OSNOVE PLANETNIH GONIL


BASICS OF PLANETARY TRANSMISSION GEAR TRAINS








BASICS OF PLANETARY TRANSMISSION GEAR TRAINS






Index








SUMMARY




Planetary transmissions are widely employed in every day use in variety of technical brancehs. They are indispensable as ballancing drives, can be found anywhere where high gear ratio is needed at low power, they transmiss high powers at high spead rotation. Wher the fovourable designe is created the volume is reducet to half of classical stabile transsmision design and bether output-to-input power ratio can be achieved too.
Planetary transmission drives can be shown as a scheme too.

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.







Some examples of conections of three axis planetary gears



Schemes of connections are refered to VDI 2157.

Schemes of connections with description of diferent parts



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..










Picture below shows connestions of planetary gear transmission train with two solar dentals on diferent shaftes with internal tooths, while the number, position and shape of planetary dentals with external tooths is changing.



Some diferent connections refered by VDI 2157






OSNOVE TRIOSNIH PLANETNIH GONIL





Kazalo







POVZETEK


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.




NAEKAJ PRIMEROV POVEZAV TRIOSNIH PLANETNIH GONIL



Sheme povezav so povzete po standardu 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.









Slika spodaj prikazuje izvedbe triosnega planetnega gonila z dvem sončnima zobnikoma od katrih ima eden zunanje ozobje drugi pa notranje medtem, ko se lahko namestitev, oblika in število planetnih zobnikov spreminja.



Sheme povezav povzetih po standardu VDI 2157





PRIMERA PRERAČUNA TRIOSNIH PLANETNIH GONIL





PLANETARY TRANSMISSION WITH THREE COAKSIAL ROTATING SHAFTS

PLANETNA GONILA S TREMI VRTEčIMI VZPOREDNIMI GREDMI


This is the case of planetary gear transmission train in which all three shaftes are rotating. Power which is flown through the gear depends on torques which acts on each shaft and appertain revolts.

To je primer planetnega gonila pri katerem se vrtijo vse tri gredi. Moč, ki se po gonilu prenaša je odbisna od momentov, ki delujejo v posameznih gredeh in pripadajočih turaž.


INSERT DATA

VNOS PODATKOV


Insert input rotatin quabtity
Vpisi turažo na vhodni gredi

min-1

Inser desired output rotation quantity
Vpisi željeno turažo na izhodni gredi gredi

min-1

Insert Added input rotating quantity
Vpiši dodatno turažo s katero vrtimo eno gredi.

min-1

Insert input power quantity on input shaft
Vpisi moč, ki jo dovajamo na vhodni gredi

W

Insert dental power ratio, between dentals in contact, in percents
Vpisi izkoristek med zobmi, ki se ubirajo v procentih:

%

For well treated tooths of the dental you coul choose between 98% and 99%
Za dobro obdelane zobe se lahko vzame od 98% do 99%.

Insert number of contacts between dentals:
Vpisi stevilo zobnikov, ki so v vprijemu:

You could choose between two or three contacts. In case of any other choos the results will be wrong
Izberete med tremi ali dvemi vprijemi. Pri izbiri drugacnega stevila bo rezultat napacen.




PLANETAR GEAR TRANSMISSION TRAINS WITH TWO ROTATING SFAFTS


PLANETNA GONILA Z DVEM VRTEčIMA GREDMA


This calculation calculates basic quantities at which we are interested in, in case of planetary gear transmission with one solar shaft, which is standing still, while the planetary shaft is rotating. You can choose between the transmission of power flow from solar shaft to the planetary or from planetary shaft to the solar. Within this, it is not important which solar shaft stands still. The shafts are coaksial.

Ta primer izračuna osnovne verednosti, ki nas zanimajo pri planetnem gonilu, pri katerm ena od sončnih gredi miruje medtem, ko se planetna vrti. Pri preračunu imamo na izbiro med prenosom moči iz ene od sončnih gredi na planetno in iz planetne gredi na eno od sončnih. Pri tem ni važno katera sončna gred miruje. Gredi so postavljene vzporedno.


CHOOS THE PATH OF POWER FLOW

IZBERI POT PRENOS MOČI


In choosing of the path of power flow we can imagine that one shaft is standihg still so we can choose between three diferent paths.

Pri izbiri toka moci si predstavljamo, da ena gred miruje, na izbiro imamo pa tri različne poti.

TRANSMISSION OF POWER FLOW, FROM SOLAR TO THE PLANETARY SHAFT
PRENOS MOČI IZ SONČNE NA PLANETNO GRED

TRANSMISSION OF POWER FLOW, FROM PLANETARY TO THE SOLAR SHAFT
PRENOS MOČI IZ PLANETNE NA SONČNO GRED

TRANSMISSION OF POWER FLOW, FROM ONE TO THE OTHER CENTRAL SOLAR SHAFT
PRENOS MOČI IZ CENTRALNE NA DRUGO CENTRALNO SONČNO GRED


INSERT DATA

VNOS PODATKOV





Insert insert rotation quantity
Vpisi turažo na vhodni gredi

min-1

Insert desired output rotation quantity
Vpisi željeno turažo na izhodni gredi gredi

min-1

Insert input power quantity
Vpisi moč, ki jo dovajamo

W

Insert dental power ratio, between dentals in contact, in percents
Vpisi izkoristek med zobmi, ki se ubirajo v procentih:

%
For well treated tooths of the dental you coul choose between 98% and 99%
Za dobro obdelane zobe se lahko vzame od 98% do 99%.

Insert number of contacts between dentals:
Vpisi stevilo zobnikov, ki so v vprijemu:

You could choose between two or three contacts. In case of any other choos the results will be wrong
Izberete med tremi ali dvemi vprijemi. Pri izbiri drugacnega stevila bo rezultat napacen.








PREDSTAVITEV TRIOSNIH PLANETNIH GONIL



Pri strojih in napravah so zelo ražširjena stabilana gonila, pri katerih vse gredi v prostoru mirujejo. Le ta so enostavnejša za izdelavo, so pa večja in težja od planetnih gonil za enako moč. Pri planetnih gonilih lahko gibanja posameznih gredi združujemo ali pa jih cepimo. Posamezne izvedba planetnih gonil dovoljuje zelo velika prestavna razmerja, kakršna so potrebna pri raznih merilnih in kazalnih napravah (za prenos gibanja pri majhnih silah). Za pretvarjanje vrtenja pri velikih močeh pa se ne uporabljajo.

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.






Nekaj osnovnih povezav po knjigi Planetna gonila -Jožeta Hlebanje




TRIOSNA PLANETNA GONILA S ČELNIMI ZOBMIKI





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.
















TRIOSNA PLANETNA GONILA S STOŽČASTIMI ZOBNIKI




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.










OSNOVNI PRERAČUN TRIOSNIH PLANETNIH GONIL






SPLOšNA PRAVILA




Ker so razmere pri planetnih gonilih lahko tako zelo zamotan, da postane izračun nepregleden je upeljan sistem sistematičnega označevanja posameznih delov, katerega se moramo v celem preračunu dosledno držati.

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.



Kadar se vrtita gredi, med katerima ugotavljamo prestavno razmerje, v isto smer je njihovo prestavno razmerje pozitivno, kadar pa se vrtita v nasprotno pa je negativno.

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.



Gonilo je v ravnotežju, ko so tudi momenti, ki delujejo na posamezne gredi v ravnotežju.





Moč, ki se prenaša po gredi je določena s produktom med vrtilnim momentom in kotno hitrostjo, ki je sorazmerna turaži.


Moč katero gonilu dovajamo označimo kot pozitivno tisto, ki jo pa odvajamo pa kot negativno. Moč je v gedi pozitivna takrat, kadar ima v gredi delujoč vrtilni moment smer vrtenja gredi, kadar pa sta si smeri momenta in vrtenja nasprotni je moč, ki se prenaša po gredi negativna.

Razmerja moči poameznih gredi. Lahko so negativne ali pozitivne.

Ker je,



Razmerje moči lahko izrezimo tudi:




Zaradi izgub v gonilu je iztopna moč vedno manjša od vstopne moči. če je A vstopna gred in B izstopna potem lahko po enačbi 8) dobimo absolutno vrednost, ki je enaka izkoristku planetnega gonila. če upoštevamo izgube moramo za gonilo ki ima dve vrteči gredi zapisati.



Iz pogoja v enačbi 6) sledi, da mora biti tudi v tretji gredi vrtilni moment, ker pa miruje se moč po njej ne prenaša. Enačbe 8 in 11 veljajo analogno tudi za gredi A/C in B/C.

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.




PRERAČUN HITROSTI





PRERAČUN HITROSTI IN TURAŽE




Obodne hitrosti postanejo zelo pregledne v diagramu hitrosti če ga narišemo v ustreznem merilu, ponavadi z merilom Ld za premer zobnika in Lv za obodno hitrostrost ponazorjeno z dolžinskimi enotami.

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.






PRERAČUN PRESTAVNIH RAZMERIJ



PRERAČUN PRESTAVNEGA RAZMERJA PRI DVEH ROTIRAJOČIH GREDEH

(Notranje prestavno razmerje)






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.






PRERAČUN PRESTAVNEGA RAZMERJA PRI TREH ROTIRAJOČIH GREDEH

(Zunanje prestavno razmerje)





Zunanja prestava je razmerje turaž dveh gredi če se vse tri gredi vrtijo. Od notranje prestave pridemo do zunanje če vse tri gredi vrtimo. Ko planetno gonilo vrtimo še s turažo mCdobi gred A turažu in gred B turažo . V takem primeru lahko prosto izbiramo turažo mC in s tem dobimo poljubno zunanjo prestavo. Iz tega sledi da planetno gonilo z eno zunanjno prestavo gonilo še ni določeno zato ima vsako planetno gonilo s tremi rotirajočimi gredmi tri zunanje prestave.



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.




PRERAČUN MOČI






PRERAČUN MOČI PRI PRENAŠANJU MED GREDMI BREZ UPOŠTEVANJA IZGUB

(Pri dveh rotirajočih gredeh)




V primeru ko računamo iA/B in pri mirujoči sončni gredi B, nas zanimjo relativne hitrosti nasproti planetne gredi in sistemska hitrost na gredi C - planetna gred. Ko hitrosti pomnožimo s silami oziroma momente na gredeh s turažami dobimo moči, ki se po posameznih gredeh prenašajo. Moči, ki ustrezajo relativnim hitrostim se prenašajo med zobniki, tako kot pri stabilnem gonilu, s kotaljenjem, medtem, ko ustrezajo sistemske hitrosti razmeram pri sklopki. Moč, ki pri planetnih gonilih ustreza relativnim hitrostim je kotalna moč moč, moč ki ustreza sistemskim hitrostim pa je sklopna moč. Pri vsakem planetnem gonilu pri katerem nastopa relativna hitrost nasproti planetni gredi in pri kateri je hitrost planetne gredi sistemska hitrost, nastopata tudi kotalna in sklopna moč. MoČ kotaljenja, ki se po gredi prenaša je določena z vrtilnim momentom na gredi in relativno turažo proti planetni gredi, sklopna moč pa je določena z enakim momentom in turažo planetne gredi. Vsota obeh moči, ki se vodita preko gonila, mora biti enaka dovedeni oziroma odvedeni moči.

Ko tvorimo razmerje kotalne in sklopne moči dobimo razmerje:

Iz enačb 2) in 3) vidimo, da se da razmerje kotalne oziroma sklopne moči proti delovni izraziti s prestavnim razmerji. je enak notranji prestavi med planetno gredjo in mirujočo sončno gredjo, pa je enak notranji prestavi med planetno gredjo in sončno gredjo po kateri se moč dovaja.

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.






PRERAČUN PRENOSA MOČI PRI TREH ROTIRAJOČIH GREDEH

(Brez upoštevanja izgub)





Moč, ki se prenaža po gredeh triosnega planetnega gonila je odvisna od vrtilnih momentov, ki delujejo v posameznih gredeh in pripadajočih turaž. Vrtilni momenti so dani z zunanjo obremenitvijo, njihova porazdelitev na posamezne gredi pa je določena z geometrijsko obliko gonila.

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.








Iz smeri vrtenja momentov ugotovimo, da se na gredi A in B moč dovaja, an gredi C pa odvaja. Po enačbi

Lahko vidimo, da turažo gredi C lahko sestavimo iz dveh sumandov. Ko obe strani enačbe pomnožimo z vrtilnim momentom na gredi C dobimo

Prvi sumand desne strani predstavlja moč, ki je bila dovedena gredi C iz gredi A, drugi sumand pa moč, ki je bila dovedena gredi B. Ta enačba nam pove, da se da obravnavati vsak del toka moči ločeno ter da predstavlja vsak sumand tisti del moči, ki se prenaša med dvema gredema pri mirujoči tretji gredi. Mirujoča je tista gred, ki v obravnavanem sumandu ni zastopana s svojim indeksom. S tem smo planetno gonilo s tremi rotirajočimi gredmi pretvorili v dve planetni gonili z dvema rotirajočima gredema in to v delno gonilo pri katerem miruje gred B in delno gonilo pri katerem miruje gred A. Taka planetna gonila se računa po enačbah iz dela, ki govori o planetnih gonilih, ki imajo dve rotirajoči gredi.






PRERAČUN PRENOSA MOČI PRI TREH ROTIRAJOČIH GREDEH

(Z upoštevanjem izgub)




Izgube so odvisne samo od moči, ki se med posameznimi gredmi prenaša s kotaljenjem. Pri znani vstopni in izstopni oči gonila lahko izrašunamo vrtilne momente na teh gredeh oziroma njihovo medsebojno razmerje. Tako dobljene razmerje momentov posameznih gredi se pri dodatnem vrtenju gonila ne spreminja.
Iz razmerja:

Ker pri stabilni prestavi gred C miruje, je moč v tej gredi PC=0, kljub temu, da je ta gred obremenjena z momentm TC. Pri prenašanju moči od gredi A k gredi B nastanejo energeijske izgube V, ki so posledica trenja med zobmi in trenja v ležajih. Če sedaj pri danih obremenitvah gredi (TATBTC) vrtimo vse tri gredi z enakimi turažami mC, dobimo produkt iz momentov in dodatne turaže mC moči, ki se dodatno prenašajo po gredeh. Pri tem dodatnem vrtenju deluje gonilo kot sklopka med posameznimi deli gonila. Razen v ležajih, ni nobenega gibanja zato tudi ni nobenih izgub. Iz smeri vrtenja momentov in turaž se da takoj ugotoviti na katerih gredeh se moč dovaja in na katerih se moč odvaja. Če vrtenje stabilnega gonila in dodatno vrtenje seštejemo, dobimo novo stanje vrtenja pri katerem pa se velikost in smer vrtenja momentov nista spremenila. Produkti iz rezultirajočih turaČ in momentov pa dajo moč, ki se pri treh rotirajočih gredeh po njih vodi. Do enakega rezultata pridemo, če seštejemo moči, ki se vodijo po gredeh pri stabilni prestavi in pri dodatnem vrtenju. Pri tem bi ugotovili, da se izgube, ki so nastale pri stabilni prestavi niso spremenile. V matematični obliki se dajo moči na posameznih gredeh izraziti tako:

Ko izračunamo razmerje med odvedenimi in dovedenimi močmi, dobimo izkoristek gonil.

Kadar izberemo tako dodatno turažo, da pride ena od sončnih gredi do mirovanja, dobimo planetno prestavo, ki more biti sama po sebi primer gibalnega stanja pri treh rotirajočih gredeh.





PRERAČUN IZKORISTKA






IZKORISTEK TRIOSNIH PLANETNIH GONIL Z DVEMA ROTIRAJOČIMA GREDEMA




Ko hočemo izračunat izkoristek planetnega gonila predpostavimo:
- da poznamo izkoristek stabilnega gonila, ki nastane iz planetnega gonila, če planetna gred miruje in
- da gonilo za tisti del moči, ki se prenaša kakor pri sklopkah ne utrpi nobenih izgub, oziroma da k izgubam prispeva samo tisti del moči, ki se v gonilu prenaša s kotaljenjem zobnikov.
Glede na to lahko razdelimo vsa triosna planetna gonila razdelimo v tri skupine, in to v gonila pri katerih se moč deli, gonila z jalovo močjo, pri katerih je moč kotaljenja večja od sklopne moči in gonila z jalovo močjo in protitočno kotalno močjo.

GONILA Z DELJENO MOČjJO


Moč kotaljenja, ki edina prispeva k izgubam je manjša od dovedene moči. Izgube takega planetnega gonila so manjše od izgub stabilnega gonila preko katerega se prenaša enako velika moč. Za primir vzamemo, da gre prestava v počasneje in da se dovaja moč na gred A.

Izgube so odvisne od kotalne moči. Izrazimo jih z izkoristkom stabilnega gonila . To je izkoristek planetnega gonila pri stabilni prestavi z upoštevanjem vseh zobnikov, ki ubirajo. Če ima planetno gonilo pri stabilni prestavi dvakratni vprijem je pri čemer pa je izkoristek med dvema zobnikoma. Za dobro obdelane zobnike velja . Izgube in izkoristek triosnega planetnega gonila lahko izrazimo z dovedeno močjo:

Ker poteka moč v našem primeu od gredi A na gred C in v izrazu za izkoristek uporabimo tudi prestavno razmerje zgledajo enačbe tako:

Taka zgradba enačbe velja tudi za prenos moči od gredi B na gred C, le da moramo pri tem upoštevati prestavno razmerje iC/B.

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



GONILA Z JALOVO MOčJO



Gonila z jalovo močjo


Pri teh gonilih je kotalna moč večja od dovedene moči, zato so tudi izgube pri takih gonilih večje, kakor pri enako zgrajenih stabilnih gonilih. Izkoristek je podan z enačbo

pri tem pa moramo upočtevati predznak prestavnega razmerja iC/A, ki je negativen in dobimo:

Za iC/A vstavimo absolutno vrednost. Ta enačba pove, da se vsa dovedena moč porabi za kritje notranji izgub. Tako gonilo pa ni v stanju, ko bi lahko prenašalo energijo, pravimo, da je samozaporno. Samozapornost je dosežena takrat, kadar so izgube "V" enake dovedeni moči PDO.

Protitočna gonila



Pri protitočnih gonilih je moč, ki se prenaša kakor pri sklopki, večja od delovne moči. V primeru, ko je gred A gonilna, gred C pa gnana, teče kotalna moč proti tej smeri. Kotalna moč, ki se dovaja gredi A je za izgube manjša od kotalne moči, ki se v gonilu pojavi. Z upoštevanjem tega lahko dobimo izkoristek na enak način kot v prejčnem primeru.

Pri toku moči v obratni smeri pa dobimo nasledno obliko (zgradba enačb ostane enaka za izkoristek pa se mora upoštevati recipročne vrednosti)

Te enačbe nam povedo, da je odvisnost med izkoristkom in notranjo prestavo linearna. Gonila s protitočno smerjo moči so možna le za iA/C > 1 zato poteka tudi samo v tem območju.

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.


IZKORISTEK PLANETNIH GONIL S TREMI ROTIRAJOčIMI GREDMI





V tem primeru pri znani vstopni in iztopni moči lahko izračunamo momente na gredeh, oziroma njihovo medsebojno razmerje. Ta medsebojna razmerja momentov posameznih gredi se pri dodatnem vrtenju gonila ne spreminja. Kot je to že razloženo v delu, ki govori o prenosu moči med tremi rotirajočimi gredmi v poglavju PRERAČUN MOČI, lahko iz enačb vidimo kako se izračunajo moči in izkoristki med posameznimi gredmi in izkoristek celega planetnega gonila.






PREDSTAVITEV SINTEZE TRIOSNIH PLANETNIH GONIL





TVORBA SESTAVLJENIH PLANETNIH GONIL






Sestavljena planetna gonila dobimo, ko združimo dvoje ali več enostavnih planetnih gonil. Ko združimo dve ali več planetnih gonil dobimo zpet triosno planetno gonilo, ki pa ima svoje posebne lastnosti. Tudi za sestavljena planetna gonila lahko rišemo diagrame hitrosti, ki so sestavljena iz diagramov za posamezna gonila. Sestavljena planetna gonila je mogoče ponazoriti tudi s shemo gonila, kot je to prikazano na sliki.



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, ki
prenaša 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.






PRESTAVNO RAZMERJE SESTAVLJENIH PLANETNIH 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.


Prav tako moramo upoštevati predznake delnih prestav in predznake prestav med zunanjimi gredmi.



Presava med gredma A in B zaporedno vezanih delnih gredi je določena s produktom:



Primer proste prestave D prikazujeta spodnji sliki














MOMENTI NA GREDEH SESTAVLJENIH PLANETNIH GONIL



Za določanje razdelitve momentov na gredeh uporabljamo isto metodo, kot pri enostavnih triosnih planetnih gonilih. Razmerje specifičnih momentov je določeno z notranjimi prestavami delnih gonil. Pri gonilih brez izgub so momenti na gredeh v enakem razmerju kot prestava. Specifične momente na posameznih gredeh dobimo tako da množimo specifične momente vztopnih gredi ali specifične momente iztopnih gredi, odvisno kaj bi radi izračunali. Predznak sklopne prestave je negativen, če je ena od delnih prestav negativna.






TOK MOČI SKOZI SESTAVLJENO GONILO



Tudi pri sestavljenih planetnih gonilih imamo zunanjo in notranjo moč. Zunanja moč je na zunanjih gredeh in je določena z vrtilnimi momenti in pripadajočimi turažami. Notranja moč pa nastopa v delnih gonilih. Deli se na kotalno moč in sklopno moč. Po gredeh med delnimi gonili teče moč, ki je prav tako odvisna od vrtilnih momentov in turaž. Moč v delnih gonilih je lahko manjša ali večja od zunanje moči. V prevem primeru govorimo o delitvi moči, v drugem pa o jalovi moči sestavljenega planetnega gonila. Razdelitev momentov v posameznih gredeh je določena s specifičnimi momenti, turaže pa s prestavnimi raznerji. Delitev moči na zobniku lahko ugotovimo tudi iz sil, ki delujejo na zobnik in pripadajočih hitrosti.






STOPNJA IZKORISTKA SESTAVLJENIH GONIL



Izgube, ki nastopajo v sestavljenih gonilih nastajajo v delnih gonilih. Odvisne so od kotalne moči delni gonil in od moči, ki teče skozi gonilo. V gonilih z jalovo močjo tečejo skozi delna gonila večje moči. zato pričakujemo tudi večje izgube. Sestavljena planetna triosna gonila s po dvema rotirajočima zunanjima gredma delimo v dve skupini. V prvo skupino spadajo gonila, pri katerih je zunanja dvojna gred fiksirana, moč se prenaša po enojnih zunanjih gredeh (zaporedno vezana delna gonila). V drugo skupino pa spadajo gonila pri katerih je po ena od enojnih zunanjih gredi fiksirana, dvojna zunanja gred pa se vrti.

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.





Avtor seminarske naloge pri predmetu Osnove in postopki konstruiranja je izdelal BORUT CETINA
študent visokošolskega strokovnega

Seminarska naloga je bila opravljena v študijskem letu 2000/2001