Планетарны рэдуктар маставога крана: як чатыры кампаненты ствараюць некалькі перадаткавых лікаў

Разбярыце аўтаматычную каробку перадач, планетарны рэдуктар маставога крана або некаторыя рабатызаваныя рэдуктары, і вы неаднаразова ўбачыце вельмі характэрную структуру зубчастай перадачы: невялікая шасцярня ў цэнтры, некалькі невялікіх шасцярняў вакол яе і вонкавае кольца з унутранымі зуб'ямі.

Здаецца, гэта проста «некалькі перадач, размешчаных па крузе», але пры гэтым яно можа забяспечваць зніжэнне хуткасці, павелічэнне хуткасці, адваротнае кручэнне і кааксіяльную перадачу ў вельмі невялікай прасторы. Яно нават можа стварыць зусім іншае перадаткавае стаўленне планетарнай перадачы, проста змяняючы, які кампанент фіксаваны, які з'яўляецца ўваходным, а які выхадным.

Гэта планетарны рэдуктар. Яго магутнасцю валодае не колькасць перадач, а строгая кінематычная сувязь паміж чатырма асноўнымі кампанентамі.

Спачатку памятайце адзін момант: планетарная шасцярня не змяняе сваё перадаткавае стаўленне пры «пераключэнні на іншы камплект шасцярняў». Замест гэтага яна пераразмяркоўвае рух усёй шасцярні, змяняючы ўваходныя, выхадныя і фіксаваныя суадносіны паміж сонечнай шасцярнёй, кальцавой шасцярнёй і валом планетарнай перадачы.

1. Якія чатыры кампаненты планетарнай каробкі перадач?

1.1 Сонечная шасцярня: цэнтральная шасцярня сістэмы

Сонечная шасцярня размешчана ў цэнтры і звычайна адначасова ўваходзіць у счапленне з некалькімі планетарнымі шасцярнямі. У многіх рэдуктарах уваходны вал электрарухавіка або гідраўлічнага рухавіка злучаны непасрэдна з сонечнай шасцярнёй, таму ён часта нясе ўваходны сігнал высокай хуткасці. Колькасць зуб'яў на сонечнай шасцярні пазначаецца Z._с, а яго вуглавая хуткасць — на ω_с.

1.2 Планетарныя шасцярні: кручэнне вакол сваіх восяў падчас абарачэння вакол Сонца

Планетныя шасцярні — найбольш цікавая частка механізму. Кожная планетарная шасцярня круціцца вакол сваёй восі, адначасова круцячыся вакол сонечнай шасцярні з вядро планетарнай канструкцыі. Адначасова яна ўваходзіць у зачапленне як з сонечнай шасцярнёй, так і з унутраным вянцом шасцярні.

Павелічэнне колькасці планетарных перадач не змяняе тэарэтычнае перадаткавае стаўленне простага планетарнага механізму. Аднак, калі канструкцыя адпаведная і размеркаванне нагрузкі добрае, нагрузку можна размеркаваць некалькімі планетарнымі перадачамі. Гэта адна з прычын, чаму планетарны рэдуктар можа дасягнуць высокай шчыльнасці крутоўнага моманту.

1.3 Зубчасты вянок: ахоплівае ўвесь камплект зубчастых колаў

Зубчасты вянец размешчаны звонку, яго зуб'і накіраваны ўнутр. Ён утварае ўнутранае зачапленне з планетарнымі шасцярнямі. Зубчасты вянец можа быць нерухомым або выкарыстоўвацца як уваходны або выходны элемент. Колькасць зуб'яў на зубчастым вянцы пазначаецца Z._р, а яго вуглавая хуткасць — на ω_р.

1.4 Планетононосец: вызначэнне таго, як рухаюцца планеты як група

Планетарныя шасцярні не круцяцца без падтрымкі. Іх валы ўсталяваны на вале планетарнай шасцярні. Вадзіла злучае планетарныя шасцярні ў адзін вузел, таму кручэнне вадзіла ўяўляе сабой абарачэнне планетарных шасцярняў вакол сонечнай шасцярні. Вуглавая хуткасць вадзіла пазначаецца ω._сУ многіх прамысловых рэдуктарах распаўсюджанай канструкцыяй з'яўляецца фіксацыя зубчастага вянца, выкарыстанне сонечнай шасцярні ў якасці ўваходнага і выкарыстанне водила планетарнага шарніра ў якасці выхаднога.

2. Сапраўдная аснова перадаткавага стаўлення планетарнай перадачы: адно ўраўненне звязвае тры круцячыяся элементы

У звычайнай зубчастай перадачы з фіксаванай воссю становішча дзвюх восей зубчастых колаў фіксаванае, таму перадаткавае стаўленне адносна інтуітыўна зразумелае. У планетарнай перадачы ўсё інакш: восі планетарных шасцярняў рухаюцца разам з валом планетарнай шасцярні, таму простае правіла «колькасць зубцоў вядучай шасцярні, падзеленае на колькасць зубцоў кіраванай шасцярні» нельга прымяніць непасрэдна.

Для найбольш распаўсюджанай простай планетарнай перадачы ўраўненне Уіліса выражае сувязь хуткасцей паміж сонечнай шасцярнёй, вянцом шасцярні і валом планетарнай перадачы:

Тут, ωₛ, ωᵣ, і ω꜀ — вуглавыя хуткасці сонечнай шасцярні, вянцовай шасцярні і вадзіла планетарнай шайбы адпаведна; Zₛ і Зᵣ - гэта колькасць зуб'яў на сонечнай шасцярні і вянцовай шасцярні.

Найважнейшая частка гэтага ўраўнення — не знак мінус, а той факт, што ω꜀ адымаецца ад абедзвюх хуткасцей. Іншымі словамі, сувязь зачаплення ў планетарным рэдуктары трэба разумець у сістэме адліку, якая круціцца разам з валом планетарнай перадачы.

Пасля таго, як вядома хуткасць або фіксаваны стан любых двух элементаў, можна вылічыць хуткасць трэцяга. Такім чынам, адзін і той жа набор зубчастых колаў можа даць зусім розныя вынікі руху без змены колькасці зуб'яў.

Чаму гэта здаецца такім геніяльным? Сярод сонечнай шасцярні, вянцовай шасцярні і вадзіла планетарнай перадачы фіксацыя любога элемента і выбар уваходнага і выходнага сігналу ад двух іншых стварае розныя камбінацыі зніжэння хуткасці, павелічэння хуткасці або адваротнага кручэння. Структура застаецца нязменнай, але змяняецца суадносіны руху.

3. Найбольш распаўсюджаная канструкцыя: фіксаваная зубчастая катушка, сонечны ўваход, выхад паліва

Гэта распаўсюджаная базавая канструкцыя ў рэдуктарах перамяшчэння маставых кранаў, паваротных рэдуктарах і многіх прамысловых планетарных рэдуктарах. Хай зубчасты вянец нерухомы, таму ωᵣ = 0Падстаўляючы гэтую ўмову ў раўнанне Уіліса, атрымліваем:

Калі сонечная шасцярня мае 20 зуб'яў, а вянцовая шасцярня — 60 зуб'яў:

Сонечная шасцярня робіць чатыры абароты, а вадзіла планетарнага вала — прыблізна адзін. Калі ўваходная хуткасць сонечнай шасцярні складае 1200 аб/мін, то, ігнаруючы страты, тэарэтычная выхадная хуткасць вадзіла планетарнага вала складае прыблізна 300 аб/мін.

Гэта тыповае зніжэнне хуткасці з памнажэннем крутоўнага моманту. Тэарэтычна, калі не ўлічваць страты, зніжэнне хуткасці прыблізна да адной чвэрці адпаведна павялічвае выходны крутоўны момант. Фактычнае абсталяванне таксама павінна ўлічваць страты ў зачапленні зубчастых колаў, страты ў падшыпніках, умовы змазкі і іншыя фактары.

4. Адны і тыя ж шасцярні даюць зусім розныя вынікі, калі замацаваны іншы элемент.

Распаўсюджанае непаразуменне заключаецца ў тым, што планетарная шасцярня мае толькі адно перадаткавае стаўленне. Перадатак вызначаецца не толькі колькасцю зуб'яў, але і тым, які элемент нерухомы, які з'яўляецца ўваходным, а які выхадным.

Калі ўсе тры асноўныя элементы могуць рухацца, а адзін з іх кіруецца счапленнем, тормазам або іншай крыніцай энергіі, сістэма можа забяспечваць больш складаную шматхуткасную трансмісію або функцыі размеркавання магутнасці. Гэта важная прычына, па якой планетарныя перадачы шырока выкарыстоўваюцца ў аўтаматычных каробках перадач і гібрыдных механізмах з размеркаваннем магутнасці.

5. Чаму планетарная перадатка можа перадаваць высокі крутоўны момант у такой невялікай прасторы?

Прычына не таямнічая. Ключ у «некалькі адначасовых кропак сеткі плюс кааксіяльнае размяшчэнне».

У звычайнай пары зубчастых колаў асноўная нагрузка сканцэнтравана на адной пары зубчастых колаў. У планетарным механізме некалькі планетарных перадач могуць адначасова ўваходзіць у счапленне з сонечнай і вянцовай шасцярнямі. Пры адпаведнай канструкцыі і раўнамерным размеркаванні нагрузкі ўваходны крутоўны момант можа размеркавацца паміж некалькімі планетарнымі шасцярнямі.

Адначасова сонечная шасцярня, зубчасты вянец і валокны планетарнага вала могуць быць размешчаны на адной восі. Уваходны і выходны валы не павінны быць зрушаныя ў баку, як у звычайным рэдуктары з паралельнымі валамі. У выніку атрымліваецца больш высокая шчыльнасць крутоўнага моманту і больш кампактная канструкцыя пры падобным агульным памеры.

Аднак, не варта разумець «больш планетарных перадач» занадта спрошчана.

Павелічэнне колькасці планетарных перадач не змяняе тэарэтычнае перадаткавае стаўленне, але гэта не азначае, што нагрузка будзе аўтаматычна размеркавана раўнамерна. Памылкі вытворчасці, памылкі кроку, зазор у падшыпніку, дакладнасць пазіцыянавання сатэлітнага пальца і структурная дэфармацыя — усё гэта ўплывае на размеркаванне нагрузкі. Планетарныя рэдуктары з высокай нагрузкай часта патрабуюць спецыяльнай канструкцыі размеркавання нагрузкі.

6. Чаму планетарныя перадачы асабліва папулярныя ў аўтаматычных каробках перадач?

Планетарная перадатка мае перавагу, якую звычайнай зубчастай перадачы з фіксаванай воссю цяжка забяспечыць адначасова: счапленні і тармазы могуць кантраляваць злучэнне і блакіроўку розных элементаў, што дазваляе адной і той жа перадаткавай перадачы ствараць некалькі перадаткавых лікаў.

У якасці канцэптуальнага прыкладу адно становішча шасцярні можа фіксаваць зубчасты вянец, выкарыстоўваць сонечную шасцярню ў якасці ўваходнага прывада, а водило планетарнага вала — у якасці выхаднога. Іншае становішча шасцярні змяняе блакіраваны элемент. Счапленне таксама можа блакіраваць два элементы разам, ствараючы стан прамога прывада, блізкі да 1:1.

Гэта азначае, што трансмісія не патрабуе цалкам асобнай пары зубчастых колаў з фіксаванай воссю для кожнай пазіцыі перадачы. Яе канструкцыя можа быць больш кампактнай, а логіка пераключэння перадач — больш гнуткай.

Варта падкрэсліць, што сучасныя аўтаматычныя каробкі перадач звычайна выкарыстоўваюць складаныя планетарныя перадачы, некалькі планетарных шэрагаў і камбінацыі некалькіх счапленняў. Іх фактычныя разлікі перадаткавых лікаў значна больш складаныя, чым для аднаго простага планетарнага набору.

7. Чаму маставыя краны і будаўнічая тэхніка выкарыстоўваюць планетарныя рэдуктары?

Планетарныя перадачы можна знайсці ў рухавіках экскаватараў, механізмах перамяшчэння маставых кранаў, некаторых паваротных механізмах, рэдуктары лябёдкі маставога крана, і буйныя прамысловыя прывады.

Маставыя краны і будаўнічая тэхніка павінны вырашаць тыповы канфлікт: гідраўлічны рухавік або электрарухавік працуе з адносна высокай хуткасцю, у той час як вядучае кола, вяровачны барабан, або паваротны механізм патрабуе нізкай хуткасці і высокага крутоўнага моманту. У той жа час прастора для ўстаноўкі часта вельмі абмежаваная.

Планетарны рэдуктар добра падыходзіць для такіх умоў эксплуатацыі: ён кааксіяльны і кампактны, можа забяспечваць вялікае перадаткавае стаўленне і можа выкарыстоўваць некалькі прыступак паслядоўна для далейшага зніжэння хуткасці і павелічэння выходнага крутоўнага моманту.

Аднак планетарны рэдуктар не з'яўляецца універсальным рашэннем, якое працуе проста пасля ўстаноўкі. Фактычная канструкцыя павінна таксама праверыць трываласць кантакту паверхні зуба, трываласць на выгіб кораня зуба, тэрмін службы падшыпніка, нагрузку на шарнір, змазку, цеплавы баланс, эфектыўнасць, ударную нагрузку і патрабаванні да тармажэння.

8. Лёгка забываемая геаметрычная ўмова: колькасць зубоў нельга выбіраць адвольна.

У простай планетарнай перадачы сонечная шасцярня, планетарныя шасцярні і вянцовая шасцярня павінны задавальняць асноўную геаметрычную залежнасць. Для простай канструкцыі з аднолькавым модулем і стандартным зачапленнем агульная залежнасць выглядае наступным чынам:

Калі сонечная шасцярня мае 20 зуб'яў, а планетарная шасцярня таксама мае 20 зуб'яў, то кальцавая шасцярня звычайна мае 60 зуб'яў, каб задаволіць суадносіны цэнтральнай адлегласці.

Калі некалькі планетарных перадач павінны быць раўнамерна размешчаны, неабходна таксама праверыць этап зборкі і магчымыя геаметрычныя інтэрферэнцыі паміж суседнімі планетарнымі перадачамі. Іншымі словамі, разлік перадаткавага стаўлення - гэта толькі першы крок. Далейшая канструкцыя патрабуецца, каб зрабіць зубчасты камплект прыдатным для вытворчасці, зборкі і здольным вытрымліваць нагрузку.

9. Чатырох сцвярджэнняў дастаткова, каб зразумець планетарны рэдуктар.

• Сонечная шасцярня знаходзіцца ў цэнтры; планетарныя шасцярні круцяцца вакол сваіх восяў і сонца; кальцавая шасцярня акружае іх; а валокна планетарнага кола перамяшчае планетарныя шасцярні разам як групу.
• Колькасць планетарных перадач звычайна не змяняе тэарэтычнае перадаткавае стаўленне, але шасцярні могуць размеркаваць нагрузку, калі размеркаванне нагрузкі правільна распрацавана.
• Адзін і той жа планетарны камплект можа ствараць розныя суадносіны памяншэння, павелічэння хуткасці або зваротнага звароту шляхам змены нерухомага элемента, уваходнага элемента і выходнага элемента.
• Найбольш распаўсюджаная канструкцыя рэдуктара фіксуе зубчасты вянец, выкарыстоўвае сонечную шасцярню ў якасці ўваходнага вала, а водило планетарнага вала — у якасці выхаднога. У гэтым выпадку, i = 1 + Zᵣ / Zₛ.

Заключная заўвага: яго сапраўдная перавага не ў колькасці перадач, а ў выкарыстанні ступеняў свабоды

Звычайная зубчастая перадача больш падобная на двух людзей, якія трымаюцца за рукі: адзін круціцца, а другі ідзе за ім, таму сувязь прамая. Планетарная перадача больш падобная на групу людзей, якія рухаюцца разам на круцільнай платформе. Сама платформа можа рухацца, і вонкавае кальцо таксама можа рухацца, таму адна і тая ж камбінацыя зубчастых колаў можа даць зусім розныя вынікі.

Гэта самая захапляльная асаблівасць планетарнай перадачы. З чатырма асноўнымі кампанентамі — сонечнай шасцярнёй, планетарнымі шасцярнямі, кальцавым зубчастым вянцом і валом планетарнай перадачы — яна спалучае ў сабе кампактную канструкцыю, некалькі перадаткавых лікаў, сувосевую перадачу і высокую шчыльнасць крутоўнага моманту ў адным механізме.

Калі наступны раз вы ўбачыце планетарны рэдуктар на будаўнічай тэхніцы, спачатку задайце тры пытанні: які элемент з'яўляецца нерухомым? Які элемент з'яўляецца ўваходным? Які элемент з'яўляецца выхадным? Пасля таго, як вы адкажаце на гэтыя тры пытанні, вы зможаце ў асноўным зразумець, чаму планетарны рэдуктар круціцца менавіта так.

Заўвага: Гэты артыкул прызначаны для ўвядзення ў механічныя прынцыпы. Ураўненні заснаваны на кінематычных суадносінах ідэальнага простага планетарнага рэдуктара. Фактычная канструкцыя рэдуктара маставога крана павінна таксама ўлічваць мадыфікацыю профілю зуб'яў, дакладнасць вырабу, размеркаванне нагрузкі, трываласць, эфектыўнасць, змазку, падшыпнікі і цеплавы баланс.

Зора Чжао

Эксперт па рашэннях для падвесных кранаў/казлавых кранаў/стрэлавых кранаў/запчастак крана

Маючы больш за 10 гадоў вопыту работы ў замежнай экспартнай індустрыі Crane, мы дапамаглі больш чым 10 000 кліентам з іх перадпродажнымі пытаннямі і праблемамі, калі ў вас ёсць якія-небудзь адпаведныя патрэбы, калі ласка, не саромейцеся звяртацца да мяне!

WhatsApp: +86 189 3735 0200

Электронная пошта: zorazhao@dgcrane.com