Przekładnia obiegowa jako podzespół mechanizmu napędowego w środkach transportu

Transkrypt

1 WYSMULSKI Paweł 1 FALKOWICZ Katarzyna 1 RÓŻYŁO Patryk 1 Przekładnia obiegowa jako podzespół mechanizmu napędowego w środkach transportu WSTĘP Przekładnie obiegowe w porównaniu z przekładniami zwykłymi charakteryzują się tym, że osie kół obiegowych nazywanych również satelitami poruszają się po kołowych torach wokół osi geometrycznej jarzma, tym samym względem osi kół centralnych przekładni. Mechanizmy tego typu posiadają szczególne właściwości polegające na tym, że wewnątrz przekładni następuje podział energii na poszczególne koła satelitarne, a poprzez nie na następne człony, takie jak jarzmo lub ruchome koło centralne. Umożliwia to zastosowanie zasady wewnętrznego podziału obciążenia. Przekładnie planetarne umożliwiają realizację przełożeń o znacznych wartościach przy jednoczesnym zmniejszeniu wymiarów zewnętrznych, co oczywiście sprzyja redukcji masy poszczególnych elementów przekładni. W porównaniu z przekładniami zwykłymi odznaczającymi się podobnymi parametrami konstrukcyjnymi przekładnie obiegowe cechuje istotna zaleta w postaci znacznie mniejszych wymiarów. Redukcja mas poszczególnych komponentów reduktora wpływa pozytywnie na proces rozruchu układu napędowego, którego jeden z podzespołów stanowi przekładnia planetarna. Szczególne cechy sprawiły, że reduktory tego typu stosowane są w wielu zastosowaniach technicznych. Dotyczy to między innymi pojazdów szynowych, śmigłowców, napędów okrętowych, zespołów turbinowych, jak również automatycznych skrzyni przekładniowych pojazdów samochodowych. Wymienione wyżej zalety mechanizmów planetarnych mają niewątpliwy wpływ na koszty ich wykonania, montażu, eksploatacji oraz dystrybucji. 1. PRZEKŁADNIA OBIEGOWA Z DWUWIEŃCOWYM ZESPOŁEM SATELIT Podstawową przekładnię planetarną przedstawiono na rysunku 1a. Mechanizm ten składa się z dwóch kół centralnych, jarzma oraz zespołu kół satelitarnych. Przekładnia tego typu nie pozwala na uzyskanie zbyt dużego przełożenia z uwagi na ograniczenia jej wymiarów w kierunku promieniowym. W celu uzyskania przełożenia o znacznej wartości (rzędu kilkanaście do kilkadziesiąt), należy zastosować rozwiązanie konstrukcyjne z zespołem dwuwieńcowych kół satelitarnych. Na rysunku 1b przedstawiono schemat przekładni planetarnej z dwuwieńcowym zespołem satelit. Rys.1. a) Podstawowa przekładnia planetarna, b) odmiana przekładni obiegowej z zespołem dwuwieńcowych kół obiegowych [1] 1 Politechnika Lubelska, Wydział Mechaniczny; Lublin; ul. Nadbystrzycka 38 D. Tel: , p.wysmulski@pollub.pl 4971

2 Proces obliczeń projektowych przekładni obiegowej stanowi bardziej złożone zadanie w odniesieniu do przekładni zwykłej. Należy spełnić trzy podstawowe warunki konstrukcyjne [1, 2, 3, 4]: warunek współosiowości, warunek sąsiedztwa, warunek równomiernego rozmieszczenia kół obiegowych. Spełnienie warunku współosiowości w większości przypadków wymaga przeprowadzenia korekcji konstrukcyjnej typu P. Analiza warunku sąsiedztwa prowadzi do wniosku, że istnieją ograniczenia w zakresie doboru przełożenia I stopnia przekładni planetarnej (zazębienie koła centralnego z kołem satelitarnym). Wartość przełożenia I stopnia ma bezpośredni wpływ na przełożenie II stopnia (zazębienie koła obiegowego z kołem koronowym). Niewłaściwy dobór wartości poszczególnych stopni przekładni może skutkować brakiem możliwości technicznego zrealizowania II stopnia reduktora. Przeprowadzono analizę wpływu przełożenia I stopnia przekładni u 1s na jej wymiar zewnętrzny D. Rys.2. a) Schemat służący wyznaczeniu wartości wymiaru zewnętrznego D, b) wpływ wartości przełożenia I stopnia na wymiar zewnętrzny D 2. PREZENTACJA MODELU WIRTUALNEGO PRZEKŁADNI OBIEGOWEJ Model komputerowy przekładni został opracowany z wykorzystaniem systemy CAD/CAM Siemens NX 9 [5]. Uprzednio przeprowadzono stosowne obliczenia konstrukcyjne dla przyjętych danych wejściowych. Na rysunkach 3-6 przedstawiono kompletne złożenia zrealizowanej przekładni planetarnej oraz wybrane komponenty złożenia. 4972

3 Rys.3. Widok ogólny reduktora a) od strony wału jarzma, b) od strony wałka centralnego Rys.4. a) Widok przekładni od strony wału jarzma przy zdjętej obudowie, b) zespoł kół satelitarnych zazębionych z kołem centralnym 4973

4 Rys.5. a) Jarzmo z zespołem dwuwieńcowych kół satelitarnych, b) jarzmo z zespołem kół obiegowych i widocznym wałkiem wejściowym Rys.6. a) Przekrój osiowy kompletnego złożenia opracowanego reduktora, b) widok zazębiających się kół I stopnia WNIOSKI Przekładnie obiegowe stanowią istotne alternatywne rozwiązanie w stosunku do przekładni zwykłych. Znacznie mniejsze wymiary oraz masy poszczególnych elementów wpływają na redukcję kosztów wykonania, montażu oraz dystrybucji. Instalacja tego typu przekładni wpływa w sposób pozytywny na proces rozruchu układu napędowego. Z uwagi na wymienione walory przekładni obiegowych winne one być w miarę możliwości technicznych instalowane w układnych napędowych różnego typu pojazdów. 4974

5 Streszczenie W pracy przedstawiono problematykę związaną z wykorzystaniem przekładni obiegowych z zespołem dwuwieńcowych kół obiegowych. Tego rodzaju rozwiązania umożliwia uzyskanie przełożenia o znacznej wartości (kilkanaście do kilkadziesiąt). Podkreślono istotną pozytywną cechę przekładni jaką jest mniejsza masa oraz wymiary w porównaniu z odmianą przekładni zwykłej (o osiach stałych). Przedstawiono problem doboru wartości przełożenia I stopnia reduktora na wymiary zewnętrzne konstrukcji, a zatem i masy przekładni. Zwrócono uwagę na konieczność spełnienia określonych warunków w procesie konstruowania przekładni. Przeprowadzone analizy obliczeniowe prowadzą do stwierdzenia, że w przypadku przekładni obiegowej z zespołem dwuwieńcowych kół satelitarnych istnieją ograniczenia konstrukcyjne wpływające na krytyczny dobór wartości przełożeń poszczególnych stopni przekładni. Podkreślono zalety zastosowania rozważanego typu przekładni na procesy rozruch układu napędowego z zainstalowaną przekładnią obiegową. Słowa kluczowe: układ napędowy, przekładnia obiegowa, koło satelitarne, zazębienie Planetary gear as subassembly of the drivetrain mechanism in transport vehicles Abstract The paper presents the problems connected with the use of two-stage planetary gear with dual satellite wheels. This type of solution allows a ratio of significant value (several to several tens). Highlighted a significant positive characteristic that the transmission is smaller mass and dimensions as compared with the normal variation of the transmission (with axes fixed). Presents the problem of the selection of the gear ratio of the first stage regulator to the external dimensions of the structure, and hence the weight of the gear. Highlighted the need to meet certain conditions in the process of design gear. Performed computational analysis leads to the conclusion that in the case of two-stage planetary gear with dual satellite wheels, there are structural limitations that affect the choice of gear ratios individual gear stages. Highlights the advantages of using gear type prudent to start processes powertrain with planetary gear installed. Keywords: drivetrain, planetary gear, satellite wheel, gearing BIBLIOGRAFIA 1. Dietrich M. red. Podstawy konstrukcji maszyn Tom 3. Wydawnictwo Naukowo Techniczne Warszawa 1999; Malik L, Medvecky S. Casti a mechanizmy strojov v prikladoch a ulohach. Vydala Zilinska univerzita Zilina 2004; Malik L, Medvecky S. Casti a mechanizmy strojov. Vydala Zilinska univerzita Zilina 2003; Muller L, Wilk A. Zębate przekładnie obiegowe. Wydawnictwo Naukowe PWN Warszawa 1996; 9-36, Samuel S, Stevenson B, Weeks E. Advanced simulation using nastran NX5/NX6. San Jose, USA