Construcţia şi funcţionarea reductoarelor planetare cu roţi dinţate

Consideraţii teoretice Transmisiile cu roti dintate reprezinta si astazi cea mai folosita categoriie de transmisii

mecanice. Din teoria mecanismelor ca o transmisie mecanica este un sistem de corpuri care

transmit si eventual transforma, miscarea unor elemente conducatoare, elementelor conduse. O transmisie mecanica, ca orice mecanism functioneaza atunci când numarul gradelor de mobilitate este egal cu numarul elementelor conducatoare.

Mecanismele PLANETARE au roţi cu axe mobile, numite sateliţi. Un satelit are o mişcare compusă, de rotaţie în jurul propriei axe şi de rotaţie în jurul axei centrale a mecanismului.

Transmisiile planetare au de regula unul sau doua grade de mobilitate. Între transmisiile mecanice moderne, reductoarele planetare ocupa un loc de frunte, fiind caracterizate prin faptul ca asigura rapoarte mari de transmitere în conditiile unui gabarit redus. În practica se întâlnesc reductoare planetare cu una, cu doua sau trei roti centrale, având sateliti simpli sau dubli.

In fig. 1 s-au prezentat 2 tipuri de  reductoare planetare, cu scheme cinematice simbolizate cu P1 (reductor planetar cu o treapta si un rand de sateliti) si P2 (reductor planetar cu o treapta si 2 randuri de sateliti). Semnificatiile notatiilor folosite in fig. 1 sunt:

- roata centrala, a;- satelit (sateliti), s, sau s1, s2;- coroana, b;- bratul port satelit, H.

Fig. 1. Scheme cinematice pentru reductoarele planetare (diferentiale)

Elementul care deplasează axul satelitului se numeşte braţ port satelit. Mecanimele planetare au avantajul că realizează o modificare mare de turaţie între elementul conducător şi cel condus, având un gabarit mic. Daca mecanismul are gradul de mobilitate 1 se numeşte mecanism planetar. Mecanismul planetar are o roată centrală fixă.

Dacă gradul de mobilitate este mai mare ca 1 se numeşte mecanism diferenţial. Dacă turaţia elementului condus este mai mică decat turaţia elementului conducător, mecanismul se numeşte reductor iar în caz contrar se numeşte amplificator.

Principalele avantaje al reductoatelor planetare (diferentiale) fata de celelalte tipuri de reductoare:

-constructie foarte compacta, greutate de 2.6 ori mai mica (la aceiasi putere transmisa si acelasi raport de transmitere); aceasta se datoreaza faptului ca momentul de rasucire se repartizeaza pe 2 sau mai multi sateliti;

-rapoarte de transmitere de 2...3ori mai mare.Principalele dezavantaje sunt legate pretul de cost mare de fabricare si cerintele de

montaj foarte exigente. 

Funcţionarea ansamblului variator de turaţie – reductor planetar

Se va analiza funcţionarea unui ansamblu variator de turaţie – reductor planetar, existent în Schema cinematică a ansamblului este redată în Fig. 2.

Figura 2

Variatorul de turaţie existent în planul inferior al ansamblului are rolul de a asigura turaţii diferite la intrarea în reductor.

Motorul electric 1 roteşte arborele pe care este fixat conul 2 care transmite mişcarea prin fricţiune roţii conice 3. Elementul 3 este solidar cu roata dinţată cilindrică exterioară 4, care transmite prin angrenare mişcarea la roata dinţată conjugată 5. Angrenajul exterior 4-5 se află în carcasa mobilă 6, unde este şi lagărul arborelui roţii 4 şi al butucului roţii 5. Butucul roţii 5 prezintă caneluri interioare prin intermediul cărora se transmite mişcarea la arborele 7, care este solidar cu şaiba de curea 8, iar aceasta din urmă transmite mişcarea curelei 9. Cureaua 9 roteşte şaiba de curea 10, asigurând astfel mişcarea de intrare în reductorul planetar de la nivelul superior al ansamblului.

Sistemul 2-3 reprezintă un variator de turaţie prin fricţiune. Conul 3 se reglează într-o anumită poziţie pe generatoarea conului 2, mărind sau micşorând raza centroidei conului 2 (adică roata conică 3 urcă, respectiv coboară pe generatoarea conului 2), după cum roata dinţată conică 11 se roteşte în sens orar (a) sau în sens antiorar (b). Funcţionarea variatorului pentru cele două situaţii amintite se prezintă în continuare.

a) Se roteşte manual roata dinţată conică 11 în sens orar; mişcarea se transmite la roata dinţată 12,care este solidară cu un şurub. Acesta produce translaţia piuliţei 13 în bucşa fixă 14, deoarece piuliţa prezintă un ştift care poate culisa într-un canal al bucşei fixe, blocând astfel rotirea piuliţei. Prin deplasarea piuliţei de la stânga la dreapta, aceasta acţionează cu o forţă asupra carcasei mobile 6, cu care este în contact, şi o deplasează pe canelurile arborelui 7, şi odată cu aceasta se deplasează şi angrenajul 4-5 din interiorul carcasei 6, deci şi roata conică 3, care este solidară cu roata dinţată 4.

Roata conică 3 acţionează cu o forţă asupra roţii conice de fricţiune 2. Conform principiului acţiunii şi reacţiunii, asupra roţii conice 3 va acţiona reacţiunea R23, orientată pe direcţia normalei la suprafaţa de contact dintre cele două roţi conice (2, 3). Această reacţiune se poate descompune pe două direcţii, o direcţie orizontală şi alta verticală. Componenta reacţiunii de pe direcţia verticală permite deplasarea roţii 3 pe verticală, dat fiind faptul că există o cuplă de rotaţie de clasa a V-a între carcasa mobilă 6 şi butucul roţii 5. Prin dubla mişcare a roţii, mişcarea de translaţie pe orizontală – provocată de piuliţa –, şi cea de translaţie pe verticală – provocată de componenta verticală a reacţiunii R23 –, roata 3 se păstrează permanent în contact cu roata 2, într-un punct variabil de pe generatoarea conului mic, 2, crescând astfel raza r a centroidei conului 2.

b) La rotirea în sens invers a roţii conice 11, piuliţa 13 translatează în sens invers celui descris anterior, deci de la dreapta spre stânga, nemaiexistând momentan contact între piuliţă şi carcasa mobilă 6. Componenta orizontală a reacţiunii R23 va deplasa carcasa mobilă spre stânga, până la 3 contactul cu piuliţa 13, iar sistemul mecanic conţinut în carcasa mobilă – fiind excentric amplasat pe arborele canelat 7 –, va provoca rotirea carcasei mobile 6 – în jurul butucului roţii 5, (carcasa mobilă 6 formează o cuplă de clasa a V-a de rotaţie cu butucul roţii 5). Această rotaţie apare deoarece centrul de greutate al sistemului 4-5-6 nu se află pe axa de rotaţie fixă a carcasei, deci sistemul are tendinţa să se rotească pentru ca centrul de greutate să se poziţioneze sub axa de rotaţie a carcasei. Această mişcare de rotaţie este

oprită cînd conul 3 va lua contact cu conul 2, la o rază a conului 2 inferioară ca mărime celei anterioare. Coborârea conului 3 pe conul 2 este oprită odată cu oprirea din mişcare a piuliţei 13. În concluzie, carcasa mobilă 6 este în mişcare de translaţie spre stânga până când va lua contact cu piuliţa 13 şi se va roti, coborând centrul de greutate al sistemului 4-5-6, până ce conul 3 ia contact cu conul 2. În acest mod se micşorează raza centroidei conului 2.