Existem todos os tipos de dispositivos mecânicos. Alguns deles são familiares para nós desde a infância. São, por exemplo, relógios, bicicletas, piões. Aprendemos sobre os outros à medida que envelhecemos. São motores de carros, guinchos de guindastes e outros. Todo mecanismo em movimento usa algum tipo de sistema para fazer as rodas girarem e a máquina funcionar. Um dos mais interessantes e populares é o mecanismo planetário. Sua essência reside no fato de que a máquina é acionada por rodas ou engrenagens que interagem entre si de maneira especial. Vamos dar uma olhada nisso.
Informações gerais
A engrenagem planetária e o mecanismo planetário são assim denominados por analogia com o nosso sistema solar, que pode ser representado condicionalmente da seguinte forma: no centro há um "sol" (a roda central do mecanismo). "Planetas" (pequenas rodas ou satélites) se movem em torno dele. Todas essas peças da engrenagem planetária possuem dentes externos. O sistema solar condicional tem um limite em seu diâmetro. Funçãoé realizado no mecanismo planetário por uma grande roda ou epiciclo. Também tem dentes, apenas internos. A maior parte do trabalho neste projeto é realizada pelo transportador, que é um mecanismo de alavanca. O movimento pode ser realizado de diferentes maneiras: ou o sol gira, ou o epiciclo, mas sempre junto com os satélites.
Durante a operação do mecanismo planetário, outro desenho pode ser usado, por exemplo, dois sóis, satélites e um portador, mas sem epiciclo. Outra opção são dois epiciclos, mas sem sol. A operadora e os satélites devem estar sempre presentes. Dependendo do número de rodas e da localização de seus eixos de rotação no espaço, o desenho pode ser simples ou complexo, plano ou espacial.
Para entender completamente como esse sistema funciona, você precisa entender os detalhes.
Localização dos elementos
A forma mais simples de engrenagem planetária inclui três conjuntos de engrenagens com vários graus de liberdade. Os satélites acima giram em torno de seus eixos e ao mesmo tempo em torno do sol, que permanece no lugar. O epiciclo conecta o mecanismo planetário por fora e também gira por meio de um engate alternado dos dentes (ele e os satélites). Este projeto é capaz de alterar o torque (velocidades angulares) em um plano.
Em um mecanismo planetário simples, o sol e os satélites podem girar, enquanto o epicentro permanece fixo. De qualquer forma, as velocidades angulares de todos os componentes não são caóticas, mas têm uma dependência linear entre si. À medida que a mídia gira, ela fornecesaída de alto torque de baixa velocidade.
Ou seja, a essência da engrenagem planetária é que tal projeto é capaz de alterar, expandir e adicionar torque e velocidade angular. Movimentos rotacionais neste caso ocorrem em um eixo geométrico. O elemento de transmissão necessário de vários veículos e mecanismos está instalado.
Características de materiais estruturais e esquemas
No entanto, um componente fixo nem sempre é necessário. Em sistemas diferenciais, cada elemento gira. Engrenagens planetárias como esta têm uma saída acionada (controlando) duas entradas. Por exemplo, um diferencial que controla um eixo em um carro é uma marcha similar.
Tais sistemas funcionam com o mesmo princípio das estruturas de eixos paralelos. Mesmo uma engrenagem planetária simples tem duas entradas, a engrenagem de anel fixo é uma entrada constante de velocidade angular zero.
Descrição detalhada dos dispositivos
Estruturas planetárias mistas podem ter um número diferente de rodas, bem como diferentes engrenagens através das quais são conectadas. A presença de tais detalhes expande muito as possibilidades do mecanismo. Estruturas planetárias compostas podem ser montadas de modo que o eixo da plataforma de transporte se mova em alta velocidade. Como resultado, alguns problemas com engrenagem de redução, engrenagem solar e outros podem ser eliminados no processo de melhoria do dispositivo.
Assim, como visto deDadas as informações, o mecanismo planetário funciona com base no princípio de transferência de rotação entre elos centrais e móveis. Ao mesmo tempo, os sistemas complexos são mais procurados do que os simples.
Opções de Configuração
É possível utilizar rodas (engrenagens) de diversas configurações no mecanismo planetário. Padrão adequado com dentes retos, helicoidais, sem-fim, chevron. O tipo de engajamento não afetará o princípio geral de operação do mecanismo planetário. O principal é que os eixos de rotação do transportador e as rodas centrais coincidam. Mas os eixos dos satélites podem estar localizados em outros planos (cruzamento, paralelo, interseção). Um exemplo de cruzado é um diferencial entre rodas, em que as engrenagens são cônicas. Um exemplo de cruzado é um diferencial autotravante com engrenagem helicoidal (Torsen).
Dispositivos simples e complexos
Como observado acima, o esquema do mecanismo planetário sempre inclui um transportador e duas rodas centrais. Pode haver qualquer número de satélites. Este é o chamado dispositivo simples ou elementar. Em tais mecanismos, os desenhos podem ser os seguintes: "SVS", "SVE", "EVE", onde:
- S é o sol.
- B - portadora.
- E é o epicentro.
Cada conjunto de rodas + satélites é chamado de conjunto de engrenagens planetárias. Neste caso, todas as rodas devem girar no mesmo plano. Mecanismos simples são de linha única e dupla. Eles raramente são usados em vários dispositivos e máquinas técnicas. Um exemplopode servir como um mecanismo de bicicleta planetária. De acordo com este princípio, a manga funciona, graças à qual o movimento é realizado. Seu design foi criado de acordo com o esquema "SVE". Satélites em não 4 peças. Nesse caso, o sol está rigidamente preso ao eixo da roda traseira e o epicentro é móvel. Ele é forçado a girar por um ciclista pressionando os pedais. Neste caso, a velocidade de transmissão e, portanto, a velocidade de rotação, podem mudar.
Mais frequentemente você pode encontrar mecanismos planetários de engrenagem complexos. Seus esquemas podem ser muito diferentes, o que depende do objetivo deste ou daquele design. Como regra, os mecanismos complexos consistem em vários simples, criados de acordo com a regra geral para uma engrenagem planetária. Tais sistemas complexos são de duas, três ou quatro linhas. Teoricamente, é possível criar estruturas com um grande número de linhas, mas na prática isso não ocorre.
Dispositivos planares e espaciais
Algumas pessoas pensam que uma engrenagem planetária simples deve ser plana. Isso é apenas parcialmente verdade. Dispositivos complexos também podem ser planos. Isso significa que as engrenagens planetárias, não importa quantas sejam usadas no dispositivo, estão em um ou em planos paralelos. Mecanismos espaciais possuem engrenagens planetárias em dois ou mais planos. Neste caso, as próprias rodas podem ser menores do que na primeira modalidade. Observe que o mecanismo planetário plano é o mesmo que o espacial. A diferença está apenas na área ocupada pelo dispositivo, ou seja, na compacidade.
Graus de liberdade
Este é o nome da coleçãocoordenadas de rotação, que permitem determinar a posição do sistema no espaço em um determinado momento. De fato, todo mecanismo planetário tem pelo menos dois graus de liberdade. Ou seja, as velocidades angulares de rotação de qualquer elo em tais dispositivos não estão linearmente relacionadas, como em outras engrenagens. Isso permite que você obtenha velocidades angulares de saída que não são as mesmas da entrada. Isso pode ser explicado pelo fato de que na conexão diferencial no mecanismo planetário existem três elementos em qualquer linha, e o restante estará conectado a ela linearmente, através de qualquer elemento da linha. Teoricamente, é possível criar sistemas planetários com três ou mais graus de liberdade. Mas, na prática, eles são inoperáveis.
Relação de Engrenagem Planetária
Esta é a característica mais importante do movimento rotacional. Permite determinar quantas vezes o momento de força no eixo acionado aumentou em relação ao momento do eixo acionado. Você pode determinar a relação de transmissão usando as fórmulas:
i=d2/d1=Z2/Z1=M2/M1=W1/W2=n1/n2, onde:
- 1 - link principal.
- 2 - link escravo.
- d1, d2 - diâmetros do primeiro e segundo elos.
- Z1, Z2 - número de dentes.
- M1, M2 são torques.
- W1 W2 - velocidades angulares.
- n1 n2 - velocidade.
Assim, quando a relação de transmissão for maior que um no eixo acionado, o momento da força aumenta, e a frequência e a velocidade angular diminuem. Isso deve sempre ser levado em consideração ao criar um design, porquea relação de transmissão em mecanismos planetários depende de quantos dentes as rodas têm e qual elemento da linha é o principal.
Escopo de aplicação
No mundo de hoje existem muitas máquinas diferentes. Muitos deles trabalham com a ajuda de engrenagens planetárias.
Eles são usados em diferenciais automotivos, engrenagens planetárias, nos esquemas cinemáticos de máquinas-ferramenta complexas, em caixas de câmbio de motores a ar de aeronaves, em bicicletas, em colheitadeiras e tratores, em tanques e outros equipamentos militares. De acordo com os princípios da engrenagem planetária, muitas caixas de engrenagens funcionam nos acionamentos de geradores elétricos. Considere outro sistema desse tipo.
Engrenagem de giro planetária
Este design é usado em alguns tratores, veículos rastreados e tanques. Um diagrama simples do dispositivo é mostrado na figura abaixo.
O princípio de funcionamento do mecanismo de rotação planetária é o seguinte: o suporte (posição 1) é conectado ao tambor de freio (2) e a roda motriz localizada na lagarta. O epiciclo (6) é conectado ao eixo de transmissão (posição 5). O sol (8) está conectado ao disco de embreagem (3) e ao tambor de freio oscilante (4). Quando a embreagem de travamento está engatada e os freios de banda estão desligados, os satélites não giram. Eles se tornarão como alavancas, pois estão conectados com o sol (8) e o epiciclo (6) por meio de dentes. Portanto, eles os forçam e o transportador a girar simultaneamente em torno de um eixo comum. Neste caso, a velocidade angular é a mesma.
Ao desengatar a embreagem de travamento e acionar o freiogirando o sol começará a parar, e os satélites começarão a se mover em torno de seus eixos. Assim, eles criam um momento no transportador e giram a roda motriz da lagarta.
Usar
Em termos de vida útil e amortecimento, em sistemas planetários lineares, a distribuição de carga é perceptível entre os principais componentes.
Fadiga térmica e cíclica pode aumentar devido à distribuição de carga limitada e ao fato de que as engrenagens planetárias podem girar muito rapidamente em seus eixos. Além disso, em altas velocidades e relações de transmissão da engrenagem planetária, as forças centrífugas podem aumentar muito a quantidade de movimento. Deve-se notar também que à medida que a precisão da produção diminui e o número de satélites aumenta, a tendência ao desequilíbrio aumenta.
Esses dispositivos e seus sistemas podem até estar sujeitos a desgaste. Alguns projetos serão sensíveis até mesmo a pequenos desequilíbrios e podem exigir componentes de montagem caros e de qualidade. A localização exata dos pinos planetários ao redor do eixo da engrenagem solar pode ser uma chave.
Outros arranjos planetários que ajudam a equilibrar as cargas incluem o uso de subconjuntos flutuantes ou montagens "soft" para manter o sol ou o epicentro em movimento o maior tempo possível.
Fundamentos de síntese de dispositivos planetários
Este conhecimento é necessário ao projetar e criar componentes de máquinas. O conceito de "síntese de mecanismos planetários" é calcular o número de dentesno sol, epicentro e satélites. Neste caso, várias condições devem ser atendidas:
- A relação de transmissão deve ser igual ao valor definido.
- O engate dos dentes da engrenagem deve estar correto.
- É necessário garantir o alinhamento do eixo de entrada e do eixo de saída.
- Vizinhança necessária (os satélites não devem interferir uns com os outros).
Além disso, ao projetar, você precisa levar em consideração as dimensões da estrutura futura, seu peso e eficiência.
Se a relação de engrenagem (n) for dada, então o número de dentes no sol (S) e nas engrenagens planetárias (P) deve satisfazer a equação:
n=S/P
Se assumirmos que o número de dentes no epicentro é precoce (A), então com a portadora travada, a igualdade deve ser observada:
n=-S/A
Se o epicentro for fixo, a seguinte igualdade será verdadeira:
n=1+ A/S
É assim que o mecanismo planetário é calculado.
Vantagens e desvantagens
Existem vários tipos de transmissão que são usados com sucesso em vários dispositivos. A planetária entre elas se destaca pelas seguintes vantagens:
- Fornece menos carga em cada dente das rodas (tanto o sol, quanto o epicentro e os satélites) devido ao fato de que a carga sobre eles é distribuída de forma mais uniforme. Isso tem um efeito positivo na vida útil da estrutura.
- Com a mesma potência, a engrenagem planetária tem dimensões e peso menores que outros tipos de transmissão.
- Capacidade de alcançar relações de transmissão mais altas commenos rodas.
- Garantir menos ruído.
Desvantagens das engrenagens planetárias:
- Precisam de mais precisão na fabricação.
- Baixa eficiência com uma relação de transmissão relativamente grande.
