الحمل.

6. لماذا تحظى التروس الكوكبية بشعبية خاصة في ناقلات الحركة الأوتوماتيكية؟

تتمتع مجموعة التروس الكوكبية بميزة يصعب على مجموعة التروس العادية ذات المحور الثابت توفيرها في نفس الوقت: يمكن للقوابض والفرامل التحكم في اتصال وقفل الأعضاء المختلفة، مما يسمح لمجموعة التروس نفسها بإنتاج نسب متعددة.

كمثال توضيحي، قد يُثبّت وضع ترس معين الترس الحلقي، ويستخدم الترس الشمسي كمدخل، وحامل الكواكب كمخرج. بينما يُغيّر وضع ترس آخر العضو المُقفل. كما يُمكن للقابض أن يُقفل عضوين معًا لإنتاج حالة نقل مباشر قريبة من نسبة 1:1.

هذا يعني أن ناقل الحركة لا يحتاج إلى زوج تروس ثابت المحور منفصل تمامًا لكل وضعية تروس. يمكن أن يكون هيكله أكثر إحكامًا، ويمكن أن تكون آلية تغيير التروس فيه أكثر مرونة.

تجدر الإشارة إلى أن ناقلات الحركة الأوتوماتيكية الحديثة تستخدم عادةً مجموعات تروس كوكبية مركبة، وصفوفًا متعددة من التروس الكوكبية، ومجموعات من عدة قابضات. وتكون حسابات نسب التروس الفعلية فيها أكثر تعقيدًا بكثير من تلك الخاصة بمجموعة تروس كوكبية بسيطة واحدة.

7. لماذا تعتمد الرافعات العلوية وآلات البناء على مخفضات السرعة الكوكبية؟

توجد التروس الكوكبية في محركات حركة الحفارات، وآليات حركة الرافعات العلوية، وبعض آليات الدوران. علب تروس ونش الرافعة العلويةوالمحركات الصناعية الكبيرة.

يتعين على الرافعات العلوية وآلات البناء حل مشكلة نموذجية: يعمل المحرك الهيدروليكي أو المحرك الكهربائي بسرعة عالية نسبيًا، بينما تدور عجلة القيادة، طبل حبلأو أن آلية الدوران تتطلب سرعة منخفضة وعزم دوران عالٍ. وفي الوقت نفسه، غالباً ما تكون مساحة التركيب محدودة للغاية.

يُعد المخفض الكوكبي مناسبًا تمامًا لظروف التشغيل هذه: فهو محوري وصغير الحجم، ويمكنه توفير نسبة تخفيض كبيرة، ويمكنه استخدام مراحل متعددة على التوالي لتقليل السرعة بشكل أكبر وزيادة عزم الدوران الناتج.

مع ذلك، فإن مجموعة التروس الكوكبية ليست حلاً شاملاً يعمل بمجرد تركيبها. يجب أن يراعي التصميم الفعلي أيضاً قوة تلامس سطح السن، وقوة انحناء جذر السن، وعمر المحمل، وحمل دبوس الكوكب، والتشحيم، والتوازن الحراري، والكفاءة، وحمل الصدمات، ومتطلبات الكبح.

8. شرط هندسي يسهل إغفاله: لا يمكن اختيار عدد الأسنان بشكل عشوائي

في مجموعة تروس كوكبية بسيطة، يجب أن تخضع تروس الشمس والتروس الكوكبية والترس الحلقي لعلاقة هندسية أساسية. بالنسبة لترتيب بسيط بنفس المعامل والتعشيق القياسي، تكون العلاقة الشائعة كما يلي:

إذا كان للترس الشمسي 20 سنًا وللترس الكوكبي 20 سنًا، فإن الترس الحلقي يحتاج عادةً إلى 60 سنًا لتحقيق علاقة المسافة المركزية.

إذا كان من المقرر ترتيب عدة تروس كوكبية بشكل متساوٍ، فيجب أيضًا فحص مرحلة التجميع والتداخل الهندسي المحتمل بين التروس الكوكبية المتجاورة. بعبارة أخرى، حساب النسبة ليس سوى الخطوة الأولى. يلزم تصميم إضافي لجعل مجموعة التروس قابلة للتصنيع والتجميع وقادرة على تحمل الحمل.

9. أربع عبارات تكفي لفهم مجموعة التروس الكوكبية

• توجد ترس الشمس في المركز؛ وتدور تروس الكواكب على محاورها الخاصة وتدور حول الشمس؛ ويحيط بها الترس الحلقي؛ ويحمل حامل الكواكب تروس الكواكب كمجموعة.
• لا يؤدي عدد التروس الكوكبية عمومًا إلى تغيير النسبة النظرية، ولكن يمكن للتروس أن تتقاسم الحمل عندما يتم تصميم توزيع الحمل بشكل صحيح.
• يمكن لمجموعة التروس الكوكبية نفسها أن تنتج علاقات تخفيض أو زيادة في السرعة أو عكسية مختلفة عن طريق تغيير العضو الثابت وعضو الإدخال وعضو الإخراج.
• تعتمد آلية التخفيض الأكثر شيوعًا على تثبيت الترس الحلقي، واستخدام الترس الشمسي كمدخل، واستخدام حامل الكواكب كمخرج. في هذه الحالة، i = 1 + Zᵣ / Zₛ.

ملاحظة أخيرة: تكمن قوتها الحقيقية ليس في عدد التروس، بل في استخدام درجات الحرية

نظام التروس العادي أشبه بشخصين يمسكان بأيدي بعضهما: أحدهما يدور، والآخر يتبعه، لذا فالعلاقة مباشرة. أما نظام التروس الكوكبية فهو أشبه بمجموعة من الأشخاص يتحركون معًا على منصة دوارة. المنصة نفسها قابلة للحركة، وكذلك الحلقة الخارجية، لذا فإن نفس تركيبة التروس قد تُنتج نتائج مختلفة تمامًا.

هذه هي السمة الأكثر إثارة للإعجاب في مجموعة التروس الكوكبية. فهي تتكون من أربعة مكونات أساسية - الترس الشمسي، والتروس الكوكبية، والترس الحلقي، وحامل التروس الكوكبية - وتجمع بين بنية مدمجة، ونسب متعددة، ونقل محوري، وكثافة عزم دوران عالية في آلية واحدة.

في المرة القادمة التي ترى فيها مُخفِّض سرعة كوكبي على آلات البناء، اسأل نفسك ثلاثة أسئلة أولاً: ما هو الجزء الثابت؟ ما هو الجزء المُدخل؟ ما هو الجزء المُخرج؟ بمجرد الإجابة على هذه الأسئلة الثلاثة، يمكنك فهم سبب دوران مجموعة التروس الكوكبية بهذه الطريقة.

ملاحظة: هذه المقالة بمثابة مقدمة للمبادئ الميكانيكية. تستند المعادلات إلى العلاقات الحركية لمجموعة تروس كوكبية بسيطة مثالية. يجب أن يراعي تصميم علبة تروس الرافعة العلوية الفعلية تعديل شكل الأسنان، ودقة التصنيع، وتوزيع الأحمال، والمتانة، والكفاءة، والتشحيم، والمحامل، والتوازن الحراري.

زورا تشاو

خبير في حلول الرافعات العلوية/الرافعات الجسرية/الرافعات الجيبية/أجزاء الرافعات

مع ما يزيد عن 10 سنوات من الخبرة في مجال تصدير Crane Overseas، ساعدت أكثر من 10,000 عميل في الإجابة على أسئلتهم واهتماماتهم قبل البيع، وإذا كانت لديك أي احتياجات ذات صلة، فلا تتردد في الاتصال بي!

واتساب: +86 189 3735 0200

بريد الالكتروني: zorazhao@dgcrane.com