Планетарный редуктор, дифференциальный редуктор — один из классов механических редукторов. Редуктор называется планетарным из-за планетарной передачи, находящейся в редукторе, передающей и преобразующей крутящий момент. Планетарный редуктор может быть с одной или более планетарными передачами.
Устройство и принцип действия планетарного редуктора
- Солнечная шестерня — в центре редуктора.
- Коронная шестерня (эпицикл) — на периферии редуктора.
- Сателлиты — три малые шестерни между солнечной и коронной.
- Водило — не показано (механически соединяет все сателлиты); сателлиты вращаются на осях водила .
В зависимости от кинематической схемы привода вращение может подводиться к любому элементу редуктора и сниматься с любого другого. При этом третий элемент должен быть заторможен. Меняя схему подвода и снятия крутящего момента в рамках одной планетарной передачи можно получать разные передаточные числа и направления вращения. Эта возможность используется в планетарных коробках передач.
Применение планетарных редукторов
Универсальные планетарные редукторы
Промышленность всего мира выпускает множество типовых серий планетарных редукторов и мотор-редукторов для использования в приводах различных общепромышленных механизмов, например отечественные 3МП. В одном типоразмере обеспечиваются различные передаточные числа от единиц до десятков и сотен. Преимущества перед обычными цилиндрическими редукторами — компактность, перед червячными — большие долговечность и КПД, в зависимости от конкретных конструкций — простота изготовления, до определённых передаточных отношений — отсутствие самоторможения.
Планетарные редукторы в грузовых лебёдках
Использование планетарного редуктора в лебёдках имеет дополнительные преимущества: двигатель, компактный редуктор и барабан лежат на одной геометрической оси; можно встроить простой механизм размыкания для размотки троса на участке с небольшим моментом; хороший КПД, меньшие требования к смазке и прогнозируемое самоторможение в сравнении с червячными. Он широко применяется в навесных автомобильных электролебёдках, тельферах, небольших стационарных грузоподъёмных механизмах. В то же время другие типы редукторов имеют свои преимущества для лебёдок: для червячных это гарантированное самоторможение и малое число элементов; для цилиндрических — отсутствие массивного вращающегося водила, что упрощает изготовление механизмов очень большой мощности.
Планетарные редукторы в электроинструменте
Распространённый ручной электроинструмент с небольшой частотой вращения рабочего органа (шуруповёрты, гайковёрты, электроотвёртки) построен, как правило, с использованием многоступенчатого планетарного редуктора. Кроме компактности при большом передаваемом моменте, небольших требований к прочности и точности корпуса самого инструмента, такой редуктор позволяет легко ввести переключение передаточных чисел («скоростей») взаимной фиксацией элементов и ограничение момента на рабочем органе — фиксацией одной из коронных шестерен регулируемой трещёткой.
В высокоскоростном мощном инструменте (сетевые дрели, цепные пилы и т. п.) смазка осей сателлитов закладываемыми при сборке консистентными составами была бы затруднена; при этом корпус редуктора, подверженный большим динамическим нагрузкам, в них изначально делается более прочным. Поэтому вместо планетарных в них, как правило, используются обычные одно-двухступенчатые цилиндрические редукторы.
Планетарный редуктор в ведущих мостах и колёсах
В ведущих мостах грузовых автомобилей МАЗ, автобусов Ikarus, ЛиАЗ прошлых лет, троллейбусов ЗиУ-9, тракторов Т-150К, К-700, тяжёлых колёсных военных и землеройных машин применяются планетарные редукторы, передающие крутящий момент от полуоси к ступице колеса. Применение планетарного редуктора в бортовой передаче (разнесённая передача) позволяет уменьшить диаметр главной передачи и, следовательно, увеличить дорожный просвет, либо применить одноступенчатую главную передачу вместо двухступенчатой. Вместе с тем облегчаются полуоси и дифференциал, передающие меньший крутящий момент.
В то же время применение планетарных колёсных редукторов увеличивает неподрессоренные массы и разносит их от продольной оси автомобиля, вводит дополнительные детали, требующие высокой точности изготовления (минимум 8 «лишних» высоконагруженных шестерен в каждом мосте и их подшипники), добавляет точки обслуживания. В случае прямозубых редукторов значительно увеличивается шум движущегося автомобиля, усиливаемый резонансами упругого и сравнительно тонкого колёсного диска. Следствием всего этого является тенденция к отказу от такой конструкции на современных массовых машинах.
Благодаря удобству компоновки (осевая симметрия, разгрузка параллельно работающих шестерен, большое передаточное отношение, компактность) планетарные редукторы нашли применение в электрических и гидравлических мотор-колёсах транспортных машин и шасси специальной техники. Редуктор делает возможным сопряжение конструктивно оптимального встроенного двигателя с крупным медленно вращающимся колесом тихоходного агрегата. В мотор-колёсах карьерных самосвалов встречаются двухступенчатые редукторы.
С появлением сравнительно недорогих и массовых электровелосипедов требование удешевления конструкции мотор-колеса привело к использованию встроенного планетарного редуктора вместо установки магнитов ротора прямо на ступице. Такое решение увеличивает статическую тягу при меньшей массе колеса, но вызывает дополнительный шум и высокочастотные вибрации, передающиеся на раму. На текущий момент (2015 год) большинство велосипедных мотор-колёс до 500Вт — редукторные. При большей мощности диаметр мотора в ступице и номинальный ток велики, как следствие — располагаемый момент и так достаточен для лёгкого аппарата. Кроме того, создание дешёвого редуктора на такую мощность уже становится проблематичным, а с ростом скорости мощного велосипеда (100 км/ч и выше) вибрации от быстроходного электромотора большого диаметра могут превысить допустимые.
Планетарные редукторы в коробке передач
В автоматических коробках перемены передач крутящий момент передаётся от вала с солнечной шестернёй на вал связанный с водилом. Если коронная шестерня будет заторможена — тогда сателлиты будут обкатываться вокруг солнечной и коронной шестерён, приводя во вращение водило. Передаточное число редуктора будет равняться отношению числа зубьев на солнечной шестерне к числу зубьев на коронной. Если коронную шестерню отпустить (растормозить) — тогда крутящий момент будет передаваться напрямую, отношение 1:1. В современных конструкциях автоматических коробок перемены передач чаще всего встречается планетарный механизм Лапелетьера.
Изредка встречаются и механические планетарные КПП, отличающиеся компактностью и безударностью включения, но при этом сложностью и дороговизной. Ранний вариант такого агрегата — коробка «Форда-Т». Позднее планетарные коробки применялись на танках, например, советском Т-64 60-х годов. Гораздо более широкое распространение планетарные переключатели передач получили на велосипедах. «Планетарные втулки» могут иметь до 14 скоростей (как правило — три), встроенный тормоз, при аккуратном использовании долговечны и надёжны, не требуют обслуживания, однако в целом дороже и тяжелее традиционных цепных переключателей.
3D-модель Планетарный мотор-редуктор
3D-модель Планетарный мотор-редуктор
3D-модель редуктора планетарного Axial FR 43 LS90
3D-модель планетарного редуктора 90 градусов для NEMA 34
