Библиотека

Как устроен планетарный редуктор?

Планетарный редуктор – это механизм, состоящий из одной или нескольких планетарных передач. Планетарная передача в простейшем (и достаточно распространённом) случае состоит из нескольких основных элементов:

  • Солнечная шестерня – расположена в центре планетарной передачи;
  • Сателлиты – несколько шестерён, расположенных в контакте с солнечной шестернёй;
  • Эпицикл – зубчатое колесо с внутренним зубом расположенное снаружи планетарной передачи, находится в зацеплении с сателлитами;
  • Водило – является соединительным элементом для сателлитов. На водиле установлены оси, на которых вращаются сателлиты.

Planetary_gearhead_обрез.jpg

В качестве входного элемента в планетарной передаче может использоваться солнечная шестерня, водило или эпицикл. Аналогичным образом выходным элементом передачи может служить любая из трёх указанных частей передачи. Третья из этих частей передачи может быть неподвижной (и тогда передача работает как повышающий или понижающий редуктор), а может быть и движущейся, выступая в качестве дополнительного входного или выходного элемента (и тогда планетарная передача может работать, например, как дифференциал). Это позволяет получать различные передаточные числа для одной и той же планетарной передачи и даёт возможность более гибкого её использования.

В электроприводах малой мощности планетарная передача чаще всего используется в составе планетарных редукторов. В этом случае эпицикл, как правило, является неподвижным элементом, входным элементом является солнечная шестерня, а выходным элементом - водило. Планетарный редуктор может включать в себя одну или несколько планетарных передач. Планетарные передачи собираются последовательно, выход предыдущей передачи является входом последующей. Каждая передача в этом случае является ступенью планетарного редуктора. Солнечная шестерня первой (со стороны двигателя) ступени устанавливается непосредственно на вал двигателя. Солнечные шестерни второй и последующих ступеней устанавливаются на водила предыдущих ступеней. Выходной вал редуктора устанавливается на водило последней ступени.

Как работает планетарный редуктор?

При вращении солнечной шестерни, сателлиты, находящиеся с ней в зацеплении также приходят во вращение. Поскольку сателлиты находятся также во внутреннем зацеплении с эпициклом, то при своём вращении сателлиты перекатываются по его окружности. Тем самым осям сателлитов сообщается вращательное движение. Вращательное движение осей сателлитов, в свою очередь, приводит во вращение водило, на котором эти оси установлены. Так происходит работа планетарной передачи простейшей конструкции в случае работы с неподвижным эпициклом. 

Если вместо эпицикла фиксировать водило, или солнечную шестерню, используя в качестве входных и выходных элементов остальные две из трёх упомянутых деталей передачи, то планетарный редуктор будет работать и при таком использовании. Изменится при этом передаточное число (редуктор будет повышающим или понижающим), измениться может также и направление вращения.

Какие могут быть варианты?

Планетарные передачи могут иметь большое количество вариантов. Отличия могут быть, например, в типе используемого зацепления зубчатых колёс: прямое (традиционный вариант), косозубое или шевронное. Применение различных вариантов зубчатого зацепления может изменять некоторые свойства планетарной передачи. Так, например, косозубое зацепление может применяться для снижения шума в первых ступенях редукторов. Также возможно использовать планетарные передачи с различным количеством сателлитов, например для увеличения допустимого крутящего момента. Часто используется конструкция с тремя сателлитами, но на практике могут находить применение и конструкции и с другим количеством сателлитов - до шести штук. Ещё один вариант исполнения планетарного редуктора – конструкция с уменьшенным люфтом, например с разрезными шестернями, или с поджатием всех сателлитов специальным упругим зубчатым кольцом (Harmonic Drive). 

Чем отличается планетарный редуктор?

Широкий диапазон передаточных чисел редуктора: минимальное значение редукции для планетарного прямозубого редуктора составляет 3…4:1 по сравнению с 30:1 для волнового. Легко доступны модели редукторов с большими передаточными числами (например, до 6285:1 у maxon motor).

Передаточное число на одну ступень не так велико как в волновых редукторах: до 6:1 (для прямозубых редукторов - Harmonic Drive, maxon motor). В моделях с косозубыми шестернями могут достигаться большие передаточные числа в расчёте на ступень.

Редукторы стандартного исполнения менее точны, чем волновые, в частности из-за наличия люфта. Даже для низколюфтовых планетарных редукторов специальной конструкции (например, у редукторов Harmonic Drive) люфт достигает 1-3 угловых минуты. 

  • Высокая крутильная жёсткость;
  • Полый вал, в большинстве случаев, отсутствует;
  • Высокий крутящий момент при заданном диаметре (выше, чем у волновых редукторов);
  • Практически отсутствует обратное прокручивание под нагрузкой для многоступенчатых редукторов.

Когда нужен планетарный редуктор?

Планетарные редукторы находят своё применение в задачах, где требуется средний уровень точности (десятые доли градуса и до единиц градусов), где предпочтительны привода небольшого диаметра, а полый вал не является обязательным. Сфера применения планетарных редукторов весьма широка и охватывает самые различные отрасли техники, включая промышленных роботов и технологическое оборудование, медицинскую технику и автоматизированные измерительные системы, системы для авиации и автотранспорта.