Przekładnia planetarna – budowa, zalety i zastosowanie

Przekładnia planetarna to typ przekładni zębatej, w której przynajmniej jedna oś wiruje wokół innych osi. Z tego powodu bywa nazywana także przekładnią obiegową. Jej najważniejsze cechy to zwarta budowa, duże możliwe przełożenia oraz korzystny stosunek masy do przenoszonej mocy. Dzięki temu przekładnie planetarne znajdują szerokie zastosowanie w przemyśle, między innymi we wciągarkach, napędach roboczych i układach pracujących jako motoreduktor.

Czym jest przekładnia planetarna?

Przekładnia planetarna posiada tę charakterystyczną cechę, że przynajmniej jedna z jej osi, a często więcej niż jedna, wiruje wokół innych osi. Istnieje wiele realizacji konstrukcyjnych tego rozwiązania, ale niezależnie od wykonania zawsze powtarzają się trzy podstawowe zespoły: koło słoneczne, zestaw satelitów oraz koło zewnętrzne z uzębieniem wewnętrznym.

• koło słoneczne znajduje się centralnie w osi symetrii przekładni,
• satelity rozmieszczone są równomiernie wokół koła słonecznego,
• koło zewnętrzne jest kołem zębatym o zazębieniu wewnętrznym.

Budowa przekładni planetarnej

Koło słoneczne pracuje w centrum układu, a wokół niego rozmieszczony jest zestaw satelitów, zwykle od dwóch do czterech. Satelity zazębiają się jednocześnie z kołem słonecznym oraz z trzecim elementem, czyli kołem zewnętrznym. To właśnie ta współpraca kilku kół zębatych sprawia, że przekładnia planetarna może przenosić duże obciążenia przy zachowaniu niewielkich wymiarów.

Koło zewnętrzne ma uzębienie wewnętrzne, a jego średnica podziałowa wynika z geometrii całego układu. Satelity utrzymywane są w odpowiednim położeniu przez jarzmo, które jednocześnie pełni funkcję elementu ustalającego oraz łożyskującego ich osie.

Główne elementy przekładni planetarnej

• koło słoneczne,
• satelity, zwykle od 2 do 4 sztuk,
• jarzmo utrzymujące satelity,
• koło zewnętrzne z uzębieniem wewnętrznym.

Dlaczego przekładnia planetarna jest nazywana obiegową?

Osie satelitów obiegają wokół osi koła słonecznego, poruszając się po torze kołowym. Środek tego toru pokrywa się z osią koła słonecznego, dlatego przekładnię planetarną określa się często mianem przekładni obiegowej. Taka kinematyka jest jednym z najważniejszych wyróżników tego rozwiązania.

Układ ten daje również dużą elastyczność funkcjonalną. W praktyce przekładnia planetarna posiada trzy możliwe wejścia lub wyjścia funkcjonalne, a rezultat działania zależy od tego, do którego elementu doprowadzimy moc i który zespół zablokujemy. Istnieją również układy, w których moc doprowadza się do dwóch elementów, a odbiera z trzeciego.

Możliwości pracy układu planetarnego

• doprowadzenie mocy do jednego elementu,
• zablokowanie jednego z trzech zespołów,
• odbiór mocy z wybranego elementu,
• w wybranych rozwiązaniach doprowadzenie mocy do dwóch wejść jednocześnie.

Jakie zalety ma przekładnia planetarna?

Rozłożenie mocy na kilka satelitów oznacza w praktyce rozłożenie obciążenia na kilka przekładni zębatych pracujących równocześnie. Takie wielopunktowe przenoszenie mocy sprawia, że cały podzespół może mieć mniejsze wymiary przy zachowaniu dużej zdolności do przenoszenia momentu obrotowego.

Symetryczne rozmieszczenie satelitów oraz współpraca kilku par zębów powodują również mniejsze siły działające na łożyska wałów, na których osadzone są koła. Mniejsze obciążenia łożysk oznaczają z kolei niższe obciążenie korpusu, który nie musi być tak masywny jak w niektórych innych rozwiązaniach przekładniowych.

• duże przełożenie przy niewielkich gabarytach,
• korzystny stosunek masy do przenoszonej mocy,
• mniejsze siły działające na łożyska,
• mniej masywny korpus przy zachowaniu wysokiej wytrzymałości.

Jakie są wady przekładni planetarnej?

Większa liczba współpracujących kół zębatych oznacza jednocześnie większe straty tarcia niż w prostszych przekładniach. Z tego względu przekładnia planetarna, mimo wielu zalet, charakteryzuje się nieco niższą sprawnością niż niektóre prostsze rozwiązania.

Typowa sprawność takiego układu oscyluje wokół 97%, co nadal jest wartością bardzo dobrą, ale należy pamiętać, że rosnąca złożoność układu zawsze wpływa na sumaryczne straty energetyczne.

• większa liczba współpracujących kół zębatych,
• wyższe straty tarcia niż w prostszych przekładniach,
• sprawność zwykle na poziomie około 97%.

Moment reakcyjny i ramię reakcyjne

Przy dużych przełożeniach, szczególnie w przekładniach wielostopniowych, układ osiąga znaczne momenty wyjściowe. Oznacza to jednocześnie konieczność odebrania dużego momentu reakcyjnego. W niektórych zastosowaniach wykorzystuje się do tego ramię reakcyjne zamocowane na kołnierzu wokół wałka wyjściowego.

Drugi koniec ramienia reakcyjnego mocuje się do punktu oporowego znajdującego się w odpowiedniej odległości od osi przekładni. W ten sposób ramię przejmuje cały moment reakcyjny i pozwala bezpiecznie przenieść go na konstrukcję maszyny.

• duże przełożenie oznacza wysoki moment wyjściowy,
• wysoki moment wyjściowy wymaga odebrania momentu reakcyjnego,
• ramię reakcyjne przenosi obciążenie na punkt oporowy maszyny.

Zastosowanie przekładni planetarnej w przemyśle

Korzystny stosunek masy przekładni do mocy przenoszonej oraz możliwość uzyskiwania bardzo dużych przełożeń sprawiają, że przekładnie planetarne stosuje się w wielu aplikacjach przemysłowych. Jednym z typowych przykładów są wciągarki, w których potrzebny jest duży moment wyjściowy przy zwartej konstrukcji napędu.

W takich zastosowaniach przekładnię planetarną napędza silnik elektryczny lub hydrauliczny, a cały zespół często pracuje jako motoreduktor. Dodatkowym elementem może być wielotarczowy hamulec, zwalniany przez ciśnienie oleju hydraulicznego doprowadzanego do jednostki napędowej.

Typowe zastosowania

• wciągarki,
• napędy przemysłowe o dużym momencie wyjściowym,
• układy z silnikiem elektrycznym lub hydraulicznym,
• zespoły pracujące jako motoreduktor z hamulcem.

Na co zwrócić uwagę przy doborze przekładni planetarnej?

• wymagane przełożenie i moment wyjściowy,
• liczbę stopni przekładni,
• sposób odbioru momentu reakcyjnego,
• warunki pracy i obciążenia,
• rodzaj silnika współpracującego z przekładnią,
• potrzebę zastosowania hamulca wielotarczowego.