О планетарном редукторе замолвите слово

Добрый день, в данной статье я попытаюсь описать мой опыт и сформированный мной метод по разработке планетарного редуктора.

Недавно стал обладателем 3d-принтера Flsun QQ-S и начал потихоньку переводить пластик на всякие интересности и непотребства.

Как и у многих других посетителей сайта 3dtoday у меня периодически возникают вопросы: каковы пределы прочности пластика и что можно напечатать?

На одном из русскоязычных youtube-каналов нашел целый плейлист от пользователя, который на 3d-принтере распечатал лебедку, чтобы поднимать в гаражном погребе картошку и соленья с вареньями ссылка) И здесь возникает идея повторения данной самоделки от этапа конструирования, чтобы прокачать свои умения по моделированию, до печати и сборки изделия, с последующими испытаниями лебедки.

В данном абзаце необходимо немного отпрыгнуть в сторону и прояснить определенные моменты, которые привели к написанию данной статьи.

После покупки принтера возникает определенная коллизия, которую каждый решает для себя владелец 3d-принтера. В чем моделировать изделие? Если только для себя и друга, то один набор софта, а если попытаться окупить стоимость принтера или хотя бы пластика, то количество доступных вариантов резко сужается. Я имею ввиду пользоваться софтом согласно пользовательскому соглашению. А так хочется все же окупить свою игрушку)) И здесь стоит выбор между светлой и темной стороной силы. Для себя же я принял ключевое решение моделировать в только в лицензионном софте, т.е. софт должен предоставляться разработчиком или бесплатно, или оплачиваться в тех лимитах, в которых мне позволяет разгуляться жаба. Пользоваться коммерческим, платным софтом можно, но только в пределах ознакомительного периода и только для ознакомления, после чего программа будет удаляться.

В ходе перебора доступных решений на рынке, как отечественного, так и зарубежного производства, был выбран Fusion 360. Приходится признать, что Autodesk умеет подсаживать привлекать новых пользователей.

Теперь возвращаемся к лебедке, в данной лебедке используется несколько ступеней планетарного редуктора для понижения количества оборотов, выдаваемых двигателем с соответствующим увеличением вращающего момента на выходном валу.

Для того, чтобы начать конструировать планетарную передачу я исследовал глубины Fusion 360 для поиска функции, которая по заданным мной параметрам смоделирует и выведет в рабочую область уже готовую модель зубчатого зацепления. Наивный) Такая функция припасена для платных больших программ.

После чего я начал штудировать опыт более опытных товарищей, обитающих на этом сайте. В ходе изучения материалов, я сформировал для себя следующие выводы (если не прав, то поправьте меня):

• в основном моделируются отдельные шестерни, которые печатаются;

• моделирование происходит по принципу построения зуба и круговым массивом формируем контур шестерни, который затем выдавливается;

• используются генераторы профиля шестерни в разнообразных редакторах, которые так же затем выдавливаются.

  
  
  

Исследовав генераторы, я пришел к любопытным выводам, что они или простые и бесплатные. или более-менее функциональные и стали платные (например https://geargenerator.com/). Причем последний, несмотря на свой неплохой функционал, не может сгенерировать необходимый мне планетарный редуктор.

Обобщив свой опыт и опыт многих других, установил, что для проектировании планетарного редуктора необходимо провести геометрический расчет редуктора (модуль, число зубьев элементов передачи, число сателлитов, делительные диаметры, проверка собираемости передачи). Причем свободного софта для расчета этих параметров, я не нашел. По просторам рунет ходит excel файл только для расчета цилиндрической передачи.

На основе чего возникла идея следующего алгоритма:

• вычисляем геометрические параметры планетарного редуктора

• на основе расчета во Fusion формируем шестерни

• перемещаем их, как нам надо и используем их для моделирования изделия

• профит

  
  
  

Теперь начинаем копать, как рассчитывается планетарный редуктор. Не буду утомлять подробностями, для расчета в excel подготовил небольшую табличку, которая помогает рассчитать зацепление. Для пользования табличкой необходимо в excel подключить надстройку 'Поиск решения'.

Сразу пояснение, в текущем виде происходит подбор зацепления по передаточному соотношению и числу зубьев солнечной шестерни, если необходимо, чтобы число зубьев солнечной шестерни не менялось, то в инструкции (в файле указано, как это сделать)

Как ею пользоваться и весь алгоритм действий по созданию зацепления:

1. Открываем файл

2. Согласно инструкции заполняем начальные условия

3. Вкладка 'Данные', вызываем 'Поиск решения', нажимаем 'Найти решение'.

4. Получаем требуемые параметры. Нас здесь интересуют числа зубьев элементов передачи, число сателитов и межосевое расстояние сателлитов (это радиус, на котором располагаются оси сателлитов)

5. Открываем fusion и переходим во Fusion App-store, где ищем и устанавливаем следующие дополнения: Helical Gear и FM Gears

Фишка в чем, Helical Gear - дополнение, формирующее косозубые передачи, но в нем можно поставить угол наклона зубьев равный 0 и получить прямозубую передачу, а FM Gears позволяем сформировать корончатую передачу, так же в Helical Gear можно установить зазор зацепления, а в FM Gear нельзя.

6. Запускаем Helical Gear и окне заполняем параметры либо солнечной, либо сателлита Helix Angle - угол наклона зубьев - 0, Module

- модуль зацепления, Teeth - число зубьев по расчету, Gear Thickness - толщина зуба, здесь еще важен параметр Backlash - зазор зацепления ставим 0,4 мм. Ставим галочку Preview и видим нашу красивую шестеренку, затем жмем Ок и шестеренка создается в виде компонента в начале координат.

7. Такую операцию делаем и для другой шестерни, так же указываем зазор 0,4 мм.

8. Затем из размещаем в пространстве согласно назначению, солнечная в центре, сателлит на расстоянии радиуса сателлита

9. Создаем корончатую шестерню. Запускаем дополнение FM Gear и переходим на вкладку Internal Gear, заполняемые параметры аналогичны предыдущему дополнению, но здесь нет зазора и необходимо выставить наружный диаметр корончатой шестерни. Не волнуйтесь, если диаметр будет не соответствующий, то система выдаст предупреждение и тогда его надо будет просто увеличить. Жмем Ок и видим результат в виде созданного компонента.

10. Обратите внимание, что шестерни после создания располагаются в перпендикулярных плоскостях, с центрами в начале координат. Поэтому поворачиваем их, как нам надо.

11. Создаем зазор в зацеплении корончатой шестерни, из опыта печати, без этого зазора шестерня не налезла на сателлиты)). Для этого раскрываем компонент корончатой шестерни, проще всего на плоскости шестерни создать новый эскиз спроецировать на него профиль зуба, затем командой Offset создать смещение на 0,4 мм, затем круговым массивом создать профиль шестерни и выдавить твердое тело.

12. Можно дополнительно заморочиться и красиво повернуть шестерни, чтобы зубья не пересекались, но это уже для эстетов.

13. Дальше остается самое простое. Смоделировать водило, перегнать модели в STL и отправить их на слайсер.

Распечатываем и собираем зубчатое зацепление.

На фотографии планетарная передача, которая была рассчитана с помощью данной экселевской таблички и собрана по окончании печати.

Что сказать, зазоры между солнечной шестерней и сателлилами 0,4 каждое колесо оказался нормальный, между корончатой шестерней и сателлитом оказался великоват, т.к. при разработки я поставил смещение корончатой передачи 0,5 мм.

По итогу, данный способ создания планетарного зацепления имеем место быть. Так же я знаю, что взрослые пакеты умеют все это строить и рассчитывать в автоматическом режиме. Но, при подходе пользования только лицензионным софтом для проектирования и не тратиться лишнего на лицензии, он себя оправдывает. Если кто знает более простой метод создания планетарного редуктора, то дайте знать, буду рад ознакомиться и применять))

Далее в планах создания аналогичных табличек для расчета конической передачи и цилиндрической зубчатой передачи.

Файл экселя прилагаю. Только пока не знаю, как залить его на 3dtoday.