Il existe toutes sortes de dispositifs mécaniques. Certains d'entre eux nous sont familiers depuis l'enfance. Ce sont, par exemple, des montres, des vélos, des toupies. Nous apprenons à connaître les autres en vieillissant. Ce sont des moteurs de voitures, des treuils de grues et autres. Chaque mécanisme de déplacement utilise une sorte de système pour faire tourner les roues et faire fonctionner la machine. L'un des plus intéressants et des plus populaires est le mécanisme planétaire. Son essence réside dans le fait que la machine est entraînée par des roues ou des engrenages qui interagissent les uns avec les autres de manière particulière. Regardons ça de plus près.
Informations générales
L'engrenage planétaire et le mécanisme planétaire sont ainsi nommés par analogie avec notre système solaire, qui peut être conditionnellement représenté comme suit: au centre se trouve un "soleil" (la roue centrale du mécanisme). Des "planètes" (petites roues ou satellites) s'y déplacent. Toutes ces pièces de l'engrenage planétaire ont des dents externes. Le système solaire conditionnel a une frontière dans son diamètre. Rôleelle est réalisée dans le mécanisme planétaire par une grande roue ou épicycle. Il a aussi des dents, uniquement internes. La majeure partie du travail dans cette conception est effectuée par le support, qui est un mécanisme à levier. Le mouvement peut s'effectuer de différentes manières: soit le soleil tourne, soit l'épicycle, mais toujours avec les satellites.
Pendant le fonctionnement du mécanisme planétaire, une autre conception peut être utilisée, par exemple, deux soleils, des satellites et un porteur, mais sans épicycle. Une autre option est deux épicycles, mais sans le soleil. La porteuse et les satellites doivent toujours être présents. Selon le nombre de roues et l'emplacement de leurs axes de rotation dans l'espace, la conception peut être simple ou complexe, plate ou spatiale.
Pour bien comprendre le fonctionnement d'un tel système, vous devez comprendre les détails.
Emplacement des éléments
La forme la plus simple d'engrenage planétaire comprend trois ensembles d'engrenages avec différents degrés de liberté. Les satellites ci-dessus tournent autour de leurs axes et en même temps autour du soleil, qui reste en place. L'épicycle relie le mécanisme planétaire de l'extérieur et tourne également au moyen d'un engagement alternatif des dents (elle et les satellites). Cette conception est capable de modifier le couple (vitesses angulaires) dans un plan.
Dans un mécanisme planétaire simple, le soleil et les satellites peuvent tourner, tandis que l'épicentre reste fixe. Dans tous les cas, les vitesses angulaires de tous les composants ne sont pas chaotiques, mais dépendent linéairement les unes des autres. Au fur et à mesure que le support tourne, il fournitsortie de couple élevée à basse vitesse.
Autrement dit, l'essence de l'engrenage planétaire est qu'une telle conception est capable de changer, d'étendre et d'ajouter du couple et de la vitesse angulaire. Les mouvements de rotation dans ce cas se produisent dans un axe géométrique. L'élément de transmission nécessaire de divers véhicules et mécanismes est installé.
Caractéristiques des matériaux de structure et schémas
Cependant, un composant fixe n'est pas toujours nécessaire. Dans les systèmes différentiels, chaque élément tourne. Les engrenages planétaires comme celui-ci ont une sortie entraînée (contrôle) deux entrées. Par exemple, un différentiel qui contrôle un essieu dans une voiture est un rapport similaire.
Ces systèmes fonctionnent sur le même principe que les structures à puits parallèles. Même un simple engrenage planétaire a deux entrées, la couronne fixe est une entrée constante de vitesse angulaire nulle.
Description détaillée des appareils
Les structures planétaires mixtes peuvent avoir un nombre différent de roues, ainsi que différents engrenages par lesquels elles sont connectées. La présence de tels détails élargit considérablement les possibilités du mécanisme. Des structures planétaires composites peuvent être assemblées de sorte que l'arbre de la plate-forme porteuse se déplace à grande vitesse. En conséquence, certains problèmes avec les réducteurs, les engrenages solaires et autres peuvent être éliminés lors du processus d'amélioration de l'appareil.
Ainsi, vu derenseigné, le mécanisme planétaire fonctionne sur le principe du transfert de rotation entre des maillons centraux et mobiles. Dans le même temps, les systèmes complexes sont plus demandés que les systèmes simples.
Options de configuration
Il est possible d'utiliser des roues (engrenages) de différentes configurations dans le mécanisme planétaire. Norme appropriée avec dents droites, hélicoïdales, vis sans fin, chevron. Le type d'engagement n'affectera pas le principe général de fonctionnement du mécanisme planétaire. L'essentiel est que les axes de rotation du support et des roues centrales coïncident. Mais les axes des satellites peuvent être situés dans d'autres plans (croisants, parallèles, sécants). Un exemple de croisement est un différentiel interroues, dans lequel les engrenages sont coniques. Un exemple de croisement est un différentiel autobloquant avec un engrenage à vis sans fin (Torsen).
Appareils simples et complexes
Comme indiqué ci-dessus, le schéma du mécanisme planétaire comprend toujours un support et deux roues centrales. Il peut y avoir n'importe quel nombre de satellites. C'est le dispositif dit simple ou élémentaire. Dans de tels mécanismes, les conceptions peuvent être les suivantes: "SVS", "SVE", "EVE", où:
- S est le soleil.
- B - transporteur.
- E est l'épicentre.
Chaque ensemble de roues + satellites est appelé un train planétaire. Dans ce cas, toutes les roues doivent tourner dans le même plan. Les mécanismes simples sont à simple et double rangée. Ils sont rarement utilisés dans divers appareils et machines techniques. Un exemplepeut servir de mécanisme de vélo planétaire. Selon ce principe, le manchon fonctionne, grâce auquel le mouvement est effectué. Sa conception a été créée selon le schéma "SVE". Satellites en pas 4 morceaux. Dans ce cas, le soleil est solidaire de l'axe de la roue arrière, et l'épicentre est mobile. Il est contraint de tourner par un cycliste qui appuie sur les pédales. Dans ce cas, la vitesse de transmission, et donc la vitesse de rotation, peut changer.
Plus souvent, vous pouvez trouver des mécanismes planétaires à engrenages complexes. Leurs schémas peuvent être très différents, cela dépend de ce à quoi tel ou tel design est destiné. En règle générale, les mécanismes complexes se composent de plusieurs mécanismes simples, créés selon la règle générale pour un engrenage planétaire. Ces systèmes complexes sont à deux, trois ou quatre rangées. Théoriquement, il est possible de créer des structures avec un grand nombre de lignes, mais en pratique cela ne se produit pas.
Appareils planaires et spatiaux
Certaines personnes pensent qu'un simple engrenage planétaire doit être plat. Ceci n'est que partiellement vrai. Les appareils complexes peuvent également être plats. Cela signifie que les engrenages planétaires, quel que soit le nombre d'entre eux utilisés dans l'appareil, se trouvent dans un ou dans des plans parallèles. Les mécanismes spatiaux ont des engrenages planétaires dans deux plans ou plus. Dans ce cas, les roues elles-mêmes peuvent être plus petites que dans le premier mode de réalisation. Notez que le mécanisme planétaire plat est le même que celui spatial. La différence réside uniquement dans la zone occupée par l'appareil, c'est-à-dire dans la compacité.
Degrés de liberté
C'est le nom de la collectioncoordonnées de rotation, qui permettent de déterminer la position du système dans l'espace à un instant donné. En fait, chaque mécanisme planétaire a au moins deux degrés de liberté. C'est-à-dire que les vitesses angulaires de rotation de toute liaison dans de tels dispositifs ne sont pas linéairement liées, comme dans d'autres engrenages. Cela permet d'obtenir en sortie des vitesses angulaires différentes de celles en entrée. Cela peut s'expliquer par le fait que dans la connexion différentielle du mécanisme planétaire, il y a trois éléments dans n'importe quelle rangée, et le reste sera connecté linéairement, à travers n'importe quel élément de la rangée. Théoriquement, il est possible de créer des systèmes planétaires à trois degrés de liberté ou plus. Mais en pratique, ils sont inopérants.
Rapport d'engrenage planétaire
C'est la caractéristique la plus importante du mouvement de rotation. Il vous permet de déterminer combien de fois le moment de force sur l'arbre entraîné a augmenté par rapport au moment de l'arbre d'entraînement. Vous pouvez déterminer le rapport de démultiplication à l'aide des formules:
i=d2/d1=Z2/Z1=M2/M1=W1/W2=n1/n2, où:
- 1 - lien principal.
- 2 - lien esclave.
- d1, d2 - diamètres des premier et deuxième maillons.
- Z1, Z2 - nombre de dents.
- M1, M2 sont des couples.
- W1 W2 - vitesses angulaires.
- n1 n2 - vitesse.
Ainsi, lorsque le rapport de démultiplication est supérieur à un sur l'arbre mené, le moment de force augmente, et la fréquence et la vitesse angulaire diminuent. Ceci doit toujours être pris en compte lors de la création d'un design, carle rapport d'engrenage dans les mécanismes planétaires dépend du nombre de dents des roues et de l'élément de la rangée qui est le premier.
Champ d'application
Dans le monde d'aujourd'hui, il existe de nombreuses machines différentes. Beaucoup d'entre eux fonctionnent à l'aide d'engrenages planétaires.
Ils sont utilisés dans les différentiels automobiles, les engrenages planétaires, dans les schémas cinématiques de machines-outils complexes, dans les boîtes de vitesses des moteurs pneumatiques des avions, dans les vélos, dans les moissonneuses-batteuses et les tracteurs, dans les réservoirs et autres équipements militaires. Selon les principes de l'engrenage planétaire, de nombreuses boîtes de vitesses fonctionnent dans les entraînements de générateurs électriques. Envisagez un autre système de ce type.
vireur planétaire
Cette conception est utilisée dans certains tracteurs, véhicules à chenilles et chars. Un schéma simple de l'appareil est illustré dans la figure ci-dessous.
Le principe de fonctionnement du mécanisme de rotation planétaire est le suivant: le support (position 1) est relié au tambour de frein (2) et à la roue motrice située dans la chenille. L'épicycle (6) est relié à l'arbre de transmission (position 5). Le soleil (8) est relié au disque d'embrayage (3) et au tambour de frein oscillant (4). Lorsque l'embrayage de verrouillage est engagé et que les freins à bande sont désactivés, les satellites ne tournent pas. Ils deviendront comme des leviers, car ils sont reliés au soleil (8) et à l'épicycle (6) au moyen de dents. Par conséquent, ils les obligent, ainsi que le support, à tourner simultanément autour d'un axe commun. Dans ce cas, la vitesse angulaire est la même.
Lors du désengagement de l'embrayage de verrouillage et de l'application du freinla rotation du soleil commencera à s'arrêter et les satellites commenceront à se déplacer autour de leurs axes. Ainsi, ils créent un moment sur le porteur et font tourner la roue motrice de la chenille.
Porter
En termes de durée de vie et d'amortissement, dans les systèmes planétaires linéaires, la répartition de la charge est perceptible entre les principaux composants.
La fatigue thermique et cyclique peut y augmenter en raison de la répartition limitée de la charge et du fait que les engrenages planétaires peuvent tourner assez rapidement sur leurs axes. De plus, à des vitesses et des rapports d'engrenage élevés de l'engrenage planétaire, les forces centrifuges peuvent augmenter considérablement la quantité de mouvement. Il convient également de noter qu'à mesure que la précision de la production diminue et que le nombre de satellites augmente, la tendance au déséquilibre augmente.
Ces appareils et leurs systèmes peuvent même être sujets à l'usure. Certaines conceptions seront sensibles même aux petits déséquilibres et peuvent nécessiter des composants d'assemblage de qualité et coûteux. L'emplacement exact des goupilles planétaires autour de l'axe de la roue solaire peut être une clé.
D'autres arrangements planétaires qui aident à équilibrer les charges incluent l'utilisation de sous-ensembles flottants ou de supports "souples" pour maintenir le soleil ou l'épicentre en mouvement aussi longtemps que possible.
Principes de base de la synthèse des dispositifs planétaires
Cette connaissance est nécessaire lors de la conception et de la création de composants de machine. Le concept de "synthèse des mécanismes planétaires" consiste à calculer le nombre de dentsdans le soleil, l'épicentre et les satellites. Dans ce cas, un certain nombre de conditions doivent être remplies:
- Le rapport de transmission doit être égal à la valeur définie.
- L'engagement des dents de l'engrenage doit être correct.
- Il est nécessaire d'assurer l'alignement de l'arbre d'entrée et de l'arbre de sortie.
- Voisinage requis (les satellites ne doivent pas interférer les uns avec les autres).
De plus, lors de la conception, vous devez tenir compte des dimensions de la future structure, de son poids et de son efficacité.
Si le rapport d'engrenage (n) est donné, alors le nombre de dents sur le soleil (S) et sur les engrenages planétaires (P) doit satisfaire l'équation:
n=S/P
Si nous supposons que le nombre de dents à l'épicentre est précoce (A), alors avec le support verrouillé, l'égalité doit être observée:
n=-S/A
Si l'épicentre est fixe, alors l'égalité suivante sera vraie:
n=1+ A/S
C'est ainsi que le mécanisme planétaire est calculé.
Avantages et inconvénients
Il existe plusieurs types de transmission qui sont utilisés avec succès dans divers appareils. Planetary parmi eux se distingue par les avantages suivants:
- Fournit moins de charge sur chaque dent des roues (à la fois le soleil, l'épicentre et les satellites) en raison du fait que la charge sur eux est répartie plus uniformément. Cela a un effet positif sur la durée de vie de la structure.
- A puissance égale, l'engrenage planétaire a des dimensions et un poids inférieurs à ceux des autres types de transmission.
- Capacité à atteindre des rapports de démultiplication plus élevés avecmoins de roues.
- Garantir moins de bruit.
Inconvénients des engrenages planétaires:
- Besoin de plus de précision dans leur fabrication.
- Faible efficacité avec un rapport de démultiplication relativement important.
