Планетарный редуктор
Почему в колесе карьерного самосвала и в бортовом редукторе экскаватора стоит планетарный ряд? Разбери редуктор на солнце, сателлиты, корону и водило и посмотри, как он почти втрое уменьшает обороты.
Солнце, три сателлита и неподвижная корона дают большое передаточное число в маленьком корпусе: момент передают сразу три зацепления.
Входной вал крутит солнечную шестерню. Сателлиты зацеплены и с солнцем, и с неподвижной короной: они катятся по короне, обходят солнце и тащат за собой водило, а водило крутит выходной вал. Передаточное число u = 1 + Zк / Zс = 1 + 100 / 52 ≈ 2,9: выходной вал крутится почти втрое медленнее входного и передает почти втрое больший момент, если не считать потерь.
Момент делят между собой три зацепления, а не одно, поэтому планетарный редуктор выходит маленьким и легким для своей нагрузки, а его входной и выходной валы стоят на одной оси. Это и нужно в колесе: планетарный ряд прячут в ступицы самосвалов и в бортовые редукторы гусеничных машин, часто два ряда подряд. Здесь модель промышленного редуктора на лапах, но в колесе ряд устроен так же. Кинематика разобрана в теме «Планетарные передачи», а колесный редуктор в теме «Бортовой редуктор».
- u
- Передаточное число. Во сколько раз выходной вал крутится медленнее входного. Для ряда с неподвижной короной u = 1 + Zк / Zс, два ряда подряд дают произведение: 3 × 3 = 9.
- Z
- Число зубьев. Здесь у солнца 52, у сателлитов по 24, у короны 100. У прямозубого ряда без смещения Zк = Zс + 2 · Zсат.
- Водило
- Деталь с осями сателлитов. Если остановить водило, а не корону, корона закрутится в обратную сторону: так планетарный ряд меняет направление вращения.
Как планетарный ряд уменьшает обороты
Входной вал крутит солнечную шестерню. Сателлиты катятся по неподвижной короне, обходят солнце и тащат за собой водило, а с ним выходной вал. Водило делает один оборот, пока солнце делает почти три: u = 1 + 100 / 52 ≈ 2,9.
Источник модели«Gearbox (Planetary)», автор T-FLEX CAD ST (Free), Sketchfab. Лицензия CC BY 4.0. Модель перекрашена, детали собраны в узлы и названы по-русски, сетка упрощена и сжата, добавлены разборка, работа и описание деталей.
Что делает каждая деталь
Нажми «Показать на модели»: деталь подсветится, а остальные станут полупрозрачными.
- 01
Входной вал
Зачем. На шлицы вала надевают полумуфту двигателя. Вал крутит солнечную шестерню и делает столько же оборотов, сколько мотор.
Из чего. Легированная сталь, шлицы закалены.
Износ. Смятие шлицев от ударов и перекоса муфты. Если шлицы разбиты, муфта стучит при пуске и при смене направления.
- 02
Солнечная шестерня
Зачем. Центральная шестерня с 52 зубьями. Сидит на входном валу на шпонке и зацепляется сразу со всеми тремя сателлитами, поэтому момент делится на три зацепления.
Из чего. Легированная сталь, зубья цементованы и закалены.
Износ. Выкрашивание зубьев. У солнца каждый зуб за оборот входит в зацепление трижды, по разу с каждым сателлитом, поэтому устает оно раньше других шестерен.
- 03
Сателлиты
Зачем. Три шестерни по 24 зуба. Каждая зацеплена и с солнцем, и с короной: катится по короне и обходит солнце.
Из чего. Легированная сталь, зубья закалены. Внутри каждого сателлита подшипники.
Износ. Если водило перекошено или оси стоят неровно, нагрузка делится между сателлитами неравно, и один изнашивается раньше других.
- 04
Подшипники сателлитов
Зачем. По два шарикоподшипника в каждом сателлите: на них сателлит крутится на своей оси.
Из чего. Подшипниковая сталь.
Износ. Самые нагруженные подшипники редуктора. Шум и нагрев чаще всего начинаются с них.
- 05
Оси сателлитов
Зачем. Держат сателлиты в водиле. Гайки и шайбы на концах не дают осям выйти.
Из чего. Закаленная сталь.
Износ. Если гайка ослабла, ось болтается, сателлит перекашивается, и зубья работают кромкой.
- 06
Водило
Зачем. Трехлучевая деталь, в которой стоят оси сателлитов. Сателлиты обходят солнце и тащат водило по кругу, а оно крутит выходной вал.
Из чего. Сталь или высокопрочный чугун.
Износ. Трещины у отверстий под оси от ударной нагрузки.
- 07
Выходной вал
Зачем. Соединен с водилом шпонкой. Крутится в 2,9 раза медленнее входного и передает почти во столько же раз больший момент.
Из чего. Легированная сталь.
Износ. Смятие шпоночного паза при ударах, канавка на шейке под манжетой.
- 08
Коронная шестерня
Зачем. Кольцо со 100 зубьями внутри. Оно зажато между половинами корпуса и стоит неподвижно: сателлиты катятся по нему. Шесть штифтов держат корону соосно с корпусом.
Из чего. Сталь, зубья закалены.
Износ. Износ и выкрашивание зубьев, особенно если в масле гуляет металлическая стружка.
- 09
Подшипники входного вала
Зачем. Два шарикоподшипника в переднем корпусе. Держат входной вал на одной оси с корпусом, чтобы солнце зацеплялось с сателлитами без перекоса.
Из чего. Подшипниковая сталь.
Износ. Гудят и греются, когда масла мало или оно грязное.
- 10
Подшипники выходного вала
Зачем. Два шарикоподшипника в крышке. На выходном валу момент почти втрое больше, поэтому его подшипники нагружены сильнее.
Из чего. Подшипниковая сталь.
Износ. Если манжета пропускает грязь, первыми страдают они: гул и люфт вала.
- 11
Манжеты
Зачем. Резиновые кольца с кромкой на выходах валов: держат масло внутри, а грязь снаружи.
Из чего. Маслостойкая резина в стальном каркасе, кромку прижимает пружинка.
Износ. Потек масла по валу: кромка затвердела от нагрева или вал протерт под ней.
- 12
Передний корпус
Зачем. Половина корпуса со стороны входного вала, в ней подшипники входного вала. На модели в корпусе вырезана четверть, чтобы было видно шестерни.
Из чего. Серый чугун или алюминиевый сплав.
Износ. Трещины от ударов и от перекоса при креплении: редуктор должен стоять на ровной опоре.
- 13
Задний корпус
Зачем. Вторая половина корпуса, в ней ходит водило. Сверху ввернута заливная пробка, снизу сливная.
Из чего. Серый чугун или алюминиевый сплав.
Износ. Течь масла по стыку с короной, если ослабли стяжные болты или повреждена прокладка.
- 14
Задний фланец
Зачем. Закрывает корпус со стороны выходного вала, к нему крепится крышка подшипников.
Из чего. Чугун или сталь.
Износ. Течь по стыку, если болты затянуты неравномерно.
- 15
Крышка подшипников
Зачем. В ней стоят подшипники выходного вала и манжета. Крышку держат шесть винтов.
Из чего. Чугун или сталь.
Износ. Разбитое гнездо подшипника: наружное кольцо провернулось в крышке.
- 16
Прокладки
Зачем. Тонкие кольца в стыках корпуса, короны и фланца: не пускают масло наружу.
Из чего. Паронит или маслостойкий картон. Вместо прокладки бывает слой герметика.
Износ. Порванная при сборке или пересохшая прокладка дает течь по стыку.
- 17
Стяжные болты
Зачем. Восемь болтов с гайками и шайбами стягивают передний корпус, корону и задний корпус в один блок.
Из чего. Сталь, затягивают крест-накрест с моментом по инструкции.
Износ. От вибрации гайки отворачиваются, стык начинает течь, а корона может сдвинуться.
- 18
Винты крышки
Зачем. Шесть винтов с шайбами притягивают крышку подшипников к фланцу.
Из чего. Сталь.
Износ. Ослабший винт дает течь масла из-под крышки.
- 19
Пробки
Зачем. Сверху заливная пробка, снизу сливная. Масло меняют по часам работы и сливают теплым, пока стружка не осела.
Из чего. Сталь, под пробкой уплотнительная шайба. На сливной пробке часто стоит магнит, он собирает стальную пыль.
Износ. Если на магните много стальной пыли или есть крупные частицы, в редукторе что-то разрушается.
- 20
Лапы
Зачем. Опоры, которыми редуктор крепят к раме.
Из чего. Сталь или чугун.
Износ. Если рама неровная, затянутые лапы перекашивают корпус, и подшипники греются.
Где стоит
- Колесо карьерного самосвала
У самосвалов с электротрансмиссией в каждом заднем колесе стоят тяговый электродвигатель и планетарный редуктор, обычно в два ряда. Корона закреплена на оси, водило вращает ступицу.
- Бортовой редуктор
У бульдозера и гусеничного экскаватора планетарный редуктор стоит перед звездочкой гусеницы. Его крутит гидромотор или вал трансмиссии.
- Поворот экскаватора
Гидромотор с планетарным редуктором крутит шестерню, которая обкатывается по зубчатому венцу опорно-поворотного круга, и платформа поворачивается.
Как ломается и как это заметить
- Грязное и старое масло
Стружка из зацеплений гуляет по маслу и стачивает зубья и подшипники. Масло меняют по регламенту, а по налету на магнитной пробке и по анализу масла судят, не начался ли износ.
- Перегрев
Масла мало, оно загустело или не того класса вязкости. Масло окисляется, пленка в зацеплениях рвется, и зубья задираются. Перегретый редуктор шумит сильнее обычного.
- Удары и перегрузка
Удары при резком пуске и работе ковшом бьют по зубьям, осям сателлитов и шлицам. Сначала на зубьях появляются выкрашивания, потом трещины, а разбитый подшипник сателлита может заклинить весь ряд.
Источник модели«Gearbox (Planetary)», автор T-FLEX CAD ST (Free), Sketchfab. Лицензия CC BY 4.0. Модель перекрашена, детали собраны в узлы и названы по-русски, сетка упрощена и сжата, добавлены разборка, работа и описание деталей.