При проектировании многих машин возникает необходимость осуществлять передачу вращательного движения с большим передаточным отношением. В данном случае применяют планетарные зубчатые передачи, так как использование рядовых зубчатых передач приводит к большим габаритам машин. Именно благодаря компактности и малому весу по сравнению с рядовыми зубчатыми передачами планетарные передачи нашли широкое применение в машиностроении.

Планетарная зубчатая передача – это механизм, содержащий зубчатые колеса с перемещающимися в пространстве осями вращения.

Зубчатые колеса с неподвижными осями вращения называют центральными зубчатыми колесами (рис. 12.1). Зубчатые колеса с подвижными осями вращения называют сателлитами. Звено, в котором располагаются оси сателлитов, называют водилом.

Рис. 12.1. Схемы механизмов

Планетарные передачи подразделяются на планетарные механизмы с одной степенью свободы () и одним опорным звеном (неподвижным центральным колесом) и дифференциальные механизмы с двумя и более степенями свободы (), не имеющие опорного звена.

Обычно в планетарных передачах имеется несколько симметрично расположенных сателлитов . Их вводят с целью снижения усилий в зацеплении, разгрузки опор центральных колес, уменьшения габаритов передачи, улучшения уравновешивания водила. Но с увеличением числа сателлитов увеличивается неравномерность распределения нагрузки по параллельным потокам мощности. Это, в свою очередь, требует повышенной точности изготовления и сборки передачи либо применения плавающей подвески центральных колес.

Любой планетарный механизм можно превратить в дифференциальный механизм, если освободить неподвижное (опорное) колесо и сообщить ему вращение. Наоборот, дифференциальный механизм можно превратить в планетарный механизм, если закрепить одно из его центральных колес (см. рис. 12.1). Это свойство обратимости позволяет применять одни и те же методы проектирования планетарных и дифференциальных механизмов.

Развитие структуры планетарных механизмов в радиальном направлении приводит к образованию бипланетарных механизмов (рис. 12.2). Данные механизмы состоят из основного планетарного механизма, образованного звеньями 1, 2, Н, 4, и

сателлитного планетарного механизма, состоящего из звеньев a, b, c, 3 – h. Передаточное отношение таких передач обычно равно 17…85.

Если два соосных вала зубчатого дифференциала соединяются (замыкаются) с ведущим или ведомым валом через какую-либо передачу (простую зубчатую или планетарную), то получается замкнутый дифференциальной механизм (рис. 12.3). Такой механизм получается, если в однорядном дифференциале с тремя вращающимися соосными валами замкнуть звенья 3 и Н через зубчатую передачу, состоящую из двух пар колес 4-5 и 6-7. Тогда ведомое звено 7 получает вращение от звена 3 через колеса 4-5 и параллельно от звена Н через пару колес 6-7. Полученный механизм имеет одну степень свободы ().

Рис. 12.2. Бипланетарный механизм

Рис. 12.3. Замкнутый дифференциальный механизм

Замкнутые дифференциальные механизмы обычно имеют более высокий КПД. Это объясняется возможностью разделения передаваемой мощности на два параллельных потока, что, в свою очередь, также позволяет реализовывать значительно большие крутящие моменты на выходе при малых габаритах привода. При этом надо следить, чтобы потоки мощности не были встречными, что может вызвать дополнительные потери мощности из-за ее циркуляции. Такие передачи используются, как правило, в силовых приводах.

Рис. 12.4. Многоступенчатый планетарный механизм

Рис. 12.5. Сдвоенный планетарный механизм

Для осуществления больших передаточных отношений применяют многоступенчатые планетарные механизмы, образуемые последовательным соединением простейших планетарных механизмов (рис. 12.4). Соединение звеньев с тормозами позволяет получать различные значения угловой скорости ведомого звена  при неизменной угловой скорости ведущего звена 1.

Механизм, включающий в себя две планетарные ступени с общим водилом (рис.12.5), называется сдвоенным планетарным механизмом. Такие механизмы используются в коробках скоростей (транспортных и грузоподъемных машин). Затормаживая в них по очереди звенья, можно получить несколько скоростей вращения ведомого звена при постоянной скорости ведущего звена. Так, в приведенной схеме при затормаживании звена 3 (тормозной барабан А) получается двухступенчатый редуктор: первая планетарная ступень образована звеньями 1-2-3-Н, а вторая ступень – звеньями Н-3-4-5. При затормаживании водила Н получается рядовой двухступенчатый зубчатый механизм, образованный колесами 1-2-4-5, при этом колесо 3 вращается вхолостую. Увеличивая число планетарных ступеней, можно получить коробку скоростей с большим числом скоростей ведомого вала.

При проектировании многоступенчатых планетарных механизмов первостепенное значение имеет распределение общего передаточного отношения по ступеням. Передаточное отношение в каждой ступени не должно превышать допустимого значения, при этом передаточное отношение тихоходной ступени должно быть меньше передаточного отношения быстроходной ступени. От выбора передаточного отношения отдельных ступеней зависят габариты передачи, КПД, точность передачи движения, условия изготовления и т.д. При этом необходимо учитывать конкретные условия, в которых будет работать передача. В коробках скоростей транспортных машин

передаточное отношение разбивается таким образом, чтобы наибольшие размеры ступеней по диаметру были одинаковыми.

Таким образом, заданное передаточное отношение можно обеспечить множеством различных схем планетарных передач, которые будут значительно отличаться по размерам, КПД, динамическим качествам.

Планетарные передачи имеют широкую область применения:

1) при редуцировании частоты вращения – в силовых передачах с малыми удельными габаритами и массой; кинематических передачах с большими передаточными отношениями;

2) при сложении и разложении движения, в том числе при автоматическом управлении скоростями в станках, автомобилях и других машинах; в многоступенчатых планетарных коробках скоростей, управляемых поочередным торможением звеньев; в замкнутых планетарных передачах со встроенной бесступенчатой передачей и т. д.

Преимущества планетарных передач (малые габариты и масса) объясняются следующими причинами:

· распределением нагрузки между сателлитами, благодаря чему нагрузки на зубья меньше в несколько раз;

· большим передаточным отношением в одной ступени, что часто позволяет не прибегать к применению сложных многоступенчатых передач;

· широким применением передач с внутренним зацеплением, обладающих повышенной несущей способностью;

· возможностью термической обработки колес до более высокой твердости в связи с меньшими размерами планетарные передачи.

Планетарные передачи по сравнению с рядовыми передачами работают с меньшим шумом, с повышенной плавностью внутреннего зацепления, имеют меньшие размеры колес, передают меньшие нагрузки на корпус. Планетарные передачи удобно встраиваются в электродвигатели (мотор-редукторы) ходовые колеса, барабаны, шкивы. Но планетарные передачи требуют повышенной точности изготовления, имеют, как правило, большее число деталей и сложнее в сборке.