Планетарная система передач на автомобиле

Планетарный механизм

Планетарный редуктор, который также называют дифференциальным редуктором, представляет собой один из вариантов механических редукторов. Причина использования такого названия редуктора заключается в применении планетарной передачи, которая расположена в редукторе. Именно она отвечает за передачу, а также преобразование крутящего момента. Планетарные редукторы могут иметь одну планетарную передачу или больше.

Принцип работы планетарного редуктора
Солнечная шестерня в таком редукторе расположена в центральной части, а на его периферии находится коронная шестерня. Кроме этого, в нем используются сателлиты (на фото ниже их пять) – небольшие шестерни, которые установлены между коронной и солнечной.

Водило используется для механического соединения сателлитов, на его осях они вращаются.

Передача вращения от основной передачи на солнечную шестерню осуществляется с помощью полуосей. После этого солнечная шестерня может вращать сателлиты, которые вращаются на собственных осях, закрепленных на водиле. В свою очередь, водило закреплено на балке моста.
Расчет планетарного редуктора
В процессе вращения сателлиты передают вращение коронной шестерне, после чего начинает вращаться ступица. Крутящий момент возрастает в такое количество раз, в какое число зубьев на шестерне солнечной является меньшим по сравнению с числом зубьев на коронной шестерне.
В ведущих мостах грузовиков МАЗ, троллейбусов ЗиУ-9, автобусов Икарус, тракторов К-700 и Т-150К используются планетарные редукторы, которые осуществляют передачу крутящего момента к колесной ступице.

Благодаря использованию такого редуктора в бортовой передаче появляется возможность сделать диаметр основной передачи меньшим, в результате чего возрастает клиренс. Кроме этого, полуоси имеют меньший диаметр, что позволяет спроектировать их на менее высокий крутящий момент.

Видео о планетарном редукторе

Источник

Планетарная КПП, как работает планетарная трансмиссия

Особенно широкое распространение она получила в различных КПП – как механических, так и автоматических. Сегодня планетарная трансмиссия выступает одним из ключевых узлов большей части автомобилей, что делает актуальным более внимательное рассмотрение ее конструкции, принципа действия и преимуществ.

Планетарный механизм: назначение и устройство

Устройство планетарного механизма представляет собой конструкцию из нескольких зубчатых колес, минимальное количество которых равняется четырем.

Как минимум, два из них обладают общей неподвижной осью вращения, а оси оставшихся вращаются вокруг нее. Последние крепятся к так называемому водилу, благодаря чему формируется механическая система с двумя или большим количеством степеней свободы.

Три основные звена

Основными конструктивными элементами планетарной КПП выступают: два центральных колеса, одно малое с наружными зубцами, а второе – большое с внутренними. Первое называют солнцем (солнечным), второе – эпициклом или коронным. Характерной особенностью работы планетарного механизма выступает отсутствие непосредственного контакта между ними.

Третьим обязательным элементом становится уже упомянутое выше водило. Деталь представляет собой рычажный механизм, к которому крепятся планетарные шестерни, которые заслуживают отдельного описания.

Планетарные шестерни

Другое их название – сателлиты. Они также представляются собой зубчатые колеса с внешними зубьями. Планетарные шестерни выступают связующим звеном между солнцем и эпициклом. Их минимальное количество равняется двум в самых простых системах.

В более сложных нередко используются группы зубчатых колес, что делает эффективность КПП заметно выше. Общая схема сравнительно простой однорядной планетарной передачи показана с обозначением основных элементов показана на скриншоте.

Различают два основных типа рассматриваемых КПП. Первый предусматривает блокировку одного вида шестерен и называется одноступенчатой планетарной передачей. Второй допускает блокировку разных видов зубчатых колес, что позволяет отнести его к многоступенчатым.

Еще одна классификация осуществляется по типу передачи. В этом случае различают три вида:

Применение планетарных МКП

Первым и самым широким направлением практического использования планетарных МКП с ручным режимом управления в автомобилестроении стал автомобиль Ford T, выпуск которого был прекращен достаточно давно – в 1928 году.

Постепенно они были вытеснены более современными полуавтоматическими и автоматическими коробками передач планетарного типа. Первые предусматривали сцепление с помощью специальных гидромуфт, вторые предполагали использование гидротрансформаторов.

Но автомобилестроение – это далеко не единственная сфера использования рассматриваемого технического устройство. Планетарный механизм поворота активно применяется в разнообразной гусеничной технике – от гражданской до военной, включая тягачи, танки и транспортеры.

МКП используется в качестве редуктора в специализированном оборудовании, например, станках для металлообработки или авиационных турбинах. Отдельного упоминания заслуживает применение планетарной МКП в задних втулках велосипедных колес.

Где используется планетарный механизм в автомобиле

Но все-таки темой статьи выступает применение планетарной передачи в автомобилях. Обычно речь идет о дифференциале транспортного средства, который устанавливает на всех ведущих осях. Именно здесь лучше всего используются системы, не предусматривающие жесткой фиксации отдельных элементов по отношению друг к другу.

Еще одно направление применения – гидромеханическая коробка передач. Она также основана на базовом принципе планетарного механизма, предусматривающем взаимное вращение зубчатых колес трех типов. Но устройство подобных КПП заметно сложнее описанного выше, так как минимальное количество только передних передач равняется 5-6. Очевидно, что один механизм с решением такой задачи попросту не справится.

Современные АКПП – это сложные технические устройства, которые формируются посредством объединения в систему нескольких планетарных.

Такой подход позволяет получить на выходе широкий диапазон передаточных чисел – начиная с 0,7 к 1 (если речь идет о повышенной передаче) и заканчивая 4,5 к 1 (для пониженных). Приведенное соотношение расшифровывается предельно просто: 0,7 к 1 означает, что 0,7 оборота входного вала дают один оборот выходного.

Преимущества и недостатки планетарной передачи

Популярность и востребованность механизма планетарной передачи объясняется наличием нескольких существенных достоинств. Главные из них состоят в следующем:

Основным недостатком рассматриваемого механизма становится сложность изготовления. Несмотря на отработанность технологии, эффективная работа с нужным уровнем КПД предъявляет повышенные требования как к точности геометрических размеров всех элементов, так и правильности сборки. Логичным следствием такого положения дел выступает относительно невысокая ремонтопригодность планетарной трансмиссии.

Еще одним заметным минусом можно назвать требовательность к качеству и характеристикам смазочных материалов. Она дополняется необходимостью своевременного и регулярного технического обслуживания. Его отсутствие приводит к ускорению износа и быстрому выходу системы из строя.

Планетарная АКПП заслуженно считается одним из самых популярных механизмов в сегодняшнем автомобилестроении.

Автоматические коробки передач подобного типа заметно теснят механические аналоги. Но это является далеко не единственная сфера практического применения планетарной передачи. Что позволяет сделать вывод о хороших перспективах в самых разных отраслях машиностроения.

Принцип работы планетарной передачи

Источник

Схема и устройство планетарной передачи АКПП

Планетарная передача — вид зубчатой передачи, применяемой в механических и автоматических трансмиссиях. Помимо преобразования вращения «планетарка» способна суммировать и раскладывать мощности. Зная о планетарном механизме: что это такое, как работает, по каким критериям оценивают редуктор, станет понятно устройство и характеристики АКПП. В случае поломки расчёт передачи поможет выбрать надёжный и долговечный механизм.

Устройство и принцип работы

Планетарный механизм — это конструкция из зубчатых колёс, перемещающихся относительно центра. По центральной оси расположены колёса разного диаметра:

Между колёсами передвигаются сателлиты. Их вращение напоминает движение планет Солнечной системы. Оси сателлитов механические соединены на водиле, которое вращается относительно центральной оси.

Устройство простого планетарного блока:

Планетарный механизм собирают в каскады из двух и более звеньев на одном валу для получения широкого диапазона передач. Главной кинематической характеристикой зубчатой передачи является передаточное отношение.

Принцип работы планетарной коробки заключается в блокировке одного из основных элементов и передаче вращения через ведущее колесо. Для остановки элемента применяют тормозные ленты, блокировочные муфты, конические шестерни. Передаточное отношение меняется в зависимости от схемы закрепления. Описать принцип действия планетарного механизма удобнее на примере:

Управляя элементами простой «планетарки», получают разные характеристики:

Передача

Как работает планетарная коробка в АКПП

Солнце подаёт вращение на водило, корона двигается в противоположную сторону.

Водило заблокировано. Солнечное колесо вращается, планеты обкатывают и двигают корону в противоположную сторону.

Кпд η простой передачи достигает 0,97.

Планетарный ряд с одной степенью свободы становится планетарной передачей. Две степени образуют дифференциал. Дифференциал складывает моменты на ведомом колесе, поступающие от основных ведущих звеньев.

Разновидности планетарных передач

По количеству ступеней планетарные механизмы разделяют на:

Планетарная передача из одной солнечной шестерни, одновенцовых сателлитов, водила и эпицикла будет однорядной. Замена сателлитов на двухвенцовые усложняет конструкцию, делая её двухрядной.

Многоступенчатая планетарная коробка передач — это последовательно установленные однорядные блоки. Такая схема позволяет суммировать передаточные числа и получать большие значения. 4-скоростные АКПП состоят из двухрядных планетарных конструкций, 8-скоростные — из четырёхрядных.

В АКПП применяют схемы, названные в честь изобретателей:

По типу зубчатых конструкций планетарные редукторы делятся на:

Разные типы применяют для передачи момента между валами, расположенными параллельно или под углом. А также в механизмах, требующих низкой или высокой кинематической характеристики.

Характеристики основных разновидностей этого устройства

В конструкции планетарного ряда АКПП применяют различные типы зубчатых передач. Выделяют три основные наиболее распространенные: цилиндрические, конические и волновые.

Цилиндрические

Зубчатые механизмы передают момент между параллельными валами. В конструкцию цилиндрической передачи входит две и более пар колёс. Форма зубьев шестерней может быть прямой, косой или шевронной. Цилиндрическая схема простая в производстве и действии. Применяется в коробках передач, бортовых редукторах, приводах. Передаточное число ограничено размерами механизма: для одной колёсной пары достигает 12. КПД — 95%.

Конические

Колёса в конической схеме преобразуют и передают вращение между валами, расположенными под углом от 90 до 170 градусов. Зубья нагружены неравномерно, что снижает их предельный момент и прочность. Присутствие сил на осях усложняет конструкцию опор. Для плавности соединения и большей выносливости применяют круговую форму зубьев.

Производство конических передач требует высокой точности, поэтому обходится дорого. Угловые конструкции применяются в редукторах, затворах, фрезерных станках. Передаточное отношение конических механизмов для техники средней грузоподъёмности не превышает 7. КПД — 98%.

Волновые

Во волновой передаче отсутствуют солнечная и планетные шестерни. Внутри коронного колеса установлено гибкое зубчатое колесо в форме овала. Водило выступает в качестве генератора волн, и выглядит в виде овального кулачка на специальном подшипнике.

Гибкое стальное или пластмассовое колесо под действием водила деформируется. По большой геометрической оси зубья сцепляются с короной на всю рабочую высоту, по малой оси зацепление отсутствует. Движение передаётся волной, создаваемой гибким зубчатым колесом.

Во волновых механизмах КПД растёт вместе с передаточным числом, превышающим 300. Волновая передача не работает в схемах с кинематической характеристикой ниже 20. Редуктор выдает 85% КПД, мультипликатор — 65%. Конструкция применяется в промышленных роботах, манипуляторах, авиационной и космической технике.

Достоинства и недостатки планетарных передач

Планетарная передача выигрывает у простых зубчатых механизмов аналогичной мощности компактным размером и массой меньшей в 2 — 3 раза. Используя нескольких планетных шестерней, достигается зацепление зубьев на 80%. Нагрузочная способность механизма повышается, а давление на каждый зубец уменьшается.

Кинематическая характеристика планетарного механизма доходит до 1000 с малым числом зубчатых колёс без применения многорядных конструкций. Помимо передачи планетарная схема способна работать как дифференциал.

За счёт соосности валов планетарного механизма, компоновать машины проще, чем с другими редукторами.

Применение планетарного ряда в АКПП снижает уровень шума в салоне автомобиля. Сбалансированная система имеет высокую вибропрочность за счет демпфирования колебаний. Соответственно снижается вибрация кузова.

Недостатки планетарного механизма:

Передаточное число планетарных передач

Передаточным называют отношение частоты ведущего вала планетарной передачи к частоте ведомого. Визуально определить его значение не получится. Механизм приводится в движение разными способами, а значит передаточное число в каждом случае различно.

Для расчёта передаточного числа планетарного редуктора учитывают число зубьев и систему закрепления. Допустим, у солнечной шестерни 24 зуба, у сателлита — 12, у короны — 48. Водило закреплено. Ведущим становится солнце.

Если водило станет ведомым при ведущем солнце, то передаточное отношение: (1+48/24) или 3. Это самое большое число, какое способна предложить система. Самое маленькое отношение получается при фиксировании короны и подачи момента на водило: (1+/(1+48/24)) или 1/3.

Передаточные числа простой планетарной схемы: 1,25 — 8, многоступенчатой: 30 — 1000. С ростом кинематической характеристики КПД снижается.

Подбор чисел зубьев планетарных передач

Число зубьев колёс подбирают на первом этапе расчёта планетарной схемы по заранее установленному передаточному отношению. Особенность проектирования планетарного ряда заключается в соблюдении требований правильной сборки, соосности и соседства механизма:

Основное соотношение подбора зубьев передачи через передаточное число выглядит так:

Источник

Автомобильный справочник

для настоящих любителей техники

Планетарная передача автоматической коробки передач

В основе самых распространенных на сегодняш­ний день автоматических коробок передач лежит планетарная передача. Она используется в работе классической гидродинамической коробки передач, так как посредством ее работы можно эффективно перераспределять как крутящий момент, так и передаточное число на валах коробки.

Преимущества таких коро­бок передач:

Это дает, среди прочего:

Недостатком, по сравнению с механически­ми коробками передач, является более высокая стоимость планетарной передачи.

Простая планетарная передача

Название «планетарная передача» связано с тем фактом, что водило (S) планетарной пере­дачи, соединенное с планетарными шестерня­ми (2), вращается внутри неподвижной корон­ной шестерни (3) вокруг солнечной шестерни (1), при этом расположенные между ними пла­нетарные шестерни вращаются вокруг соб­ственной оси (рис. 14 «Планетарная передача«). Такая схема движе­ния в принципе напоминает вращение планет вокруг солнца.

При оснащении каждой из этих деталей ко­робки передач соединительным валом (рис. 15), а также муфтами свободного хода или тормозами, можно получить различные соот­ношения взаимного перемещения деталей пла­нетарного механизма, а, следовательно, раз­личные варианты передаточных отношений (см. таблицу 1).

Примечание: количество зубьев коронной шестерни обозначается знаком «-», поскольку коронная шестерня имеет внутренний зубчатый венец.

Вращение блоком (вариант 7 в таблице 1) достигается за счет жесткого соединения сол­нечной и коронной шестерней, в результате чего водило с планетарными шестернями вынуждено вращаться с такой же частотой.

На практике в автомобилях используются в основном планетарные передачи с одной опреде­ленной точкой отбора мощности. Это означает, что количество возможных передаточных отно­шений сокращается с семи до трех.

Передаточное отношение «на замедление» Солнечная шестерня вращается Коронная шестерня неподвижна. Отбор мощности через водило.

Вращение блоком. Коронная шестерня вращается и сблокирована с солнечной шестерней.

Водило вращается с такой же частотой:

Нейтральное положение

Одна часть зубчатой передачи приводится в движение. Все остальные элементы могут сво­бодно вращаться, то есть подвижны и не сблоки­рованы друг с другом.

Составные части планетарные передачи

Если несколько простых планетарных передач конструктивно соединены друг с другом (к при­меру, передача Симпсона, рис. 19), такой механизм называют составной планетарной передачей. При грамотном сочетании отдельных элементов коробки передач возникает огромное множество теоретически возможных вариантов передаточных отношений.

Если стоимость составной планетарной пере­дачи снижается за счет:

Планетарная передача Симпсона

Отличительной чертой передачи Симпсона явля­ются простые в техническом отношении зубча­тые венцы. Это означает, что в этой конструкции друг с другом соединены два блока планетарных шестерен с одинаковыми солнечными шестер­нями (Z₁ = Z₄) одинаковыми планетарными шестернями (Z₂ = Z₅) и одинаковыми коронны­ми шестернями (Z₃ = Z₆). В целях уменьшения стоимости чаще всего используется удлиненная солнечная шестерня, общая для обоих блоков планетарных шестерен.

Планетарная передача Равиньо

Очень часто в многоступенчатых планетарных пе­редачах в качестве блоков планетарных шестерен используются блоки Равиньо рис. 20 «Передача Равиньо». Такой «урезанный» блок планетарных шестерен состоит из солнеч­ных шестерен (1 и 2), а также одной коронной ше­стерни (3) и водила (4), общего для обоих блоков планетарных шестерен.

Переключение передач в планетарной коробке

В планетарной коробке передач одни детали блока планетарных шестерен удерживаются на месте, другие с геометрическим замыканием (жестко) соединены с валом турбины гидротранс­форматора крутящего момента (выполняющим роль первичного вала механической планетарной передачи).

Удержание обеспечивается за счет тормозов, а соединение с геометрическим замыканием — за счет соединения многодисковых муфт.

Тормоза и многодисковые муфты в автома­тической коробке передач носят общее название органы переключения или элементы переключе­ния передач. Управление ими всегда осущест­вляется с помощью гидравлического давления.

Тормоза

При включении или затягивании тормозов в рамках переключения передачи солнечные ше­стерни, водило планетарной передачи или корон­ные шестерни блокируются (останавливаются), а при выключении или отпускании тормозов снова разблокируются и начинают движение,

В планетарных передачах могут использовать­ся ленточные или дисковые тормоза.

Ленточные тормоза

По окружности тормозного барабана располо­жена тормозная лента, имеющая с внутренней стороны фрикционную накладку.

У ленточного тормоза с одинарной обвивкой тормозной лентой тормозная лента обвита вокруг тормозного барабана один раз, а у ленточного тормоза с двойной обвивкой тормозной лен­той — два раза, благодаря чему усилие фиксации тормозного барабана при стягивании тормозной ленты в два раза выше, чем у ленточного тормоза с одинарной обвивкой. Ленточный тормоз авто­матической коробки передач Opel имеет двойную обвивку тормозной лентой. На рис. 21 «Ленточный тормоз с гидравлическим приводом механизма переключения передач автоматической коробки» изо­бражен ленточный тормоз с одинарной обвивкой тормозной лентой.

Дисковые тормоза

В современных автоматических коробках пере­дач используются только дисковые тормоза. На рис. 22 изображены основные детали дисково­го тормоза. Стальные диски (2) с наружными за­хватами вложены в стальную обойму (1) и имеют возможность перемещения в осевом направлении, фрикционные диски (3) с накладками соединены с блоком планетарных шестерен с помощью вну­треннего зубчатого венца. Стальная обойма жестко соединена с картером коробки передач (в ZF и Opel такой дисковый тормоз получил название «непод­вижной муфты»). По сравнению с ленточными тормозами дисковые тормоза могут передавать более высокие крутящие моменты и более точно регулироваться в отношении передачи усилия.

Муфты

Муфты автоматической коробки передач вы­полняют следующие функции:

При установлении соединения с жестким гео­метрическим замыканием говорят, что муфта включается или соединяется. При разъединении соединения с геометриче­ским замыканием говорят, что муфта выключает­ся или разъединяется.

Как и дисковый тормоз (рис. 22) дисковая муфта состоит из стальных дисков с наружными захватами и фрикционных дисков с накладками и внутренним зубчатым венцом.

На рисунках 23 и 24 схематически изо­бражена муфта переднего хода автоматической коробки передач Audi и VW.

Название муфта переднего хода говорит о том, что эта муфта включается на всех передачах переднего хода. Только в нейтральном положе­нии и на передаче заднего хода муфта разъеди­нена.

Под системой автоматического переключения понимается гидравлический привод тормозов и муфт. Для затягивания и быстрого отпуска­ния ленточных тормозов используются круглые поршни в соответствующих цилиндрах (см. рису­нок 21).

Для обеспечения соединения дисковых тормо­зов и муфт поршни выполнены в виде колец, как показано на рисунках 23 и 24. Отпускание тормозов и разъединение муфт выполняется с помощью тарельчатых или спиральных пружин или с помощью нескольких небольших круглых витых пружин, расположенных по окружности муфты.

Источник