Definition of planetary transmission drives:
Planetary transmission drive is drive which at lest one axis with a dental is rotating around central axis.
Picture 1)
The most simplyer drive has two dentals and it is performed in two diferent possibilityes, as it is shown in picture 1). The first one has two dentals with external tooths, the other has one dental with external and one dental with internal tooths. In both cases we have one central dental sun/solar dental A with his own shaft, one knee-shaped shaft planetary shaft which has its own axis P and one dental planetary dental P which rortates around solar dental. The motive power is usually takein through the planetary shaft and takeout through the planetary dental while solar dental stends still.
In machinery designing it is most frequently used designe with three dentals of which are two on the central axis - solar dentals and the third is planetary dental which is rotating around central axis and it is placed on the planetary shaft. Input and output shafts are coaxial, the energy is flowing through the planetary dental and then return toward the central output axis. This is the cause for their name return/reflexsive planetary drives.
Three axsis planetary transmission drives can be coupled into new combine units and some special propertyes would be achived. That kind of planetary transmission drives are called combine planetary drives. With combining at least two simple three axis planetary drives new three axis drive with special propertyes is created. In this case particular drives are called partial drives, conected shafts are called double shafts, individual shafts are single shafts. Torque is carrying outward by only three shafts which are called outer shafts. Torque between partial drives is carrying by one double shaft which is called inner shaft and has no outward influence.
In this seminary is predicate to three axis planetary transmission drives but chapter about combine planetary drives is applyed too. Seminary is based on standard VDI 2157.
Planetary gear train with three dentals on the picture has two solar dentals and one planetary dental. One solar dental has external tooths and the other solar dental has internal tooths. Plnetary shaft has axis "p" aroud which the planetary dental is spining.
This is planetary gear train transmission with two dentals with external tooths. These two dwntals are planetary dentals, whish are spining aroun the planetary axis on the planetary shaft.
Picture shows planetar gear train transmission with conical dentals with external tooths. There are two solar dentals on the diferent central shafts and two planetary dentals on the same axis on the same planetary shaft.Planetary axis can be placed together at the diferent sharp angles.
In this case, as it is shown in picture, we have planetary gear train transmission with two solar dentals with external tooths on the diferent central shafts and two planetary dentals with external tooths, both on the planetay axis on the planetary shaft.
This is planetary gear train transsmision with two central dentals with external conical tooths which are conected with one planetary dental with conical teeths. Axis of this dental is perpendicular to the central axis.
This picture shows the basic and the simpyer planetary gear train transmission with only one solar dental with external tooths and only one planetary dental with external tooths..
Planetna gonila se danes vedno pogosteje uporabljajo in se izkoriščajo v najrazličnejših področjih tehnike. Kot izravnalna gonila so skoraj nepogrešljiva, zasledimo jih povsod kjer se morajo pri majhnih močeh doseči zelo velike prestave, z njimi se prenašajo velike moči pri velikih turažah. Pri primerni izvedbi imajo planetna gonila le polovico volumna stabilnih gonil in boljši izkoristek.
Vsa planetna gonila se lahko predstavijo tudi shematično.
Definicija palnetnih gonil:
Planetna gonila so gonila, pri katerih se vsaj ena os, na kateri je zobnik, vrti okoli centralne osi.
Slika 1)
Najenostavnejši izvedba planetnih gonil imata dva zobnika,kot to prikazuje slika 1. Prva izvedba ima dva zobnika z zunanjim ozobjem, druga pa en zobnik z zunanjim ozobjem in en zobnik z notranjim ozobjem.Pri obeh izvedbah je po en centralni zobnik sončnik A, s pripadajočo gredjo, ena gred z ročico - planetna gred - na njej je os P in en en zobnik planetnik P. Pogon je običajno na planetni gredi odgon pa na planetnku P.
Pri gradnji stroje se mnogo bolj uporabljajo triosna gonila s tremi zobniki, od katerih sta dva na centralnih oseh - sončnika - tretji pa je planetnik, ki je nameščen na planetni gredi ter se vrti okoli centralne osi. Pogonska in odgonska gred ležita koaksialno energija pa se pretaka prako planetnika, ter se vrača na sosednjo gred v centralni osi. Od tu tudi ime Povratna planetna gonila.
Triosna planetna gonila se lahko vežejo tudi v nove kombinirane enote, pri čemer se dajo doseči posebne lastnosti planetnih gonil. Takšna planetna gonila imenujemo sestavljena planetna gonila in jih dobimo, ko povežemo med seboj najmanje dve enostavni triosni planetni gonili tako dobimo ponovno triosno planetno gonilo, ki pa ima svoje posedne lastnosti. Posamezna gonila se v tem primeru imenujejo delna gonila, spojene gredi so dvojne gredi, posamezne gredi so enojne gredi. Vrtilne momente prenašajo navzven samo tri gredi, katere imenujemo zunanje gredi, medtem ko moment med delnimi gonili prenaša ena dvojna gred ki se imenuje notranja gred in navzven ne vpliva.
V tej seminarski nalogi je povdarek predvsem na triosnih palnetnih gonilih v seminarju pa je predstavljena tudi sinteza planetnih gonil. Seminar se navezuje na standard VDI 2157.
Sheme povezav z opisi posameznih delov.
Triosno planetno gonilo na sliki ima dva sončna zobnika in enega planetnega. En sončen zobnik ima notranje ozobje drugi pa zunanje. Na planetni gredi je nameščena planetna os "p" okoli katere se vrti planetni zobnik.
Slika prikazuje primer triosnega planetnega gonila z dvem planetnima zobnikoma z zunanjim ozobjem in dvema sončnima zobnikoma z notranjim ozobjem. Oba planetna zobnika sta med seboj povezana s planetno osjo "p" na planetni gredi, sončna zobnika pa sta nameščena na različnih gredeh.
Slika prikazuje triosno planetno gonilo s stožčastimi zobniki z zunanjim ozobjem. Na sliki sta dva sončna zobnika na različnih centralni sončnih oseh in dva planetna zobnika z zunanjim štžčastim ozobjem na planetni osi, ki je glede na centralno os lahko postavljena pod različnimi ostrimi koti.
Slika prikazuje triosno planetno gonilo z dvem sončnima zobnikoma z zunanjim ozobjem na različnih centralnih sončnih gredeh in dvema planetnima zobnikoma z zunanjim ozobjem na planetni osi.
Slika prikazuje primer, povezave dveh sončnih zobnikonv s stožčastim ozobjem, pritrjenih na različne centralne osi, s planetnim zobnikom s stožčastim ozobjem na planetni osi, ki je pod pravim kotom glede na centralno sončno os.
Slika prikazuje osnoven primer planetnega prenos z enim sončnim zobnikom na centralni sončni gredi in enim planetnim zobnikom na planetni osi, ki je povezana s planetno gredjo.
Nastanek triosnega planetnega gonila si lahko predstavljamo tudi na ta nčin, da dvoosno povratno stabilno gonilo osvobodimo temeljev in damo ohišje ob iztopnih gredeh na ležaje. Obratno pa lahko vsako planetno gonilo spremenimo v stabilnega če planetne gredi fiksiramo, ker pri tem vse osi okrog katerih se vrtijo zobniki mirujrjo.
Triosno planetno gonilo ima tri gredi od katerih je ima planetne gred, na kateri je lahko več osi planetnikov, posebno obliko. Glede na namen gonila in vrsto pogona se vrtita dve gredi in tretja miruje ali pa se vrtijo vse tri gredi.
Razmerje med turažama dveh vrtečih se gredi pri mirujoči tretji gredi imenujemo notranja prestava, razmerje med turažama dveh od treh rotirajočih gredi pa zunanja prestava
Imamo tri možne notranje prestave, ena od teh je, pri mirujoči planetni gredi, stabilna prestava planetnega gonila, medtem ko sta ostali dve planetni prestavi ko miruje ena od dveh sončnih gredi.
Planetno gonilo prikazano na sliki 1 ima dva sončnika A in B, planetno gred C s planetno osjo p, okrog katere se vrti planetnik P. Sončnik A ima zunanje ozobje, sončnik B pa notranje.
Na sliki 2 imata oba sončnika A in B zunanje ozobje, stopničasto planetno kolo pa ima dva zobnika P1 in P2 z zunanjim ozobjem.
Prav tako so možna triosna planetna gonila s stopničastim planetnikom z dvema zobnikoma z zunanjim ozobjem in dvema sončnikoma z notranjim ozobjem, kot to prikazuje slika 3.
Možna je tudi kombinacija sončnika z zunanjim in sončnika z notranjim ozobjem ter stopničastim planetnikom z dvema zobnikoma kot to prikazuje slika 4.
Na sliki 5 je prikazano triosno planetno gonilo s stožčastimi zobniki v osnovi pa so za prenos gibanja med sončnimi gredmi dopustne tudi vse ostale vrste zobatih gonil.
Gredi so tisti deli po katerih se v gonilo uvaja oziroma odvaja energija. Posamezne veličine kot so turaža, momenti, moč, izkoristki in prestavna razmerja se nanašajo na gredi, zato so njihove označbe še posebej važne.
Gonilo na sliki 1 je triosno planetno gonilo z centralnimi gredmi A in B ter planetno osjo C.Veličine, ki se nanašajo na gredi so:
nA, nB, nC - turaže gredi A, B, C.
TA, TB, TC - vrtilni momentui gredi A, B, C.
PA, PB, PC - moč, ki se prenaša po gredi A, B, C.
Notranje prestavno razmerje, katro je razmerje turaž dveh gredi pri mirujoči tretji gredi označimo z "i" in dopolnimi z indeksom gredi, med katerima je prestavno razmerje.
Prestavno razmerje pri mirujoči planetni gredi - stabilna prestava planetnega gonila.
Prestavno razmerje pri mirujoči centralni gredi B (planetna prestava).
Prestavno razmerje pri pri mirujoči središčni gredi A (planetna prestava).
Recipročna vrednost prestavnega razmerja je obrnjeno razmerje turaž gredi.
Zaradi boljše ločitve označimo turažo, ko rotirajo vse tri gredi z "m" in pri rotaciji dveh gredi pa z "n".
Zunanja prestava je razmerje dveh turaž, ko se vrtijo vse tri gredi in jo označimo s "k" in dodamo indekse tistih gredi med katerimi je označeno razmerje.
Prestava med gredmi A in C če se vrti tudi gred B.
Razmerja moči poameznih gredi. Lahko so negativne ali pozitivne.
Ko ugotavljamo potek moči k zobniku in proč od njega, poznamo silo, ki deluje na zobnik in obodno hitrost vrtenja zobnika. če sta sila na zobnik in obodna hitrost enako usmerjeni, moč zobniku dovajamo, ko pa sta usmerjeni nasprotno, moč od zobnika odvajamo.
Pri danem radiju delilnega kroga zobnika in kotni hitrosti je obodna hitrost
Tako doibmo vrtljaje n glede na odmerjeno dolžino Ln ki je enaka 1/min na izbrano dolžinsko enoto.
Vsa ta pravila pa veljajo tudi za več zobnikov v prijemu kot je to pokazano na sliki 2). Iz diagrama hitrosti lahko razberemo, da sta obodni hitrosti dveh zobnikov v prijemu enaki.
če iz točke S narišemo vzporednice premic, ki potekajo od središč zobnikov do konic vektorjev hitrosti, potem te vzporednice sekajo premico "p" v dolžinah, ki so proporcionalne turažam posameznih zobinkov.
Primer diagrama hitrosti za enostavno planetno gonilo.
Slika 3) prikazuje: a) shemo gonila, b) diagram hitrosti za primer ko ročica C miruje zobnik A pa se vrti z neko kotno hitrostjo. Osi vseh treh zobnikov v prostoru mirujejo, obodne hitrosti v teh točkah pa so enake nič, zato morajo biti tudi črte, ki predstavljajo diagram obodne hitrosti potekati v višini osi zobnikov skozi točke, ki predstavljajo hitrosti. Slika c) prikazuje primer, ko celotno gonilo rotira s kotno hitrostjo . Pri tem preide gibanje zobnika A v mirovanje. Hitrostno stanje zobnikov je tako kot če bi se vrtela ročica C z neko kotno hitrostjo pri mirujočem zobniku A. Obodne hitrosti so v dotikališčih zobnikov za oba zobnika enake.
Enako postopamo pri gonilih, pri katerih osi koles niso v isti ravnini. Izhajati moramo iz znanih obodnih hitrosti. Shema take gonila je na zgornji sliki 4). Slika 4) a) prikazuje diagram hitrosti za stabilno gonilo. Osi zobnikov, ki niso v ravnini nato zarotiramo na ordinato diagrama in z njimi tudi vektorje obodnih hitosti slika b). Pri planetni prestavi , preide kolo A v mirovanje, relativna hitrost nasproti ročice C pa ostane nespremenjena.
Pri stožčastih zobnikih si z diagrami hitrosti ne moremo pomagati zato pa si lahko ponazorimo razmere vrtenja z vektorji, ki predstavljajo kotne hitrosti. Pri preračunu uporabimo pravilo o seštevanju rotacij okoli sekajočih se osi. Velikost in smer vektorja sta določena z mnogokotnikom hitrosti lega pa s presečiščem osi. Vse osi se morajo sekati v skupni točki. Kotna hitrost zobnika B proti zobniku A je podana na tvornici M vse tri osi se sekajo v isti točki.
Notranje prestavno razmerje planetnega gonila je določeno z razmerjem turaž dveh gredi pri mirujoči tretji gredi. A in B sta gredi sončnikov, gred C pa je planetna gred. Pri troosnem planetnem gonilu imamo torej tri notranje prestave, od katerih predstavlja ona z mirujočo planetno gredjo stabilno prestavo. Definicija za notranje prestave (Scwampovo pravilo) velja za vsa planetna gonila, ne glede na to kako so gredi med seboj povezane. Važno je le to da se sončniki ubirajo s planetniki in da so planetniki nameščeni na na ročiči planetne gredi. Na spodnji sliki sta A in B gredi sončnikov, gred C pa je planetna gred. Označba je popolnoma poljubna in je namenjena samo razlagi gonilnika. Stabilna prestava iA/B je odvisna samo od geometrijskih razmer gonila (števila zob in premerov zobnikov).
Ko določamo notranjo prestavo moramo eno od gredi ustaviti, ali pa poiskati relativne turaže obeh gredi nasproti tretji gredi. Pri stabilni prestavi mora mirovati gred C.Če želimo dobiti neko drugo notranjo prestavo mora mirovati neka druga gred. Če želimo notranjo prestavo med A in C mora mirovati gred B. Od mirujoče prestave C pri stabilni prestavi, do mirujoče gredi B pridemo tako, da vrtimo celotno gonilo s turažo -nB. Tako dobi gred A turažo nAB=nA-nB in gred C, n'C=-nB. Iz tega sledi notranja prestava:
Na enak način pridemo do notranje prestave med gredma B in C, le da mora pri tem mirovati gred A. Do tega pridemo če vrtimo celo gonilo z -nA. Pravilo za določanje notranjih prestav se imenuje Schwampovo pravilo.
Iz enačb vidimo, da je notranja prestava med gredma A in C določena z notranjo prestavo med gredma A in B. Iz enčb je razvidno, da je triosno planetno gonilo glede notranjih prestav popolnoma določeno, če poznamo eno notranjo prestavo. Po schwampovem pravilu lahko vsako notranjo prestavo izračunamo iz ene od ostalih dveh notranjih prestav.
Ena od notranjih prestav mora imeti nasproten predznak. Vsako notranjo prestavo pa lahko izrazimo z ostalima dvema.
Glede na predznak ločimo planetna gonila s pozitivno in planetna gonila z negativno stabilno prestavo. Funkcijska odvisnost med planetno prestavo in stabilno prestavo je linearna.
Pri stabilni prestavi iA/B=1 se vrtita pogonska in odgonska gred enako, tako gonilo deluje kot sklopka. ( Primer je,ko imamo planetno gonilo s samo dvema gredma A in C in se planetni zobnik na gredi C ne vrti - ležaji planetnega zobnika so blokirani - zato se gred A lahko vrti samo z enako turažo.) Ko pa je iA/B=-1 se vrtita z enako turažo v nasprotni smeri. Ker se v območju -1< iA/B < 1 predznaki menjajo imenujemo to območje obračalno območje.
Notranja prestavna razmerja lahko določimo tudi iz diagrama hitrosti vendar se ta metoda uporablja samo za reševanje posebnih nalog, ker nimamo skupnih pravil, ki bi velja za vsa gonila.
če upoštevamo, da imajo zobniki, ki so v ubiranju enak modul in neko število zob potem lahko določimo po teh enačbah izračunamo prestavo z upoštevanjem števila zob enačbe 5). Pri preračunu je treba paziti na predznak prestave. V primeru, ko imamo tri gredi in pogon na eni od sončnih gredi je glede na planetno os vrtenje druge sončne gredi nasprotno vrtenju prve zato ima lahko prestava iA/C negativen predznak, enačba 5) b). V primeru ko imamo dvojni stopničast planetnik pa se ta prestava izrazi po enačbi 5) c).
Ena od gredi v takem gonilu je obremenjena z vsoto momentov ostalih dveh gredi tako gred imenujemo sumarna gred, ostali gredi pa diferenčni gredi. Sumarna gred je tista, ki da pri mirovanju negativno prestavo ostalih dveh gredi.Sumarna gred je lahko planetna gred ali ena od sončnih gredi.
Triosno planetno gonilo lahko prikažemo s simbolično shemo Slika a), to je krog s tremi žarki, ki predstavljajo gredi A,B in C.
če momente na posameznih gredeh delimo z najmanjčim izmed njih dobimo specifične moment. Pri gonilu brez izgub je tudi razmerje specifičnih momentov enako prestavnemu razmerju. Večji momenti pripadajo počasnejšim gredem. K gredem na shemah lahko pripišemo še specifične momente in predznak notranje prestave dotičnih gredi (Slika b in c) lahko takoj ugotovimo prestavna razmerja. Ker je sumarna gred tista, ki pri negativni prestavi miruje jo v shemi označimo z dvem ačrtama in leži nasproti minusa.
Zvezo med notranjimi in zunanjimi prestavami dobimo, ko tvorimo razmerje relativnih turaž proti gredi, ki naj pri notranji prestavi miruje.
Notranjo prestavo med gredma B in C odbimo, ko tvorimo razmerje relativnih hitrosti proti gredi A (po Schwampovem pravilu).
Na enak način lahko dobimu tudi ostali dve notranji prestavi:
Iz prikazanega sledi, da lahko vsako notranjo prestavo dobimo z dvema zunanjima prestavama. Planetno gonilo je z eno notranjo prestavo enolično določeno in v enako meri z dvema zunanjima. Zunanje prestave so med seboj v razmerju:
Iz tega sledi, da morajo imeti vse tri prestave enak predznak, kar pomeni, da se vse tri gredi vrtijo v isto smer. Za vsako turažo pri treh rotirajočih gredeh lahko vzamemo, da je sestavljena iz dveh turaž.
Razmerje med vrtilnimi momenti na posameznih gredeh je odvisno od notranjih prestav, zato zunanje prestave ne določajo odnosov med vrtilnimi momenti.
Vsota členov v enačbi 4) je ena to dosežemo, ko je :
1) vsota vsakega izmed sumandov med ena in nic.
2) ko je vrednost enega sumanda pozitivna in večja od ena, ter drugega sumanda negativna.
V prvem primeru se dovedena moč deli na dva dela. En del se prenaša s kotaljenjem drugi del pa kot pri sklopki. V drugem primeru pa se po nekaterih delih gonila vodi večja moč kot je bila dovedena. V prvem primeru govorimo o delitvi moči v drugem primeru pa o jalovi moči.
Iz enačbe 3) sledi, da se po gonilu moč deli takrat, ko velja in
Jalova moč se pojavi v dveh primerih in sicer, ko je kotalna moč večja od dovedene moči ali pa, ko je sklopna moč večja od dovedene.
Primera dveh povezav s simboličnimi shemami.
Pri zgornjem gonilu se pojavlja jalova moč, moč, ki s eprenaša kakor pri sklopki, deluje v nasprotni smeri kakor dovedena moč in se prenaša samo med določenimi deli gonila. Iz tega je razvidno, da morajo nekateri deli prenašati večjo moč in morajo biti tudi temu ustrezno dimenzionirani. Tako poteka moč pri gonilih, pri katerih je izstopna moč gred diferenčna gred, sumarna gred pa fiksirana.
Pri zgornjem gonilu se tudi pojavlja jalova moč. Pri teh gonilih je sklopna moč večja od dovedene moči, kotalna moč pa teče v nasprotni smeri kot sklopna, zato se imenujejo taka gonila protitočna gonila. Pri takih gonilih morajo biti deli, ki so podvrženi obrabi dimenzionirani na kotalno moč, deli za katere pa je merodajna trdnost pa na sklopno moč.
Turaže pri treh rotirajočuih gredeh se lahko spreminjajo s tem pa se spreminjajo tudi moči v posameznih gredeh. Moči pa se lahko spreminjajo tako, da je gonilu dovedena moč enaka odvedeni moči. Moč v posameznih gredeh je :
V tej enačbi mora imeti en člen drugačen predznak od ostalih, kar pomeni, da se moč po dveh gredeh dovaja po eni pa odvaja ali obratno.
Planetno gonilo na sliki ima sumarno gred C, moment na njej deluje nasprotno od momentov na gredeh A in B. Vse gredi pa se vrtijo v isti smeri.
Razmere se spremenijo, ko teče moč v obratni smeri iz gredi C na gred A. Kotalno moč, ki se odvaja na iztopni gredi in izkoristek zračunamo po enačbah:
Tudi ta enačba ostane veljavna za prenos moči med gredma C in B, če v njej upoštevamo prestavni razmerji iB/C in iA/C. V zgornji enačbi je
Ti primeri veljajo samo za prenašanje moči med gredma A in C, se pravi med sončno in planetno gredjo. Ker je gred B prav tako sončna gred veljajo za prenos moči med gredma B in C tudi vse dosedanje enačbe za določanje izkoristka, le da moramo pri tem upoštevati pripadajoča prestavna razmerja.
Iz slike je razvidno, da sta dve gonili spojeni, medtem ko je po ena gred vsakega gonila ostala prosta. Zaradi boljšega razumevanja se posamezna gonila v sestavljenem gonilu imenujejo delna gonila, spojene gredi so dvojne gredi, posamezne gredi pa enojne gredi. Vrtilne momente prenašajo navzven samo tri gredi, ki jih imenujemo zunanje gredi, medtem, ko prenaša ena dvojna gred obremenitve samo med deli delnega gonila in se imenuje notranja gred. Gred, kiprenaša obremenitve samo med delnimi gonili se imenuje prosta dvojna gred. Na shemi so prikazane vse štiri gredi. Gredi A in B sta enojni gredi C in D pa dvojni gredi. Dvojna gred C je fiksirana, dvojna gred D pa je prosta gred. Tudi pri sestavljenih planetnih gonilih razlikujemo notranjo (dve rotirajoči gredi) in zunanjo (tri rotirajoči gredi) prestavo. Običajno se uporablja notranja prestava in tudi lastnosti gonila se dajo najlažje ugotoviti iz notranje prestave. Notranjo prestavo dobimo, če je ena od dvojnih gredi prosta ter ena od preostalih treh fiksirana. Ker so za vsako prosto gred sestavljenega gonila planetnega gonila možne tri notranje prestave imamo 12 možnih prestav. Moč se prenaša samo preko enega dela gonila medtem, ko teče drugo delno gonilo prosto. Za prakso so tak agonila brez pomena, ker je celotna prestava dosežena z enim delnim gonilom in je drugo delno gonilo odveč. Pomembna so tista sestavljena gonila pri katerih je ena od dvojnih prosta gred. Pri teh gonilih so vse gredi delnih gonil obremenjene, moč pa se vodi po vseh gredeh, ki se vrtijo. Pri prenašanju moči sta udeleženi obe delni gonili, moč pa se prenaša med tistim zunanjima gredma, ki se vrtita. Z vrtilnim momentom pa so obremenjene vse tri gredi.
Prestava (sklopna prestava J ) med gredmi A in B zaporedno vezanega sestavljenega gonila se določi s produktom delnih prestav. Sestavljeno planetno gonilo s tremi zunanjimi gredmi se da ponazoriti kot enostavno triosno planetno gonilo, kot to prikazuje spodnja slika. Zanje velja isto pravilo kot za preprosta triosna planetna gonila pri izračunu sklopnih prestav. Moč se prenša po gredeh, ki so označene z debelo črto.
V vsakem delnem gonilu se nekaj moči izgubi, te izgube pa lahko izrazimo z ikoristkom delnih gonil. Od tu sledi izkoristek za sestavljena planetna gonila pri zaporedni vezavi.
Seminarska naloga je bila opravljena v študijskem letu 2000/2001