Планетарный ряд
Как в ступицу колеса самосвала помещается редуктор, который поднимает момент почти в пять раз? Разбери планетарный ряд на солнце, сателлиты, корону и водило.
Нагрузку делят сразу несколько сателлитов, поэтому маленький планетарный ряд передает огромный момент.
В центре солнечная шестерня, вокруг нее катятся сателлиты, как планеты вокруг Солнца, а снаружи их обнимает корона с зубьями внутри. Оси сателлитов держит водило. Если корону закрепить, а солнце крутить, сателлиты покатятся по короне и потащат водило за собой. На модели у солнца 20 зубьев, у короны 60: водило вращается в 4 раза медленнее солнца, и почти во столько же раз растет момент. Подробно в теме «Планетарные передачи».
Зубья в этой модели шевронные: каждый похож на букву V, его половины наклонены в разные стороны. Косой зуб работает плавнее и тише прямого, но толкает колесо вдоль оси. У шеврона половины толкают в разные стороны с равной силой, и осевая сила гасится внутри колеса. Подшипникам не нужно ее держать, а сателлиты сами держатся посередине и не сползают вдоль оси.
- u
- Передаточное число. Если корона стоит, вход солнце, а выход водило: u = 1 + zк / zс. Единица прибавляется потому, что сателлиты еще и обегают солнце вместе с водилом.
- k
- Число сателлитов. Обычно 3 или 4, на модели 5. Они делят момент между собой, поэтому ряд намного меньше простой пары колес. Ряд собирается, только если (zс + zк) / k целое число: у модели (20 + 60) / 5 = 16.
- β
- Угол наклона зуба. У косозубых колес обычно 8-20°, у шевронных 25-40°: осевые силы половин шеврона гасят друг друга, и большой угол подшипникам не вредит.
Из чего состоит планетарный ряд
Солнечная шестерня крутится, коронная стоит. Сателлиты катятся по короне, обходят солнце и вращаются вокруг своих осей. Оси сателлитов держит водило, на модели его нет: оно обходит солнце вместе с сателлитами и делает один оборот, пока солнце делает четыре, потому что u = 1 + 60 / 20 = 4.
Источник модели«Herringbone Gearbox Drive», автор awesome2827, Sketchfab. Лицензия CC BY 4.0. Модель перекрашена, детали объединены и названы по-русски, сетка упрощена и сжата, добавлены разборка и описание деталей.
Что делает каждая деталь
Нажми «Показать на модели»: деталь подсветится, а остальные станут полупрозрачными.
- 01
Солнечная шестерня
Зачем. Колесо в центре, обычно вход: его крутит полуось или вал гидромотора. Солнце часто делают плавающим, без своих подшипников: оно само встает так, чтобы сателлиты делили нагрузку поровну.
Из чего. Сталь 20ХН3А или 18ХГТ. Зубья цементуют и закаливают: поверхность твердая, середина вязкая.
Износ. Зацепляется сразу со всеми сателлитами, поэтому часто первым получает питтинг. Признак: стальная пыль на магнитной пробке.
- 02
Сателлиты, 5 шт.
Зачем. Колеса между солнцем и короной. Каждый крутится на своей оси и обегает солнце вместе с водилом. Зуб сателлита работает обеими сторонами: одной его толкает солнце, другой он упирается в корону. На модели водила нет, видны только колеса.
Из чего. Цементованная легированная сталь, как у солнца.
Износ. Питтинг на зубьях. Если сателлит посажен неточно, он берет больше нагрузки и изнашивается раньше других.
- 03
Корона
Зачем. Большое кольцо с зубьями внутри, его еще называют эпициклом. Обычно корона закреплена, и сателлиты катятся по ней, как по дороге. Зубьев у нее столько, сколько у солнца и двух сателлитов вместе: 20 + 20 + 20 = 60.
Из чего. Легированная сталь, зубья упрочняют азотированием или закалкой ТВЧ. Цельную шевронную корону не надвинуть на шевронные сателлиты вдоль оси, поэтому в настоящих редукторах одно из колес, чаще всего корону, делают из двух косозубых половин.
Износ. Износ и питтинг зубьев, трещины у отверстий под болты крепления.
Где стоит
- Колеса самосвала
В ступице заднего колеса механического самосвала стоит планетарный ряд: полуось крутит солнце, корона закреплена на оси моста, водило вращает колесо. Подробно в теме «Бортовой редуктор».
- Бульдозер и экскаватор
Планетарные ступени стоят в бортовых редукторах бульдозеров, в редукторах хода и поворота экскаваторов. Редуктор поворота двумя-тремя рядами понижает обороты гидромотора в десятки раз.
- Коробка передач
Коробки передач самосвалов, погрузчиков и бульдозеров, как и автоматические коробки легковых машин, часто собраны из планетарных рядов. Муфты и тормоза останавливают или сцепляют разные звенья, и передачи переключаются под нагрузкой.
Как ломается и как это заметить
- Подшипники сателлитов
Подшипник сателлита несет двойную силу, от солнца и от короны, и в бортовых редукторах часто сдается первым. Признаки: железо в анализе масла, чешуйки на магнитной пробке, нагрев ступицы.
- Питтинг солнца
Солнце зацепляется сразу со всеми сателлитами, его зубья получают больше всего циклов и часто первыми покрываются ямками. Откуда берутся ямки, разобрано в теме «Контакт Герца и питтинг».
- Вода и грязь в масле
Если сапун забит, при остывании в корпусе вакуум, и через уплотнения засасывает воду и пыль, особенно после мойки и брода. Масло мутнеет, кремний в пробе растет, ресурс подшипников падает в разы.
Источник модели«Herringbone Gearbox Drive», автор awesome2827, Sketchfab. Лицензия CC BY 4.0. Модель перекрашена, детали объединены и названы по-русски, сетка упрощена и сжата, добавлены разборка и описание деталей.