4.2.8 Многозвенные зубчатые механизмы

При проектировании зубчатых механизмов возникает необходимость передавать вращение с большим передаточным отношением или при значительных межосевых расстояниях. В таких случаях применяют многозвенные зубчатые механизмы либо снижающие скорость вращения ведомого вала по сравнению с ведущим (редукторы), либо повышающие ее (мультипликаторы). Эти механизмы могут быть как плоскими, так и пространственными.

Многозвенные зубчатые механизмы– механизмы, состоящие из простейших зубчатых механизмов, общее передаточное отношение которых рассчитывается по формуле (4.20). Они бывают с неподвижными осями (цилиндрические, конические, червячные редукторы) и с подвижными осями (планетарные и дифференциальные редукторы).

4.2.8.1 Многозвенные механизмы с неподвижными осями

Как указывалось в п. 4.2.1, простейшим зубчатым механизмом является одноступенчатый редуктор (рисунок 4.20, а). Если зубчатый механизм имеет более одной ступени, то он является многозвенным (многоступенчатым).

Проектирование многоступенчатых редукторов заключается в подборе по заданному общему передаточному отношению основных размеров колес и их чисел зубьев. При этом необходимо учитывать и некоторые дополнительные условия, связанные с конструктивными требованиями. Например, если оси колес 1 и 3 расположены на одной оси, то такой редуктор является соосным (рисунок 4.38, б) и для него должно выполнятьсяусловие соосности:

r₁+r₂ =r₂+r₃илиz₁+z₂ =z₂+z₃.

а)б)в)

а- несоосный;б- соосный;в- соосный с внешним

и внутренним зацеплением.

Рисунок 4.38 - Двухступенчатые цилиндрические редукторы

Разновидностей многоступенчатых редукторов очень много. Многозвенные механизмы могут проектироваться в сочетании цилиндрического и конического редукторов, цилиндрического и червячного редукторов и др. Это необходимо для уменьшения габаритных размеров механизмов.

Более подробно проектирование многоступенчатых цилиндрических редукторов рассматривается в курсе «Детали машин».

4.2.8.2 Многозвенные механизмы с подвижными осями

Многозвенные зубчатые механизмы с подвижными осями могут быть как с жесткими колесами (планетарные редукторы), так и с гибкими (волновые передачи).

Достоинством механизмов с подвижными осями является их ощутимая компактность по сравнению с механизмами с неподвижными осями, более высокий КПД и большое передаточное отношение.

Планетарные механизмы подразделяются на:

• планетарные редукторыимультипликаторы(рисунок 4.39,а) – зубчатые механизмы с подвижной осью вращения, которые имеют опорное колесо и обладают одной степенью подвижностиW= 1.

• дифференциальные механизмы (рисунок 4.39,б) – со степенью подвижностиW= 2 или более и которые не имеют опорного колеса.

Планетарные и дифференциальные механизмы изготавливают, как правило, соосными.

Рассмотрим структуру планетарного редуктора (рисунок 4.39, а).

Колеса с подвижными осями вращения называются планетарнымиилисателлитами(z₂). Звено, на котором располагаются оси сателлитов называетсяводилом(на кинематических схемах водило обозначается буквой Н). Зубчатое колесо с неподвижной осью вращения называетсясолнечным илицентральным(z₁). Неподвижное колесо называетсяопорным(z₃).

а)

б)

а- планетарный механизм;б- дифференциальный механизм.

Рисунок 4.39. - Механизмы с подвижными осями

Степень подвижности планетарного редуктора равна 1 (W= 3n- 2p₅ -p₄ = 32-22-1 = 1). Поэтому редуктор имеет постоянное передаточное отношение.

Если в рассмотренном механизме освободить от закрепления опорное колесо z₃сообщить ему вращение, то все центральные колеса станут подвижными и механизм превратиться в дифференциальный (рисунок 4.39,б), т.к. степень подвижности его будет равна 2 (W= 3n- 2p₅ -p₄ = 34 - 24 - 2 = 2). Наоборот, любой дифференциал можно превратить в планерный редуктор, если закрепить его одно или несколько центральных колес. Это свойство планетарных редукторов носит названиесвойства обратимости. Оно позволяет применять одинаковые методы исследования и проектирования для планетарных редукторов и для дифференциалов.