VDI 2157-2012 Planetary gear drives - Definitions symbols designs calculations.pdf

1、 ICS 01.040.21, 21.200 VDI-RICHTLINIEN Oktober 2012 October 2012 VEREIN DEUTSCHER INGENIEURE Planetengetriebe Begriffe, Symbole, Berechnungsgrundlagen Planetary gear drives Definitions, symbols, designs, calculations VDI 2157 Ausg. deutsch/englisch Issue German/English Die deutsche Version dieser Ri

2、chtlinie ist verbindlich. The German version of this guideline shall be taken as authori-tative. No guarantee can be given with respect to the English translation. VDI-Gesellschaft Produkt- und Prozessgestaltung (GPP) Fachbereich Getriebe und Maschinenelemente VDI-Handbuch Getriebetechnik II: Gleich

3、frmig bersetzte Getriebe Vervielfltigung auchfrinnerbetrieblicheZweckenicht gestattet / Reproduction evenforinternalusenot permittedFrhere Ausgaben:09.78, 01.10 Entwurf, deutschFormer editions:09/78, 01/10 Draft, inGermanonlyZubeziehendurch /Available at BeuthVerlagGmbH,10772Berlin AlleRechtevorbeha

4、lten /Allrights reserved(a) VereinDeutscher Ingenieuree.V.,Dsseldorf2012Inhalt Seite Contents Page Vorbemerkung . 2 Einleitung . 2 1 Anwendungsbereich . 2 2 Normative Verweise 3 3 Begriffe 3 3.1 Benennung der Planetengetriebe nach verschiedenen Merkmalen . 3 3.2 Besondere Begriffe bei Planetengetrie

5、ben 6 4 Formelzeichen, Abkrzungen und Indizes 8 5 Berechnungsgrundlagen 11 5.1 Standgetriebe 11 5.2 Einfache Planetengetriebe 12 5.3 Zusammengesetzte Planetengetriebe . 36 Schrifttum 43 Anhang A bersichtsblatt 44 Anhang B Standbersetzung und Einbaubedingung einfacher Planetengetriebe . 46 Anhang C A

6、nalytische Berechnung einer inversen Matrix 50 Anhang D Beispiele 52 D1 Hochbersetzende Getriebe . 52 D2 Fahrzeuggetriebe 66 Index deutsch . 89 Preliminary note . 2 Introduction 2 1 Scope . 2 2 Normative references 3 3 Terms and definitions . 3 3.1 Designation of planetary transmissions on the basis

7、 of different characteristics 3 3.2 Special terms and definitions used with planetary transmissions 6 4 Symbols, abbreviations and indices 8 5 Basic principles of calculations . 11 5.1 Stationary transmission 11 5.2 Simple planetary transmissions 12 5.3 Compound planetary transmissions 36 Schrifttum

8、 . 43 Annex A Overview sheet . 45 Annex B Stationary ratio and installation conditions for simple planetary gear trains . 48 Annex C Analytic calculation of an inverse matrix 50 Annex D Examples 52 D1 High-ratio transmissions. 52 D2 Vehicle transmissions . 66 Index English 90 B55EB1B3E14C22109E918E8

9、EA43EDB30F09DCCB7EE8ED9NormCD - Stand 2012-10 2 VDI 2157 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 Vorbemerkung Der Inhalt dieser Richtlinie ist entstanden unterBeachtung der Vorgaben und Empfehlungen derRichtlinie VDI 1000. Alle Rechte, insbesondere die des Nachdrucks

10、 derFotokopie, der elektronischen Verwendung und derbersetzung, jeweils auszugsweise oder vollstn-dig, sind vorbehalten. Die Nutzung dieser VDI-Richtlinie ist unter Wah-rung des Urheberrechts und unter Beachtung derLizenzbedingungen (www.vdi-richtlinien.de), diein den VDI-Merkblttern geregelt sind,

11、 mglich. Allen, die ehrenamtlich an der Erarbeitung dieserVDI-Richtlinie mitgewirkt haben, sei gedankt. Preliminary note The content of this guideline has been developed instrict accordance with the requirements and rec-ommendations of the guideline VDI 1000. All rights are reserved, including those

12、 of reprint-ing, reproduction (photocopying, micro copying),storage in data processing systems and translation,either of the full text or of extracts. The use of this guideline without infringement ofcopyright is permitted subject to the licensing con-ditions specified in the VDI Notices (www.vdi-ri

13、chtlinien.de). We wish to express our gratitude to all honorarycontributors to this guideline. Einleitung Planetengetriebe werden wegen ihrer koaxialenAnordnung der An- und Abtriebswellen, ihrer run-den und kompakten Bauweise, der Mglichkeitextrem hoher oder niedriger bersetzungen in ei-ner oder wen

14、igen Planetenradstufen und wegenihrer Einsatzmglichkeit als bersetzungs-, ber-lagerungs- und Schaltgetriebe in vielen Bereichender Antriebstechnik eingesetzt. Die einfachen Pla-netengetriebe und die vielen sich daraus ergeben-den zusammengesetzten Planetengetriebe basierenalle auf denselben Gesetzmi

15、gkeiten und knnendeshalb bei der Analyse und der Synthese mit dengleichen Formeln berechnet werden. Die Neuausgabe aktualisiert die Fassung vom Sep-tember 1978. Die Systematik wurde grundlegendberarbeitet und dabei sowohl die Massenwirkun-gen aufgrund von Beschleunigungen als auch op-tional vorhande

16、ne Schaltelemente integriert. Dabeisind auch die vernderten technischen und mathe-matischen Mglichkeiten zur Berechnung von Pla-netengetrieben, insbesondere lineare Gleichungs-systeme, bercksichtigt. Damit bildet sie dieGrundlage fr eine rechnergesttzte systematischeBeschreibung und Analyse von Plan

17、etengetrieben.Aktuelle Beispiele zeigen Anwendungen im Be-reich Hochbersetzender Getriebe und Fahrzeugan-triebe. Introduction Planetary (epicyclic) transmissions are used inmany fields of drive technology due to the coaxialarrangement of their input and output shafts, theirround and compact design,

18、the possibility of ex-tremely high or low conversion ratios in one or afew planet gear stages and due to their suitability as conventional drive trains, superposition drives andspeed-change gear trains. Simple planetary trans-missions and the many compound planetary trans-missions derived from them

19、are all based on thesame principles and in analysis and synthesis canthus be calculated using the same formulas. This new edition updates the issue of September1978. The systematics have been fundamentallyrevised and now not only include the mass actionsdue to accelerations but also optional control

20、 ele-ments to be present. Also included are the modifiedtechnical and mathematical possibilities availablefor the analysis of planetary gear systems, particu-larly linear equation systems. The guideline thusconstitutes the foundations for a computer-aidedsystematic description and analysis of planet

21、arytransmissions. Current examples describe applica-tions in the field of high-ratio transmissions andautomotive drives. 1 Anwendungsbereich Die Richtlinie VDI 2157 dient als Grundlage frdie Auswahl und Auslegung von Planeten-getrieben fr die Antriebstechnik. Ziel ist es, eine Ordnung der Grundbauar

22、ten zuschaffen, einheitliche Begriffsbestimmungen, Be-zeichnungen und grafische Darstellungen festzule-gen sowie eine allgemeingltige Berechnungs-grundlage aufzuzeigen, die man auf alle einfachen1 Scope Guideline VDI 2157 serves as a basis for selectingand designing planetary transmissions for use i

23、nmotive power engineering. The aim is to create an organized approach to thebasic designs, to provide uniformity in term defini-tions, in designations and in graphic representationsand also to supply a universally applicable calcula-tion method which can be used for all simple andB55EB1B3E14C22109E9

24、18E8EA43EDB30F09DCCB7EE8ED9NormCD - Stand 2012-10All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 2157 3 und zusammengesetzten Planetengetriebe anwen-den kann. compound planetary gear systems. 2 Normative Verweise Das folgende zitierte Dokument ist fr die Anwen-dung dieser Ri

25、chtlinie erforderlich: VDI 2127:1993-02 Getriebetechnische Grundlagen; Begriffsbestimmungen der Getriebe 2 Normative references The following referenced document is indispensa-ble for the application of this guideline: VDI 2127:1993-02 Technical principles of mecha-nisms; terminology of mechanisms 3

26、 Begriffe Fr die Anwendung dieser Richtlinie gelten diefolgenden Begriffe: 3.1 Benennung der Planetengetriebe nach verschiedenen Merkmalen Konstruktiver Aufbau Einfaches Planetengetriebe (elementares Planetengetriebe) Planetengetriebe mit einem Steg, einem oder meh-reren Planetenrdern und ein oder z

27、wei Zentralr-dern. Anmerkung 1: Eine gebruchliche Bezeichnung ist auchelementares Planetengetriebe. Einige mgliche Bauformensind in Abschnitt 5.2, Tabelle 1 dargestellt. Anmerkung 2: Einfache Planetengetriebe knnen sehr unter-schiedliche Bauformen aufweisen, die sich durch Form undAnordnung ihrer Rd

28、er unterscheiden. Bild 1 erlutert die Benennung der nach auen angeschlossenen Rder und desStegs, Bild 2 die Benennung der verschiedenen Bauformenund Anordnungen der Planetenrder. Die als Beispiele gewhl-ten Getriebe stellen zugleich die am hufigsten verwendetenBauformen einfacher Planetengetriebe da

29、r. Bild 1. Benennung der nach auen angeschlosse-nen Rder und des Planetentrgers 3 Terms and definitions For the purposes of this guideline, the followingterms and definitions apply: 3.1 Designation of planetary transmissions on the basis of different characteristics Constructional design Simple plan

30、etary transmission (elementary gear planetary train) Planetary gear train with one carrier, one or moreplanet gears and one or two central gears. Note 1: Another common designation is elementary planetarygear train. Some possible configurations may be found inSection 5.2, Table 1. Note 2: Simple pla

31、netary transmissions can have very differ-ent designs which can be differentiated by the form and ar-rangement of their gears. Fi gure 1 shows the designations ofthe externally connected gears and carrier, while Figure 2 shows the designations of the various designs and configura-tions of the planet

32、 gears. The drive trains selected as examplesalso represent the designs most commonly used for simpleplanetary gear transmissions. Figure 1. Designations of the externally connected gears and carrier Hohlradgroes ZentralradPlanetentrgerStegSonnenradkleines Zentralradgroes Hohlradgroes ZentralradPlan

33、etentrgerStegkleines Hohlradkleines Zentralradgroes Sonnenradgroes ZentralradPlanetentrgerStegkleines Sonnenradkleines Zentralrada)b)c)d)e)f)PlanetentrgerSteggroes Zentralradkleines ZentralradPlanetentrgerSteglinkes Zentralradrechtes Zentralradangeschlossenes PlanetenradPlanetentrgerStegSonnenradZen

34、tralradring gearlarge central gearplanet carriercarriersun gearsmall centrar gearlarge ring gearlarge central gearplanet carriercarriersmall ring gearsmall central gearlarge sun gear large central gearplanet carriercarriersmall sun gearsmall central geara)b)c)d)e)f)planet carriercarrierlarge central

35、 gearsmall central gearplanet carriercarrierleft-hand central gearright-hand central gearconnected planet gearplanet carriercarriersun gearcentral gearB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EE8ED9NormCD - Stand 2012-10 4 VDI 2157 Alle Rechte vorbehalten Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2

36、012 Bild 2. Benennung der Planetenrder Rckkehrendes Planetengetriebe Einfache Planetengetriebe mit koaxialer Lage derAnschlusswellen. Offenes Planetengetriebe Einfaches Planetengetriebe mit nur einem Zentral-rad und einer nicht koaxial umlaufenden An-schlusswelle. Zusammengesetztes Planetengetriebe

37、Planetengetriebe bestehend aus mehreren einfachenPlanetengetrieben. Reduziertes Planetengetriebe Zusammengesetztes Planetengetrieben, dessen Bauaufwand durch Vereinigung von Stegen, gleichgroen Zentralrdern und/oder gleich groen Pla-netenrdern vereinfacht wurde. Stegbewegung Standgetriebe Getriebe m

38、it ausschlielich raumfesten Achsen,was bei Planetengetrieben einen feststehenden Stegerfordert. Umlaufrdergetriebe Einfaches Planetengetriebe mit umlaufendem Stegoder zusammengesetzte Planetengetriebe mit min-destens einem umlaufenden Steg. Nutzungsweise bersetzungsgetriebe Planetengetriebe mit Frei

39、heitsgrad F = 1. berlagerungsgetriebe (Differenzialgetriebe, Sam-melgetriebe, Verteilgetriebe, Ausgleichsgetriebe) Planetengetriebe mit einem Freiheitsgrad F 2 zur berlagerung von Drehzahlen oder Leistungen. Anmerkung: Gebruchliche Bezeichnungen sind auch Diffe-renzial-, Sammel-, Verteil- und Ausgle

40、ichsgetriebe. Figure 2. Designations of the planet gears Reverted planetary transmissions Simple planetary gear train with connecting shaftsarranged coaxially. Open-train planetary transmission Simple planetary gear train with only one centralgear and one non-coaxially rotating connectingshaft. Comp

41、ound planetary transmission Planetary gear train consisting of several simpleplanetary gearsets. Reduced planetary transmission Compound planetary gear train, whose complexityof design has been reduced by combining carriers,by using equally sized central gears and/or equallysized planet gears. Carri

42、er motion Stationary transmission Transmission all of whose axes are fixed in thecase of planetary transmissions this calls for a sta-tionary carrier. Revolving gear train Simple planetary transmission with rotating carrieror compound planetary transmission with at leastone rotating carrier. Utiliza

43、tion Speed-transforming transmission Planetary gear train with degree of freedom F = 1. Superposition drive Planetary gear train with degree of freedom F 2used for superimposing speeds or powers. Note: The note applies to the German text only. PlanetenradEinfachplaneta)mit groem Stufenradb)Stufenpla

44、netmit kleinem Stufenradc)d)PlanetenradpaarDoppelplanetinneres PlanetenradZwischenradueres PlanetenradZwischenradbreites PlanetenradPlanetenrad-paarschmales Planetenradplanet gearsingle planeta)with large stepped gearb)stepped gearwith small stepped gearc)d)planet gear pairdouble planetinternal plan

45、et gearidler gearexternal planet gearidler gearwide planet gearplanet gear pairnarrow planet gearB55EB1B3E14C22109E918E8EA43EDB30F09DCCB7EE8ED9NormCD - Stand 2012-10All rights reserved Verein Deutscher Ingenieure e.V., Dsseldorf 2012 VDI 2157 5 Schaltgetriebe (Planetenschaltgetriebe) Planetengetrieb

46、e, dessen Gesamtbersetzung durchueren Eingriff (Bremsen und/oder Kupplungen)in Stufen gendert werden kann. Wendegetriebe (Planetenwendegetriebe) Schaltgetriebe, bei denen lediglich eine Dreh-richtungsumkehr geschaltet werden kann, wobeidie bersetzungen beider Drehrichtungen betrags-mig voneinander a

47、bweichen knnen. Anzahl der Stege Mehrsteggetriebe Zusammengesetztes Planetengetriebe mit mindes-tens drei oder mehr Stegen. Einsteggetriebe Zusammengesetztes Planetengetriebe mit nur ei-nem Steg Zweisteggetriebe Zusammengesetztes Planetengetriebe mit zweiStegen. Anzahl drehender Anschlusswellen Zwei

48、wellengetriebe Einfache Planetengetriebe mit einer konstruktivstillgesetzten Zentralradwelle (bersetzungsgetrie-be F = 1). Dreiwellengetriebe Planetengetriebe mit drei laufenden Anschlusswel-len (berlagerungsgetriebe F 2). Mehrwellengetriebe Zusammengesetzte Planetengetriebe mit mehr alszwei laufend

49、en Anschlusswellen (F = 2). Vorzeichen der Standgetriebebersetzung Plusgetriebe Einfache Planetengetriebe mit positiver Standber-setzung. Minusgetriebe Einfache Planetengetriebe mit negativer Stand-bersetzung. Vernderliche Standgetriebebersetzung Planetenstellgetriebe Reibschlssige Planetengetriebe mit stufenlos ver-stellbarer Standgetriebebersetzung. Speed-change transmission gear train (planetary speed-change transmission) Planetary gear train whos