Πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων με γερανό: Πώς τέσσερα εξαρτήματα δημιουργούν πολλαπλές σχέσεις μετάδοσης

Αποσυναρμολογήστε ένα αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων, ένα πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων γερανού ή ορισμένους ρομποτικούς μειωτήρες αρθρώσεων και θα βλέπετε επανειλημμένα μια πολύ χαρακτηριστική δομή γραναζιών: ένα μικρό γρανάζι στο κέντρο, πολλά μικρά γρανάζια γύρω του και έναν εξωτερικό δακτύλιο με εσωτερικά δόντια.

Μοιάζει με τίποτα περισσότερο από «πολλά γρανάζια διατεταγμένα σε κύκλο», κι όμως μπορεί να παρέχει μείωση ταχύτητας, αύξηση ταχύτητας, αντίστροφη περιστροφή και ομοαξονική μετάδοση σε πολύ μικρό χώρο. Μπορεί ακόμη και να παράγει μια εντελώς διαφορετική σχέση πλανητικής μετάδοσης απλώς αλλάζοντας ποιο εξάρτημα είναι σταθερό, ποιο είναι η είσοδος και ποιο είναι η έξοδος.

Αυτό είναι ένα πλανητικό σετ γραναζιών. Αυτό που το καθιστά ισχυρό δεν είναι ο αριθμός των γραναζιών, αλλά η αυστηρή κινηματική σχέση μεταξύ των τεσσάρων βασικών εξαρτημάτων του.

Θυμηθείτε ένα σημείο πρώτα: ένα πλανητικό σετ γραναζιών δεν αλλάζει την αναλογία του «μεταβαίνοντας σε ένα άλλο σετ γραναζιών». Αντίθετα, αναδιανέμει την κίνηση ολόκληρου του σετ γραναζιών αλλάζοντας την είσοδο, την έξοδο και τις σταθερές σχέσεις μεταξύ του ηλιακού γραναζιού, του δακτυλιοειδούς γραναζιού και του φορέα πλανήτη.

1. Ποια είναι τα τέσσερα εξαρτήματα ενός πλανητικού κιβωτίου ταχυτήτων;

1.1 Ηλιακός γρανάζι: Ο κεντρικός γρανάζι του συστήματος

Το ηλιακό γρανάζι βρίσκεται στο κέντρο και συνήθως εμπλέκεται με πολλά πλανητικά γρανάζια ταυτόχρονα. Σε πολλούς μειωτήρες, ο άξονας εισόδου ενός ηλεκτροκινητήρα ή υδραυλικού κινητήρα συνδέεται απευθείας με το ηλιακό γρανάζι, επομένως συχνά μεταφέρει την είσοδο υψηλής ταχύτητας. Ο αριθμός των δοντιών στο ηλιακό γρανάζι συμβολίζεται με Z._μικρό, και η γωνιακή του ταχύτητα κατά ω_μικρό.

1.2 Πλανητικά Γρανάζια: Περιστρέφονται γύρω από τους δικούς τους άξονες ενώ βρίσκονται σε τροχιά γύρω από τον Ήλιο

Τα πλανητικά γρανάζια είναι το πιο ενδιαφέρον μέρος του μηχανισμού. Κάθε πλανητικό γρανάζι περιστρέφεται γύρω από τον άξονά του ενώ περιστρέφεται γύρω από το ηλιακό γρανάζι με τον φορέα πλανητών. Ταυτόχρονα, εμπλέκεται τόσο με το ηλιακό γρανάζι όσο και με το εσωτερικό δακτυλιοειδές γρανάζι.

Η αύξηση του αριθμού των πλανητικών γραναζιών δεν αλλάζει τη θεωρητική σχέση ενός απλού μηχανισμού πλανητικών γραναζιών. Ωστόσο, όταν ο σχεδιασμός είναι κατάλληλος και η κατανομή φορτίου είναι καλή, πολλαπλά πλανητικά γρανάζια μπορούν να μοιράζονται το φορτίο. Αυτός είναι ένας λόγος για τον οποίο ένα πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων μπορεί να επιτύχει υψηλή πυκνότητα ροπής.

1.3 Δακτύλιος γραναζιού: Περικλείοντας ολόκληρο το σετ γραναζιών

Ο δακτύλιος βρίσκεται στο εξωτερικό, με τα δόντια του στραμμένα προς τα μέσα. Σχηματίζει ένα εσωτερικό πλέγμα με τους πλανητικούς οδοντωτούς τροχούς. Ο δακτύλιος μπορεί να είναι σταθερός ή να χρησιμοποιηθεί είτε ως στοιχείο εισόδου είτε ως στοιχείο εξόδου. Ο αριθμός των δοντιών στον δακτύλιο συμβολίζεται με Z._ρ, και η γωνιακή του ταχύτητα κατά ω_ρ.

1.4 Πλανήτης-Φορέας: Προσδιορισμός του τρόπου με τον οποίο κινούνται οι πλανήτες ως ομάδα

Τα πλανητικά γρανάζια δεν περιστρέφονται χωρίς στήριξη. Οι άξονές τους είναι τοποθετημένοι στον φορέα πλανητών. Ο φορέας συνδέει τα πλανητικά γρανάζια σε ένα σύνολο, επομένως η περιστροφή του φορέα αντιπροσωπεύει την περιστροφή των πλανητικών γραναζιών γύρω από τον ηλιακό οδοντωτό τροχό. Η γωνιακή ταχύτητα του φορέα συμβολίζεται με ω._ντοΣε πολλούς βιομηχανικούς μειωτήρες, μια συνηθισμένη διάταξη είναι η στερέωση του δακτυλιοειδούς γραναζιού, η χρήση του ηλιακού γραναζιού ως εισόδου και η χρήση του φορέα πλανήτη ως εξόδου.

2. Ο πραγματικός πυρήνας της πλανητικής σχέσης γραναζιών: Μία εξίσωση συνδέει τα τρία περιστρεφόμενα μέλη

Σε ένα συνηθισμένο σύστημα γραναζιών σταθερού άξονα, οι θέσεις των δύο αξόνων των γραναζιών είναι σταθερές, επομένως η αναλογία είναι σχετικά διαισθητική. Ένα σύνολο πλανητικών γραναζιών είναι διαφορετικό: οι άξονες των πλανητικών γραναζιών κινούνται με τον φορέα του πλανήτη, επομένως ο απλός κανόνας «δοντιών του κινητήριου γραναζιού δια των δοντιών του κινούμενου γραναζιού» δεν μπορεί να εφαρμοστεί άμεσα.

Για το πιο συνηθισμένο απλό σύνολο πλανητικών γραναζιών, η εξίσωση Willis εκφράζει τη σχέση ταχύτητας μεταξύ του ηλιακού γραναζιού, του δακτυλιοειδούς γραναζιού και του φορέα πλανήτη:

Εδώ, ωₛ, ωᵣ, και ωγ είναι οι γωνιακές ταχύτητες του ηλιακού γραναζιού, του δακτυλιοειδούς γραναζιού και του φορέα πλανήτη, αντίστοιχα· Zₛ και Ζᵣ είναι οι αριθμοί των δοντιών στον ήλιο και στον δακτύλιο.

Το πιο σημαντικό μέρος αυτής της εξίσωσης δεν είναι το αρνητικό πρόσημο, αλλά το γεγονός ότι ωγ αφαιρείται και από τις δύο ταχύτητες. Με άλλα λόγια, η σχέση εμπλοκής σε ένα πλανητικό σετ γραναζιών πρέπει να γίνει κατανοητή σε ένα σύστημα αναφοράς που περιστρέφεται μαζί με τον φορέα του πλανήτη.

Μόλις γίνει γνωστή η ταχύτητα ή η σταθερή κατάσταση οποιωνδήποτε δύο μελών, μπορεί να υπολογιστεί η ταχύτητα του τρίτου. Το ίδιο σετ γραναζιών μπορεί επομένως να παράγει εντελώς διαφορετικά αποτελέσματα κίνησης χωρίς να αλλάξει ο αριθμός των δοντιών.

Γιατί αυτό φαίνεται τόσο ευφυές; Μεταξύ του ηλιακού γραναζιού, του δακτυλιοειδούς γραναζιού και του φορέα πλανήτη, η στερέωση οποιουδήποτε μέλους και η επιλογή της εισόδου και της εξόδου από τα άλλα δύο παράγει διαφορετικούς συνδυασμούς μείωσης, αύξησης ταχύτητας ή αντίστροφης περιστροφής. Η δομή παραμένει αμετάβλητη, αλλά η σχέση κίνησης αλλάζει.

3. Η πιο κοινή διάταξη: Σταθερό γρανάζι δακτυλίου, είσοδος ηλίου, έξοδος φορέα

Αυτή είναι μια κοινή βασική διάταξη σε κιβώτια ταχυτήτων γερανογεφυρών, μειωτήρες περιστροφής και πολλά βιομηχανικά πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων. Αφήστε το γρανάζι δακτυλίου να είναι σταθερό, έτσι ωᵣ = 0Αντικαθιστώντας αυτήν την συνθήκη στην εξίσωση Willis προκύπτει:

Αν ο ηλιακός οδοντωτός τροχός έχει 20 δόντια και ο δακτύλιος έχει 60 δόντια:

Ο ηλιακός οδοντωτός τροχός περιστρέφεται τέσσερις περιστροφές, ενώ ο πλανητικός φορέας περιστρέφεται περίπου μία περιστροφή. Εάν η ταχύτητα εισόδου του ηλιακού γραναζιού είναι 1.200 r/min, τότε, αγνοώντας τις απώλειες, η θεωρητική ταχύτητα εξόδου του πλανητικού φορέα είναι περίπου 300 r/min.

Αυτή είναι μια τυπική μείωση ταχύτητας με πολλαπλασιασμό ροπής. Θεωρητικά, όταν αγνοούνται οι απώλειες, η μείωση της ταχύτητας σε περίπου ένα τέταρτο αυξάνει ανάλογα τη ροπή εξόδου. Ο πραγματικός εξοπλισμός πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη τις απώλειες εμπλοκής γραναζιών, τις απώλειες ρουλεμάν, τις συνθήκες λίπανσης και άλλους παράγοντες.

4. Τα ίδια εργαλεία παράγουν εντελώς διαφορετικά αποτελέσματα όταν διορθώνεται ένα διαφορετικό μέλος

Μια συνηθισμένη παρανόηση είναι ότι ένα πλανητικό σετ γραναζιών έχει φυσικά μόνο μία σχέση. Η σχέση καθορίζεται όχι μόνο από τον αριθμό των δοντιών, αλλά και από το ποιο μέλος είναι σταθερό, ποιο είναι η είσοδος και ποιο είναι η έξοδος.

Εάν και τα τρία κύρια μέλη επιτρέπεται να κινούνται και το ένα μέλος ελέγχεται από συμπλέκτη, φρένο ή άλλη πηγή ισχύος, το σύστημα μπορεί να παρέχει πιο σύνθετες λειτουργίες κιβωτίου ταχυτήτων πολλαπλών ταχυτήτων ή διαχωρισμού ισχύος. Αυτός είναι ένας σημαντικός λόγος για τον οποίο τα πλανητικά γρανάζια χρησιμοποιούνται ευρέως σε αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων και υβριδικούς μηχανισμούς διαχωρισμού ισχύος.

5. Γιατί ένα πλανητικό σετ γραναζιών μπορεί να μεταδώσει υψηλή ροπή σε τόσο μικρό χώρο;

Ο λόγος δεν είναι μυστηριώδης. Το κλειδί είναι «πολλαπλά ταυτόχρονα σημεία πλέγματος συν ομοαξονική διάταξη».

Σε ένα συνηθισμένο ζεύγος γραναζιών, το κύριο φορτίο συγκεντρώνεται σε ένα ζεύγος εμπλοκής. Σε έναν πλανητικό μηχανισμό, πολλά πλανητικά γρανάζια μπορούν να εμπλέκονται ταυτόχρονα με τον ηλιακό οδοντωτό τροχό και τον δακτυλιοειδή οδοντωτό τροχό. Όταν ο σχεδιασμός είναι κατάλληλος και η κατανομή φορτίου είναι ομοιόμορφη, η ροπή εισόδου μπορεί να μοιραστεί σε πολλά πλανητικά γρανάζια.

Ταυτόχρονα, ο ηλιακός οδοντωτός τροχός, ο δακτύλιος και ο φορέας πλανητών μπορούν να τοποθετηθούν στον ίδιο άξονα. Οι άξονες εισόδου και εξόδου δεν χρειάζεται να είναι πλευρικά μετατοπισμένοι, καθώς βρίσκονται σε έναν συνηθισμένο μειωτήρα παράλληλου άξονα. Το αποτέλεσμα είναι υψηλότερη πυκνότητα ροπής και πιο συμπαγής διάταξη σε παρόμοιο συνολικό μέγεθος.

Ωστόσο, η φράση «περισσότεροι πλανητικοί οδοντωτοί τροχοί» δεν πρέπει να γίνεται κατανοητή πολύ απλά.

Η αύξηση του αριθμού των πλανητικών γραναζιών δεν αλλάζει τη θεωρητική αναλογία, αλλά αυτό δεν σημαίνει ότι το φορτίο θα κατανέμεται αυτόματα ισότιμα. Τα κατασκευαστικά σφάλματα, τα σφάλματα ακροδεκτών, το διάκενο των ρουλεμάν, η ακρίβεια τοποθέτησης των πείρων του πλανήτη και η δομική παραμόρφωση επηρεάζουν όλα την κατανομή φορτίου. Τα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων υψηλού φορτίου συχνά απαιτούν ειδικό σχεδιασμό κατανομής φορτίου.

6. Γιατί τα πλανητικά γρανάζια είναι ιδιαίτερα δημοφιλή στα αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων;

Ένα πλανητικό σετ γραναζιών έχει ένα πλεονέκτημα που είναι δύσκολο να παρέχει ταυτόχρονα ένα συνηθισμένο σύστημα γραναζιών σταθερού άξονα: οι συμπλέκτες και τα φρένα μπορούν να ελέγχουν τη σύνδεση και το κλείδωμα διαφορετικών μελών, επιτρέποντας στο ίδιο σετ γραναζιών να παράγει πολλαπλές σχέσεις μετάδοσης.

Ως ένα εννοιολογικό παράδειγμα, μια θέση γραναζιού μπορεί να σταθεροποιήσει τον δακτυλιοειδή οδοντωτό τροχό, να χρησιμοποιήσει τον ηλιακό οδοντωτό τροχό ως είσοδο και να χρησιμοποιήσει τον πλανητικό φορέα ως έξοδο. Μια άλλη θέση γραναζιού αλλάζει το κλειδωμένο μέλος. Ένας συμπλέκτης μπορεί επίσης να κλειδώσει δύο μέλη μαζί για να παράγει μια κατάσταση άμεσης μετάδοσης κίνησης κοντά στο 1:1.

Αυτό σημαίνει ότι το κιβώτιο ταχυτήτων δεν χρειάζεται ένα εντελώς ξεχωριστό ζεύγος γραναζιών σταθερού άξονα για κάθε θέση ταχύτητας. Η δομή του μπορεί να είναι πιο συμπαγής και η λογική αλλαγής ταχυτήτων μπορεί να είναι πιο ευέλικτη.

Πρέπει να τονιστεί ότι τα σύγχρονα αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων χρησιμοποιούν συνήθως σύνθετα πλανητικά γρανάζια, πολλαπλές σειρές πλανητικών γραναζιών και συνδυασμούς διαφόρων συμπλεκτών. Οι πραγματικοί υπολογισμοί σχέσης μετάδοσης είναι πολύ πιο περίπλοκοι από εκείνους ενός απλού πλανητικού γραναζιού.

7. Γιατί οι εναέριοι γερανοί και τα μηχανήματα κατασκευών βασίζονται σε πλανητικούς μειωτήρες;

Τα πλανητικά γρανάζια μπορούν να βρεθούν σε κινητήρες κίνησης εκσκαφέων, σε μηχανισμούς κίνησης γερανών, σε ορισμένους μηχανισμούς περιστροφής, κιβώτια ταχυτήτων με βαρούλκο γερανού, και μεγάλες βιομηχανικές μονάδες κίνησης.

Οι εναέριοι γερανοί και τα μηχανήματα κατασκευών πρέπει να επιλύσουν μια τυπική σύγκρουση: ο υδραυλικός κινητήρας ή ο ηλεκτροκινητήρας λειτουργεί με σχετικά υψηλή ταχύτητα, ενώ ο κινητήριος τροχός, τύμπανο σχοινιού, ή ο μηχανισμός περιστροφής απαιτεί χαμηλή ταχύτητα και υψηλή ροπή. Ταυτόχρονα, ο χώρος εγκατάστασης είναι συχνά πολύ περιορισμένος.

Ένας πλανητικός μειωτήρας είναι κατάλληλος για αυτές τις συνθήκες λειτουργίας: είναι ομοαξονικός και συμπαγής, μπορεί να παρέχει μεγάλο λόγο μείωσης και μπορεί να χρησιμοποιήσει πολλαπλά στάδια σε σειρά για περαιτέρω μείωση της ταχύτητας και αύξηση της ροπής εξόδου.

Ωστόσο, ένα σετ πλανητικών γραναζιών δεν αποτελεί καθολική λύση που λειτουργεί απλώς με την εγκατάστασή του. Ο πραγματικός σχεδιασμός πρέπει επίσης να ελέγχει την αντοχή επαφής με την επιφάνεια του δοντιού, την αντοχή κάμψης με τη ρίζα του δοντιού, τη διάρκεια ζωής του ρουλεμάν, το φορτίο του πείρου του πλανήτη, τη λίπανση, τη θερμική ισορροπία, την απόδοση, το φορτίο κρούσης και τις απαιτήσεις πέδησης.

8. Μια εύκολα παραβλεπόμενη γεωμετρική συνθήκη: Ο αριθμός των δοντιών δεν μπορεί να επιλεγεί αυθαίρετα

Σε ένα απλό σετ πλανητικών γραναζιών, ο ηλιακός οδοντωτός τροχός, οι πλανητικοί οδοντωτοί τροχοί και ο δακτυλιοειδής οδοντωτός τροχός πρέπει να ικανοποιούν μια βασική γεωμετρική σχέση. Για μια απλή διάταξη με την ίδια μονάδα και τυπική εμπλοκή, η συνήθης σχέση είναι:

Εάν ο ηλιακός οδοντωτός τροχός έχει 20 δόντια και ο πλανητικός οδοντωτός τροχός έχει 20 δόντια, ο δακτυλιοειδής οδοντωτός τροχός χρειάζεται κανονικά 60 δόντια για να ικανοποιήσει τη σχέση κεντρικής απόστασης.

Εάν πρόκειται να τοποθετηθούν ομοιόμορφα πολλαπλά πλανητικά γρανάζια, πρέπει επίσης να ελεγχθεί η φάση συναρμολόγησης και η πιθανή γεωμετρική παρεμβολή μεταξύ γειτονικών πλανητικών γραναζιών. Με άλλα λόγια, ο υπολογισμός μιας αναλογίας είναι μόνο το πρώτο βήμα. Απαιτείται περαιτέρω σχεδιασμός για να καταστεί το σετ γραναζιών κατασκευαστό, συναρμολογήσιμο και ικανό να μεταφέρει το φορτίο.

9. Τέσσερις δηλώσεις είναι αρκετές για να κατανοήσετε ένα σετ πλανητικών γραναζιών

• Ο ηλιακός οδοντωτός τροχός βρίσκεται στο κέντρο. Οι πλανητικοί οδοντωτοί τροχοί περιστρέφονται γύρω από τους δικούς τους άξονες και γύρω από τον ήλιο. Ο δακτυλιοειδής οδοντωτός τροχός τους περιβάλλει και ο πλανητικός φορέας μεταφέρει τους πλανητικούς οδοντωτούς τροχούς ως ομάδα.
• Ο αριθμός των πλανητικών γραναζιών γενικά δεν αλλάζει τη θεωρητική σχέση, αλλά τα γρανάζια μπορούν να μοιράζονται το φορτίο όταν η κατανομή φορτίου έχει σχεδιαστεί σωστά.
• Το ίδιο πλανητικό σετ γραναζιών μπορεί να παράγει διαφορετικές σχέσεις μείωσης, αύξησης ταχύτητας ή αντίστροφης ταχύτητας αλλάζοντας το σταθερό μέλος, το μέλος εισόδου και το μέλος εξόδου.
• Η πιο συνηθισμένη διάταξη μείωσης καθορίζει τον δακτυλιοειδή οδοντωτό τροχό, χρησιμοποιεί τον ηλιακό οδοντωτό τροχό ως είσοδο και χρησιμοποιεί τον πλανητικό φορέα ως έξοδο. Σε αυτήν την περίπτωση, i = 1 + Zᵣ / Zₛ.

Τελική σημείωση: Η πραγματική του δύναμη δεν είναι ο αριθμός των γραναζιών, αλλά η χρήση βαθμών ελευθερίας

Ένα συνηθισμένο σύστημα μετάδοσης κίνησης μοιάζει περισσότερο με δύο άτομα που κρατιούνται χέρι-χέρι: το ένα γυρίζει και το άλλο ακολουθεί, επομένως η σχέση είναι άμεση. Ένα πλανητικό σετ γραναζιών μοιάζει περισσότερο με μια ομάδα ανθρώπων που κινούνται μαζί σε μια περιστρεφόμενη πλατφόρμα. Η ίδια η πλατφόρμα μπορεί να κινηθεί, όπως και ο εξωτερικός δακτύλιος, επομένως ο ίδιος συνδυασμός γραναζιών μπορεί να παράγει εντελώς διαφορετικά αποτελέσματα.

Αυτό είναι το πιο συναρπαστικό χαρακτηριστικό ενός πλανητικού σετ γραναζιών. Με τέσσερα βασικά εξαρτήματα - τον ηλιακό οδοντωτό τροχό, τους πλανητικούς τροχούς, τον δακτυλιοειδή οδοντωτό τροχό και τον φορέα πλανητών - συνδυάζει συμπαγή δομή, πολλαπλές σχέσεις μετάδοσης, ομοαξονική μετάδοση και υψηλή πυκνότητα ροπής σε έναν μόνο μηχανισμό.

Την επόμενη φορά που θα δείτε έναν πλανητικό μειωτήρα σε μηχανήματα κατασκευών, κάντε πρώτα τρεις ερωτήσεις: Ποιο μέλος είναι σταθερό; Ποιο μέλος είναι η είσοδος; Ποιο μέλος είναι η έξοδος; Μόλις απαντηθούν αυτές οι τρεις ερωτήσεις, μπορείτε ουσιαστικά να καταλάβετε γιατί το σετ πλανητικών γραναζιών περιστρέφεται όπως περιστρέφεται.

Σημείωση: Αυτό το άρθρο προορίζεται ως εισαγωγή στις μηχανικές αρχές. Οι εξισώσεις βασίζονται στις κινηματικές σχέσεις ενός ιδανικού απλού πλανητικού σετ γραναζιών. Ο πραγματικός σχεδιασμός του κιβωτίου ταχυτήτων ενός γερανού πρέπει επίσης να λαμβάνει υπόψη την τροποποίηση του προφίλ των δοντιών, την ακρίβεια κατασκευής, την κατανομή φορτίου, την αντοχή, την απόδοση, τη λίπανση, τα ρουλεμάν και τη θερμική ισορροπία.

Ζόρα Ζάο

Εμπειρογνώμονας στις λύσεις εξαρτημάτων γερανού/γερανού γερανού/γερανού γερανού γερανού

Με 10+ χρόνια εμπειρίας στη βιομηχανία εξαγωγών Crane Overseas, βοήθησε 10.000+ πελάτες με τις ερωτήσεις και τις ανησυχίες τους πριν από την πώληση, εάν έχετε οποιεσδήποτε σχετικές ανάγκες, μη διστάσετε να επικοινωνήσετε μαζί μου!

WhatsApp: +86 189 3735 0200

ΗΛΕΚΤΡΟΝΙΚΗ ΔΙΕΥΘΥΝΣΗ: zorazhao@dgcrane.com