Общее понятие и принципы построения
Сложный зубчатый механизм — это система, состоящая из более чем двух зубчатых колес, взаимодействующих в передаче движения и усилия. Такие устройства могут быть спроектированы двумя основными способами: как единая, целостная кинематическая структура или путем комбинирования — последовательного или параллельного соединения — простых, базовых зубчатых передач.
Многопоточные механизмы
Особый класс сложных механизмов составляют многопоточные системы. Их ключевая особенность заключается в том, что они образуют один или несколько замкнутых кинематических контуров. В таких устройствах входная механическая мощность не передается по одному пути, а разделяется на несколько независимых потоков. Эти потоки затем снова суммируются на выходном звене механизма. Подобная архитектура имеет ряд важных преимуществ. Во-первых, распределение усилий между множеством кинематических пар (мест контакта звеньев) позволяет значительно снизить нагрузку на каждую отдельную деталь, что ведет к уменьшению общего веса и габаритов конструкции. Во-вторых, многозонный контакт между элементами повышает общую жесткость системы. В-третьих, происходит осреднение технологических погрешностей и зазоров, что позволяет уменьшить так называемый мертвый ход и повысить кинематическую точность передачи. Однако создание внутренних контуров может приводить к появлению избыточных связей в конструкции. Для компенсации этого эффекта требуется либо повышенная точность изготовления деталей, либо преднамеренное увеличение зазоров в некоторых кинематических парах.
Планетарные механизмы
Одним из наиболее распространенных и важных типов сложных зубчатых механизмов является планетарная передача. Ее отличительный признак — наличие хотя бы одного зубчатого колеса, ось вращения которого является подвижной. Вращаясь вокруг своей оси, такое колесо одновременно обкатывается вокруг центрального колеса, подобно планете вокруг Солнца, что и дало название этому механизму.
Выделяют несколько основных видов стандартных планетарных механизмов: 1) однорядный; 2) двухрядный с одним внешним и одним внутренним зацеплением; 3) двухрядный с двумя внешними зацеплениями; 4) двухрядный с двумя внутренними зацеплениями.
Элементы планетарной передачи имеют специальные названия. Центральное колесо с внешними зубьями называется солнечным. Колесо с внутренними зубьями, расположенное по внешнему контуру, именуется короной или эпициклом. Зубчатые колеса с подвижными осями, которые находятся в зацеплении и с солнечным колесом, и с короной, называются сателлитами. Подвижное звено (обычно в виде рычага или рамы), на котором установлены оси сателлитов, называется водилом и традиционно обозначается латинской буквой h.
Рядные механизмы
В отличие от планетарных, в рядных зубчатых механизмах все оси зубчатых колес остаются неподвижными. Такой механизм формируется путем последовательного соединения нескольких простых зубчатых пар (например, цилиндрических или конических передач). Главное кинематическое свойство рядного механизма заключается в том, что его общее передаточное отношение равно произведению передаточных отношений всех входящих в него последовательных ступеней. Это позволяет создавать компактные редукторы или мультипликаторы с очень большими или очень малыми передаточными числами.