Hay todo tipo de dispositivos mecánicos. Algunos de ellos nos son familiares desde la infancia. Estos son, por ejemplo, relojes, bicicletas, peonzas. Aprendemos sobre los demás a medida que envejecemos. Estos son motores de automóviles, cabrestantes de grúas y otros. Todo mecanismo móvil utiliza algún tipo de sistema para hacer girar las ruedas y hacer funcionar la máquina. Uno de los más interesantes y populares es el mecanismo planetario. Su esencia radica en el hecho de que la máquina es impulsada por ruedas o engranajes que interactúan entre sí de manera especial. Echémosle un vistazo más de cerca.
Información general
El engranaje planetario y el mecanismo planetario se denominan así por analogía con nuestro sistema solar, que puede representarse condicionalmente de la siguiente manera: en el centro hay un "sol" (la rueda central del mecanismo). Los "planetas" (pequeñas ruedas o satélites) se mueven a su alrededor. Todas estas partes del engranaje planetario tienen dientes externos. El sistema solar condicional tiene un límite en su diámetro. Rolese realiza en el mecanismo planetario por una gran rueda o epiciclo. También tiene dientes, solo internos. La mayor parte del trabajo en este diseño lo realiza el portador, que es un mecanismo de palanca. El movimiento se puede realizar de diferentes formas: o girará el sol, o el epiciclo, pero siempre junto con los satélites.
Durante el funcionamiento del mecanismo planetario, se puede utilizar otro diseño, por ejemplo, dos soles, satélites y un portador, pero sin epiciclo. Otra opción son dos epiciclos, pero sin el sol. La portadora y los satélites deben estar siempre presentes. Según el número de ruedas y la ubicación de sus ejes de rotación en el espacio, el diseño puede ser simple o complejo, plano o espacial.
Para comprender completamente cómo funciona un sistema de este tipo, debe comprender los detalles.
Ubicación de los elementos
La forma más simple de engranaje planetario incluye tres conjuntos de engranajes con diferentes grados de libertad. Los satélites anteriores giran alrededor de sus ejes y al mismo tiempo alrededor del sol, que permanece en su lugar. El epiciclo conecta el mecanismo planetario desde el exterior y también gira por medio de un acoplamiento alterno de los dientes (él y los satélites). Este diseño es capaz de cambiar el par (velocidades angulares) en un plano.
En un mecanismo planetario simple, el sol y los satélites pueden rotar, mientras que el epicentro permanece fijo. En cualquier caso, las velocidades angulares de todos los componentes no son caóticas, sino que tienen una dependencia lineal entre sí. A medida que el medio gira, proporcionasalida de par alto a baja velocidad.
Es decir, la esencia del engranaje planetario es que dicho diseño puede cambiar, expandirse y agregar par y velocidad angular. Los movimientos de rotación en este caso ocurren en un eje geométrico. Se instala el elemento de transmisión necesario de varios vehículos y mecanismos.
Características de los materiales y esquemas estructurales
Sin embargo, no siempre es necesario un componente fijo. En los sistemas diferenciales, cada elemento gira. Los engranajes planetarios como este tienen una salida impulsada (controlando) dos entradas. Por ejemplo, un diferencial que controla un eje en un automóvil es un engranaje similar.
Estos sistemas funcionan según el mismo principio que las estructuras de ejes paralelos. Incluso un engranaje planetario simple tiene dos entradas, la corona fija es una entrada constante de velocidad angular cero.
Descripción detallada de los dispositivos
Las estructuras planetarias mixtas pueden tener un número diferente de ruedas, así como diferentes engranajes a través de los cuales están conectadas. La presencia de tales detalles amplía enormemente las posibilidades del mecanismo. Las estructuras planetarias compuestas se pueden ensamblar para que el eje de la plataforma portadora se mueva a alta velocidad. Como resultado, algunos problemas con engranajes reductores, engranajes solares y otros pueden eliminarse en el proceso de mejora del dispositivo.
Así, visto desdedada la información, el mecanismo planetario funciona según el principio de transferir la rotación entre enlaces que son centrales y móviles. Al mismo tiempo, los sistemas complejos tienen más demanda que los simples.
Opciones de configuración
Es posible utilizar ruedas (engranajes) de varias configuraciones en el mecanismo planetario. Adecuado estándar con dientes rectos, helicoidales, sinfín, chevron. El tipo de acoplamiento no afectará el principio general de funcionamiento del mecanismo planetario. Lo principal es que los ejes de rotación del transportador y las ruedas centrales coincidan. Pero los ejes de los satélites se pueden ubicar en otros planos (cruce, paralelo, intersección). Un ejemplo de cruzado es un diferencial entre ruedas, en el que los engranajes son cónicos. Un ejemplo de cruzado es un diferencial autoblocante con un engranaje helicoidal (Torsen).
Dispositivos simples y complejos
Como se indicó anteriormente, el esquema del mecanismo planetario siempre incluye un transportador y dos ruedas centrales. Puede haber cualquier número de satélites. Este es el llamado dispositivo simple o elemental. En tales mecanismos, los diseños pueden ser los siguientes: "SVS", "SVE", "EVE", donde:
- S es el sol.
- B - transportista.
- E es el epicentro.
Cada conjunto de ruedas + satélites se denomina conjunto de engranajes planetarios. En este caso, todas las ruedas deben girar en el mismo plano. Los mecanismos simples son de una y dos filas. Rara vez se utilizan en diversos dispositivos técnicos y máquinas. Un ejemplopuede servir como un mecanismo de bicicleta planetario. De acuerdo con este principio, funciona la manga, gracias a la cual se lleva a cabo el movimiento. Su diseño fue creado de acuerdo con el esquema "SVE". Satélites en no 4 piezas. En este caso, el sol está rígidamente unido al eje de la rueda trasera y el epicentro es móvil. Es forzado a girar por un ciclista presionando los pedales. En este caso, la velocidad de transmisión, y por lo tanto la velocidad de rotación, puede cambiar.
Más a menudo se pueden encontrar mecanismos planetarios de engranajes complejos. Sus esquemas pueden ser muy diferentes, lo que depende de para qué esté destinado este o aquel diseño. Como regla general, los mecanismos complejos consisten en varios simples, creados de acuerdo con la regla general para un engranaje planetario. Dichos sistemas complejos son de dos, tres o cuatro filas. Teóricamente, es posible crear estructuras con un gran número de filas, pero en la práctica esto no ocurre.
Dispositivos planos y espaciales
Algunas personas piensan que un engranaje planetario simple debe ser plano. Esto es solo parcialmente cierto. Los dispositivos complejos también pueden ser planos. Esto significa que los engranajes planetarios, sin importar cuántos de ellos se usen en el dispositivo, están en uno o en planos paralelos. Los mecanismos espaciales tienen engranajes planetarios en dos o más planos. En este caso, las propias ruedas pueden ser más pequeñas que en la primera realización. Tenga en cuenta que el mecanismo planetario plano es el mismo que el espacial. La diferencia está solo en el área ocupada por el dispositivo, es decir, en la compacidad.
Grados de libertad
Este es el nombre de la coleccióncoordenadas de rotación, que le permite determinar la posición del sistema en el espacio en un momento dado. De hecho, todo mecanismo planetario tiene al menos dos grados de libertad. Es decir, las velocidades angulares de rotación de cualquier eslabón en dichos dispositivos no están relacionadas linealmente, como en otros engranajes. Esto le permite obtener velocidades angulares de salida que no son las mismas que las de entrada. Esto puede explicarse por el hecho de que en la conexión diferencial en el mecanismo planetario hay tres elementos en cualquier fila, y el resto estará conectado con él linealmente, a través de cualquier elemento de la fila. Teóricamente, es posible crear sistemas planetarios con tres o más grados de libertad. Pero en la práctica, son inoperables.
Relación de engranajes planetarios
Esta es la característica más importante del movimiento de rotación. Le permite determinar cuántas veces ha aumentado el momento de la fuerza en el eje impulsado en relación con el momento del eje impulsor. Puede determinar la relación de transmisión usando las fórmulas:
i=d2/d1=Z2/Z1=M2/M1=W1/W2=n1/n2, donde:
- 1 - enlace principal.
- 2 - enlace esclavo.
- d1, d2 - diámetros del primer y segundo eslabón.
- Z1, Z2 - número de dientes.
- M1, M2 son pares.
- W1 W2 - velocidades angulares.
- n1 n2 - velocidad.
Así, cuando la relación de transmisión es mayor que uno en el eje impulsado, el momento de la fuerza aumenta y la frecuencia y la velocidad angular disminuyen. Esto siempre debe tenerse en cuenta al crear un diseño, porquela relación de transmisión en los mecanismos planetarios depende de cuántos dientes tienen las ruedas y qué elemento de la fila es el principal.
Ámbito de aplicación
En el mundo actual hay muchas máquinas diferentes. Muchos de ellos funcionan con la ayuda de engranajes planetarios.
Se utilizan en diferenciales de automóviles, engranajes planetarios, en los esquemas cinemáticos de máquinas herramienta complejas, en cajas de cambios de motores de aire de aviones, en bicicletas, en cosechadoras y tractores, en tanques y otros equipos militares. De acuerdo con los principios del engranaje planetario, muchas cajas de engranajes funcionan en los accionamientos de los generadores eléctricos. Considere otro sistema similar.
Engranaje de giro planetario
Este diseño se usa en algunos tractores, vehículos oruga y tanques. En la siguiente figura se muestra un diagrama simple del dispositivo.
El principio de funcionamiento del mecanismo de rotación planetario es el siguiente: el portador (posición 1) está conectado al tambor de freno (2) y la rueda motriz ubicada en la oruga. El epiciclo (6) está conectado al eje de transmisión (posición 5). El sol (8) está conectado al disco de embrague (3) y al tambor del freno de giro (4). Cuando el embrague de bloqueo está activado y los frenos de banda están desactivados, los satélites no girarán. Se convertirán en palancas, ya que están conectados con el sol (8) y el epiciclo (6) por medio de dientes. Por lo tanto, los obligan a ellos y al transportador a girar simultáneamente alrededor de un eje común. En este caso, la velocidad angular es la misma.
Al soltar el embrague de bloqueo y aplicar el frenogirando el sol comenzará a detenerse, y los satélites comenzarán a moverse alrededor de sus ejes. Por lo tanto, crean un momento en el portador y hacen girar la rueda motriz de la oruga.
Llevar
En términos de vida útil y amortiguación, en los sistemas planetarios lineales, la distribución de carga es notable entre los componentes principales.
La fatiga térmica y cíclica puede aumentar en ellos debido a la distribución limitada de la carga y al hecho de que los engranajes planetarios pueden girar bastante rápido sobre sus ejes. Además, a altas velocidades y relaciones de transmisión del engranaje planetario, las fuerzas centrífugas pueden aumentar considerablemente la cantidad de movimiento. También debe tenerse en cuenta que a medida que disminuye la precisión de la producción y aumenta el número de satélites, aumenta la tendencia al desequilibrio.
Estos dispositivos y sus sistemas pueden incluso estar sujetos a desgaste. Algunos diseños serán sensibles incluso a pequeños desequilibrios y pueden requerir componentes de montaje caros y de calidad. La ubicación exacta de los pasadores planetarios alrededor del eje del engranaje solar puede ser clave.
Otros arreglos planetarios que ayudan a equilibrar las cargas incluyen el uso de subconjuntos flotantes o monturas "suaves" para mantener el sol o el epicentro en movimiento el mayor tiempo posible.
Fundamentos de síntesis de dispositivos planetarios
Este conocimiento es necesario al diseñar y crear componentes de máquinas. El concepto de "síntesis de mecanismos planetarios" es calcular el número de dientesen el sol, epicentro y satélites. En este caso, se deben cumplir una serie de condiciones:
- La relación de transmisión debe ser igual al valor establecido.
- El engrane de los dientes del engranaje debe ser correcto.
- Es necesario asegurar la alineación del eje de entrada y el eje de salida.
- Vecindario requerido (los satélites no deben interferir entre sí).
Además, al diseñar, debe tener en cuenta las dimensiones de la futura estructura, su peso y eficiencia.
Si se da la relación de transmisión (n), entonces el número de dientes en el sol (S) y en los engranajes planetarios (P) debe satisfacer la ecuación:
n=S/P
Si suponemos que el número de dientes en el epicentro es temprano (A), entonces con el portador bloqueado, se debe observar la igualdad:
n=-S/A
Si el epicentro es fijo, entonces se cumplirá la siguiente igualdad:
n=1+ N/A
Así se calcula el mecanismo planetario.
Ventajas y desventajas
Hay varios tipos de transmisión que se utilizan con éxito en varios dispositivos. Planetary entre ellos destaca por las siguientes ventajas:
- Proporciona menos carga en cada diente de las ruedas (tanto el sol como el epicentro y los satélites) debido al hecho de que la carga sobre ellos se distribuye de manera más uniforme. Esto tiene un efecto positivo en la vida útil de la estructura.
- Con la misma potencia, el engranaje planetario tiene menores dimensiones y peso que otros tipos de transmisión.
- Capacidad para lograr mayores relaciones de transmisión conmenos ruedas.
- Garantiza menos ruido.
Desventajas de los engranajes planetarios:
- Necesitan más precisión en su fabricación.
- Baja eficiencia con una relación de transmisión relativamente grande.
