Планетарный редуктор – это механическое устройство, передающее крутящий момент с изменением скорости вращения с помощью зубчатых колес. Название связано с формой и расположением элементов – зубчатых колес, которые внешне похожи на планетарную систему и движутся вокруг единого центра. Передача крутящего момента идет с помощью колеса с внутренним зацеплением к колесу с внешним зацеплением через несколько промежуточных шестерен с внешним зацеплением.

Условно говоря, на вопрос «Какой редуктор называется планетарным» можно ответить так: это механизм с подвижными осями отдельных колес, который воспринимает высокую угловую скорость вращения от двигателя и передает его с понижением момента к рабочему устройству.

Основные параметры редукторов планетарного типа (передаточные отношения, крутящие моменты, номинальные размеры и высоты осей) нормирует ГОСТ 25022-81.

Принцип работы планетарного редуктора

В планетарном редукторе имеется четыре обязательных элемента – находящаяся на центральном валу «солнечная» шестерня, неподвижная «коронная» (эпицикл), водило, соединяющее сателлиты (сателлитовые шестерни).

При создании механизма используется произвольное количество шестерен-сателлитов (обычно 3…4, увеличение числа сателлитов способствует повышению прочности передачи).

Их соединяет водило в виде круговой или фигурной детали. Водило имеет оси по количеству шестерен-сателлитов, на которых те и вращаются. Таким образом, оси сателлитов являются подвижными. В зависимости от типа устройства вращение может подаваться на любой элемент и сниматься также с любого элемента. Изменение схемы подачи и съема крутящего момента позволяет менять передаточное отношение планетарного редуктора:

• водило заторможено – вращение сателлитов зависит от движения коронного зубчатого колеса и передает крутящий момент на солнечное. Передаточное число максимальное;
• в случае, когда водило вращается, сателлиты передают вращение на коронное зубчатое колесо или на солнечную шестерню. Передаточное число среднее;
• вращение «солнца» при остановленном эпицикле – минимальное передаточное число, момент «снимается» с сателлитов.

На передаточное отношение редуктора влияет также количество зубьев в каждом из элементов редуктора, причем в сателлитах число зубьев всегда одинаково, вне зависимости от количества сателлитов в передаче. Передаточное число выражается в отношении скорости ведущего (ω₁₎ и ведомого (ω₂₎ валов редуктора:

I = ω₁/ω₂

Различают разновидности планетарного редуктора:

• цилиндрический – колеса имеют форму цилиндра, наиболее простое и эффективное устройство с коэффициентом полезного действия до 95%;
• конический – шестерни имеют форму конуса, обеспечивают большую плавность передачи;
• волновой – в схему добавлен эксцентрик, плавно меняющий передаточное число.

Также существуют варианты с прямыми и косыми зубьями шестерен, одно- и многоступенчатые редукторы, механизмы с горизонтальными и вертикальными валами. Простейший одноступенчатый редуктор называется редуктором Джемса.

Компоненты планетарного редуктора

Как уже говорилось, планетарный редуктор (планетарная передача) состоит из четырех обязательных элементов, один из которых обязательно должен быть жестко закреплен в корпусе редуктора.

Если ни один из элементов не закреплен, такой планетарный редуктор называется дифференциальным и служит для разделения одного движения на два или слияния двух движений в одно.

Солнечная шестерня

Как понятно из названия, является центральной (расположенной в геометрическом центре) деталью механизма и часто закреплена на приводном валу двигателя. Зацепление в «солнечном» зубчатом колесе наружное, зубцы входят в зацепление с сателлитами.

Эпицикл

Внешняя шестерня в виде обода, наружная часть механизма. Имеет внутреннее зацепление, через расположенные на ободе зубцы входит в контакт с сателлитами и с их помощью – с солнечной шестерней.

Сателлит

Малые шестерни, служащие связующим звеном между эпициклом (коронной шестерней) и солнцем (солнечной шестерней). Количество колеблется от 1 до 4…6, увеличение числа сателлитов приводит к снижению риска поломки под значительной нагрузкой, но повышает сложность изготовления механизма и его настройки.

Водило

Деталь, жестко соединяющая сателлиты и имеющее оси для них. С помощью водила все сателлиты постоянно находятся в одинаковом положении друг относительно друга.

Помимо обязательных элементов в конструкцию планетарной передачи входят центрирующие подшипники, уплотнители, устройства для смазки. В большинстве моделей смазка осуществляется разбрызгиванием масла, в некоторых устройствах – с помощью насоса, под давлением. Обычно такая схема применяется для скоростных передач.

В многорядных планетарных редукторах может быть несколько (два и более) элементов, используются отдельные или сдвоенные детали.

Преимущества и недостатки планетарных редукторов

За счет компактного размещения элементов механизма «одно в другом» редукторы этого типа имеют ряд преимуществ:

• компактность – благодаря плотной компоновке;
• меньшая шумность – в силу особенностей зацепления;
• сниженная нагрузка на опоры редуктора и зубья колес – за счет компенсации возникающих при вращении сил;
• повышенное передаточное число – в связи с вариативностью типа работы.

Однако те же параметры устройства обеспечивают некоторые недостатки:

• сложность изготовления – все детали требуют точной подгонки и настройки механизма в целом;
• снижение коэффициента полезного действия (КПД) под влиянием больших нагрузок за счет возрастающей силы трения.

Сфера использования

В силу особенностей конструкции применение планетарных редукторов очень широкое, большая часть изделий применяется в машиностроении. По назначению все механизмы этого типа условно разделяются на:

• универсальные – допустимы в любой области машиностроения, от станков до подъемно-транспортных машин;
• для лебедок – за счет компактности, самоторможения и расположения двигателя, редуктора и барабана лебедки на одной оси;
• для низкооборотистого электроинструмента, обычно используются многоступенчатые редукторы;
• в ведущих мостах и колесах;
• в мотор-редукторах;
• в коробках передач.

Интересно: одной из разновидностей планетарного редуктора является шариковый подшипник. В нем роль сателлитов выполняют шарики, коронной шестерни – внешнее кольцо, солнечной шестерни – внешнее кольцо. Водилом считается сепаратор подшипника.

На основе шарикоподшипников изготавливаются маломощные редукторы для научных и исследовательских приборов и устройств.

Заключение

Несмотря на сравнительно высокую сложность изготовления и жесткие требования к условиям работы планетарные редукторы – отличный вариант для механизмов, где при компактности конструкции необходимо высокое передаточное число и возможность работы под высокой нагрузкой.

Обзорная статья об устройстве и принципах работы планетарных редукторов дает представление об особенностях их конструкции, назначении элементов, преимуществах и недостатках механизма. Рассмотрены также сферы применения устройств и некоторые интересные факты о планетарных передачах.