Планетарная КПП: что это такое и как работает планетарная трансмиссия

Плюсы и минусы планетарной передачи

Начнем с того, что данный механизм имеет целый ряд очевидных преимуществ:

• компактность (все шестерни находятся на одной оси, расположены рядом);
• низкий уровень шума при работе (нагрузка на зубья минимальна);
• механизм обеспечивает расширенный диапазон передаточных чисел;
• зубья способны выдержать большую нагрузку, также самих шестерен больше;
• меньшая вибронагруженность, плавность работы;

Использование планетарного ряда или планетарного механизма в системе с высокими нагрузками приводит к снижению КПД и надежности. Причина – много шестерен и составных элементов, в результате чего увеличиваются потери на трение, возрастает риск поломок.

Также можно выделить высокую чувствительность к смазке и качеству смазочного материала применительно к планетарной передаче. Например, если в АКПП окажется недостаточно масла, тогда такая коробка быстро выйдет из строя.

Так или иначе, планетарная коробка не имеет валов, ползунов, последовательно расположенных шестерен, что делает ее очень компактной и позволяет разместить даже в предельно ограниченном пространстве.

Еще планетарные коробки могут передавать большой крутящий момент (такие КПП даже используются в устройстве тяжелой военной техники). Крутящий момент достаточно равномерно распределяется на сателлиты (особенно если их больше 3), при этом зубья испытывают меньшие нагрузки сравнительно с двухвальными или трехвальными КПП.

Также при условии грамотного и своевременного обслуживания можно говорить о большом ресурсе, а сама конструкция планетарных коробок передач позволяет с относительной простотой реализовать их систему управления. Если просто, в устройстве коробки используются ленточные тормоза и блокировочные муфты. Ленточный тормоз плавно останавливает шестерни, тогда как муфта позволяет их заблокировать, что и приводит к переключению передачи.

Главным же недостатком можно считать то, что в автоматических коробках, где необходимо получить 3, 4, 5 и более ступеней, требуются каскадные планетарные системы. Данное решение значительно усложняет устройство, снижая КПД и общую надежность.

Механизм передачи с внешним зацеплением

Такая передача снабжается двойными сателлитами, которые входят в зацепление только с двумя солнечными шестернями, одна соединяется с ведущим валом, а вторая — с ведомым.

Главные достоинства:

• универсальность использования
• малые размеры и вес при получении больших передаточных чисел
• возможность изменения передаточных чисел без остановки ведущего и ведомого валов, на ходу трактора
• большой срок службы, так как все шестерни в постоянном зацеплении друг с другом и работают в масле.

Для остановки планетарной передачи используют ленточные тормоза, а для соединения частей друг с другом, блокирования — дисковые муфты сцепления.

Планетарные механизмы из-за преимуществ начинают шире применять на тракторах для изменения передаточных чисел силовой передачи на ходу при помощи увеличителя крутящего момента, для поворота гусеничного трактора и в механизме независимого привода вала отбора мощности.

Виды мотор-редукторов

Сегодня разработано большое число вариантов мотор-редукторов, различающихся типом двигателя, принципом построения механической части и общей геометрией. Практически все возможные комбинации присутствуют в каталогах производителей. По виду механического зацепления подразделяют цилиндрические, конические, червячные и планетарные модели. По взаимному расположению входного и выходного валов рассматривают соосные, параллельные и угловые варианты. Исходя из передаваемых мощностей выделяют модули обычного размера и мини мотор-редукторы. По типу присоединения к процессу, встречаются варианты с одно- и двухсторонним валом, а также с полым выходным валом.

Цилиндрические мотор-редукторы

Агрегаты, использующие классические цилиндрические редукторы получили большое распространение, благодаря простоте, надежности и универсальности механической части устройства. Их использование возможно в широком спектре оборудования. В зависимости от общей конструкции, цилиндрические мотор-редукторы выполняются с соосными или параллельными валами. Количество ступеней может варьироваться от одной до шести.

По способу расположения шестерен и общей компоновке выделяют горизонтальные и вертикальные модели. Такие устройства характеризуются высоким КПД, долговечностью и относительно невысокой стоимостью. В отличие от многих других вариантов, цилиндрические редукторы обычно не допускают произвольного расположения в пространстве, что значительно ограничивает их область применения.

Конические мотор-редукторы

Устройства, собранные на основе конических шестерен, позволяют построить угловой конический мотор-редуктор. Его главной особенностью будет перпендикулярное расположение входного и выходного валов. Это ориентирует их на использование в устройствах, требующих смены направления осей. Также конические модели выгодно устанавливать в конструкциях, предъявляющих ограничение по одному из габаритных размеров устройства. Редукторы данного типа отличаются более высокой стоимостью, в виду значительной сложности изготовления отдельных деталей. Передаточное отношение конических моделей обычно невелико. Для его повышения, коническую и цилиндрическую передачи часто комбинируют, результатом чего становится коническо-цилиндрический мотор-редуктор.

Червячные модели

Сегодня, огромную популярность приобрели червячные одноступенчатые мотор-редукторы. В качестве механической передачи в них используется червячная пара. Она обеспечивает высокое передаточное отношение при сравнительно небольших габаритах. Благодаря этому стоимость червячных моделей ниже аналогов с иной конструкцией. Среди других особенностей следует выделить перпендикулярное расположение валов и самостоятельное затормаживание механизма при отсутствии внешнего поступления энергии.

В отличие от цилиндрических и конических моделей, приложение усилия к выходному валу не приведет к проворачиванию механизма. Благодаря этому такие редукторы часто используют в ответственных решениях и подъемно-транспортных устройствах. Червячные редукторы обычно не требовательны к положению установки. Благодаря герметичному корпусу их можно располагать произвольным образом, вследствие чего эти модели активно применяются для модернизации привода станков, промышленных линий и других механизмов. Среди недостатков червячных моделей обычно выделяют небольшой КПД и повышенное тепловыделение.

Планетарные и волновые мотор-редукторы

Благодаря компактности и высоким рабочим моментам, планетарные мотор-редукторы нашли широкое использование в небольших устройствах привода. Высокое передаточное отношение и способность работать с большими нагрузками, ориентирует их на использование совместно с серводвигателями промышленных роботов и других автоматических устройств. Встречаются планетарные модели и общепромышленного применения. Благодаря особенностям конструкции зубчатой передачи, данные модели мотор-редукторов выполняются с соосными валами. Это позволяет их использовать для привода практически любых механизмов.

Дальнейшим развитием планетарных передач стали волновые редукторы. Они обеспечивают большое передаточное отношение, плавность хода и высокую точность позиционирования выходного вала. Благодаря этому такие модели стали основой построения промышленных роботов. Наряду с высокими характеристиками, данные типы передач отличаются высокими требованиями к изготовлению, а, следовательно, и высокой стоимостью, что существенно сдерживает распространение данных моделей.

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:

• сложное производство и высокая точность сборки;
• в сателлиты устанавливают подшипники, которые выходят из строят быстрее, чем шестерня;
• при повышении передаточных отношений КПД падает, поэтому приходится усложнять конструкцию.

Читать

Зачем нужна нейтралка на АКПП, переключение и движение накатом на автомате

Планетарная коробка — передача

Планетарные коробки передач с двумя степенями свободы могут быть получены путем комбинирования планетарных рядов ( см. фиг.
 

Планетарная коробка передач ( Гризуолд-Паккард) ( четырехступенчатая) с ускоряющей передачей и с электромагнитным управлением в сочетании с гидродинамической муфтой; б — схема коробки передач Гри-зуолд — Паккард: / — планетарный комплект с понижающей передачей; 2 — то же с повышающей передачей; 3 — то же для заднего хода; 4, 5 и 6 — электромагниты; 7 — каретка; 8 — запорная муфта.
 

Планетарная коробка передач состоит из нескольких планетарных передач. Размеры шестерен в этих передачах неодинаковы, поэтому коробка имеет несколько передаточных чисел. Переключение передач осуществляется особыми устройствами — фрикционами управления, которыми можно попеременно затормаживать либо зубчатые венцы ( коронные шестерни), либо солнечные шестерни.
 

Планетарные коробки передач служат для ступенчатого изменения передаточного отношения. Переключения производятся тормозами И фрикционными муфтами. Различают две основные схемы механизма. Схема простого планетарного механизма имеет более двух центральных колес и соответствующее число сателлитов, закрепленных на подвижных осях ( фиг.
 

Планетарные коробки передач служат для ступенчатого изменения передаточного отношения Переключения производятся тормозами и фрикционными муфтами.
 

Планетарные коробки передач, управляемые тормозами и фрикционными муфтами, являются разновидностью коробок передач с постоянным зацеплением шестерен.
 

Однако планетарные коробки передач имеют более высркую стоимость.
 

Достоинствами планетарных коробок передач по сравнению с коробками, имеющими неподвижные оси шестерен, являются возможность получения больших передаточных чисел при небольшом числе зубчатых колес, а также меньшие вес и размеры. Однако планетарные коробки передач имеют более высокую стоимость.
 

Валы планетарных коробок передач рассчитывают на кручение. Изгиб может иметь место при установке на валу ленточного тормоза от неуравновешенных радиальных сил.
 

Конструкция планетарной коробки передач аналогична рассмотренной выше и состоит из четырех планетарных рядов, управляемых с помощью четырех дисковых тормозов. Все планетарные ряды выполнены с одинарными сателлитами.
 

В планетарных коробках передач фрикционные элементы дисков сцепления и ленточных тормозов работают в том же масле, которое используется в качестве рабочей жидкости в гидротрансформаторе и в качестве смазочного материала зубьев шестерен планетарной передачи. При такой работе повышается их долговечность и надежность эксплуатации. Вместе с тем, работающие в масле фрикционные элементы могут передать меньший момент трения, чем диски при отсутствии смазки. Чтобы избежать этого, фрикционные диски и ленты тормозов снабжают специальными накладками из металлокерамики или других материалов, обеспечивающих постоянство сил и моментов-трения при работе их в среде смазочного материала.
 

В планетарных коробках передач фрикционные элементы дисков сцепления и ленточных тормозов работают в том же масле, которое используется в качестве рабочей жидкости в гидротрансформаторе и в качестве смазочного материала зубьев шестерен планетарной передачи. При такой работе повышается их долговечность и надежность эксплуатации. Вместе с тем, работающие в масле фрикционные элементы могут передать меньший момент трения, чем диски при отсутствии смазки. Чтобы избежать этого, фрикционные диски и ленты тормозов снабжают специальными накладками из металлокерамики или других материалов, обеспечивающих постоянство сил и моментов трения при работе их в среде смазочного материала.
 

В планетарных коробках передач нагрузки от ведущей шестерни к ведомой передаются через 2 — 4 сателлита.
 

Рычаг управления планетарной коробки передач располагается на нулевой колонке и имеет четыре положения: Н — нейтральное; Д — эксплуатационная ( вторая) передача; эта передача автоматически переключается на третью ( прямую) передачу в соответствии с изменением нажатия на педаль управления дросселем карбюратора и сопротивлением дороги; Я — понижающая, или первая передача; ЗХ — задний ход.
 

Схема гидромеханической передачи.

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%.

Читать

Как правильно дрифтовать на автомате

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.

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.

Пример HTML-страницы

Муфты

Муфты автоматической коробки передач вы­полняют следующие функции:

• Соединение вала турбины (первичный вал коробки передач) с определенными частями блока планетарных шестерен и отсоединение от них;
• Передача усилия от частей одного блока пла­нетарных шестерен на части другого.

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.

РЕКОМЕНДУЮ ЕЩЕ ПОЧИТАТЬ:

Пример HTML-страницы

Обнаружение неполадок в работе ПП

Что такое вариатор (коробка cvt), устройство, принцип работы

Устройство ПП

Несмотря на надежность механизма ПП, при его продолжительной работе могут возникнуть соответствующие поломки в результате износа комплектующих. Основной признак наличия неисправности – это возникновение посторонних шумов. Такое проявление может являться следствием того, что хозяин транспортного средства часто придерживался агрессивного стиля езды. В дополнении к этому, способствует сокращению рабочего срока ПП – если не прогревался двигатель перед началом поездки.

Необходимость в замене сателлит КПП на шестернях дифференциала возникает, если на их поверхности появились трещины или произошла внешняя деформация зубьев. В ряде случаев, вернуть запчасти первоначальный вид представляется возможным, если осуществить шлифовальные работы по поверхности комплектующей детали. Однако при этом дефект должен быть минимальным.

Для осуществления ремонта планетарной КП нужна разборка данного механизма. Доверить данную процедуру стоит специалистам, имеющим соответствующий опыт проведения подобных работ. Полная переборка позволяет точно определить причину неисправности.

Расчет на прочность планетарных передач

Прочностной расчет планетарных передач проводят так же, как и прямозубых. Рассчитать каждую ссылку:

• внешний — между солнцем и планетарными колесами;
• внутренние — между планетами и макушкой.

Если колеса изготовлены из одного материала и силы сцепления равны, то рассчитывается наименее прочное соединение — внешнее.

Алгоритм расчета следующий:

1. Выберите коробку передач.
2. Определяются исходные данные: передаточное отношение i, крутящий момент Tвых и частота вращения выходного вала Uвых.
3. Количество зубьев выбирают, проверяя условия монтажа и близость планетарных шестерен.
4. Вычислите угловые скорости колес.
5. Рассчитать КПД и моменты выходных валов.
6. Рассчитайте прочность связи.

Расчет момента учитывает количество планетарных колес и неравномерность нагрузки на их зубья. Поправочный коэффициент η = 1,5… 2 вводится при отсутствии компенсационных мероприятий:

• повышенная точность изготовления;
• радиальная подвижность солнца, короны или носителя;
• применение эластичных элементов.

Расчет зубчатых колес ведется по двум критериям:

• контактное усилие, т.е сопротивление рабочих поверхностей зубьев под нагрузкой;
• напряжение изгиба, усталостное разрушение.

Расчет контактного усилия сводится к проверке условия, чтобы натяжение σn не превышало допустимого значения. Расчеты выполняются по формуле Герца для цилиндрических поверхностей с добавлением коэффициентов уточнения. В результате получается значение расстояния между центрами, основная геометрическая характеристика зубчатого колеса:

d=K×η×∛ (T×Kн(i±1))/(Ψ×i×^2),

где К — вспомогательный коэффициент для цилиндрических зубчатых колес, МПа;

η — коэффициент неравномерности;

Т – пара, Н×мм;

Кп — коэффициент нагрузки;

Ψ – коэффициент ширины колеса, равный 0,75;

i — передаточное отношение;

— допускаемое контактное напряжение, МПа. Он определяется коэффициентом прочности и пределом сопротивления.

При расчете прогиба принимается условие, что вся нагрузка передается на одну пару зубьев и прилагается к их верхней части. Номинальное напряжение не должно превышать допустимого:

σf= (M/W) – (F/(b×s) ≤ ,

где М — изгибающий момент;

W — осевой момент сопротивления;

F — сила сжатия;

b, s — размеры зуба в сечении;

— допустимое напряжение изгиба. Это зависит от предела сопротивления, шероховатости, погрешности изготовления зубьев.

Планетарная коробка передач для велосипеда

В традиционном понимании отсутствует коробка передач и у велосипедного транспорта, обеспеченного планетарными механизмами. Это втулки с той же солнечной шестерней, которая жестко крепится к задним колесам на их оси. Также для фиксации применяется водило, определяющее направление движения сателлитов и не позволяющее им разъезжаться и сцепляться между собой. И самый ответственный элемент планетарной «коробки» велосипеда представлен эпициклической шестерней, вращение которой происходит за счет кручения педалей. В момент изменения передачи исполнительный механизм втулки (шлицевой привод) меняет показатели динамики водила, что и дает эффект регулировки скорости.

То есть можно вновь заключить, что планетарная модель работает в качестве редуктора. В данной системе эпицикл выполняет функцию ведомого звена цепи, солнечная шестерня сохраняет неподвижное состояние, а водило замыкается на корпус. При этом рабочие схемы простых и многоскоростных втулок будут одинаковыми. Небольшая разница заключается лишь в том, что у каждого узла планетарной системы наблюдаются свои строго определенные показатели отношений передач.

Эксплуатационный процесс

Главной мерой при эксплуатации данного механизма со стороны пользователя является поддержание планетарного ряда в оптимальном рабочем состоянии

Это достигается за счет периодической чистки элементов и, что особенно важно, благодаря смазке. Что надо смазывать в планетарной коробке? Главным образом скользящие подшипники редуктора

Масло направляется из коленвала в полость редукторного вала, заполняя полости сателлитов с зубчатыми колесами. Далее, в зависимости от конструкции, по цапфам и радиальным отверстиям техническая смазка поступает на подшипники шестеренок. Для максимального распределения масла по длине подшипников на внешней стороне цапфы иногда выполняют лыску.

Зацепления смазываются или путем окунания зубьев колес в жидкостную ванночку, или посредством направления масла в зону сцепки по специальным соплам. То есть реализуется струйная смазка или смазка окунанием. Но самым эффективным способом считается распространение масляного тумана, который применяют в отношении элементов зацепления и подшипников. Данный метод смазки реализуется разбрызгиванием из специального пульверизатора.

Что же касается самого смазывающего состава, то для планетарных передач рекомендуются нелегированные нефтяные масла. Например, годятся для применения индустриальные составы общего назначения. Для высокоскоростных механизмов желательно использовать специальные турбинные и авиационные средства.

Что в итоге

Как видно, планетарная АКПП и другие узлы на основе планетарного механизма активно используются в современной автоиндустрии. Более того, массовое производство автоматических планетарных коробок практически вытеснило в развитых странах механические КПП.

Благодаря удобству и качеству работы АКПП пользуются большой популярностью, продолжая вытеснять МКПП даже из бюджетного сегмента (например, китайские авто с автоматом).

Как работает коробка-автомат: классическая гидромеханическая АКПП, составные элементы, управление, механическая часть. Плюсы, минусы данного типа КПП.

Понижающая (пониженная) передача: назначение передачи, особенности работы. Как пользоваться понижающей передачей и когда включать пониженную передачу.

Устройство и принцип работы механической коробки передач. Виды механических коробок (двухвальная, трехвальная), особенности, отличия

Коробка отбора мощности (КОМ): для чего предназначена, как работает КОМ, особенности, виды и типы. Что нужно учитывать при эксплуатации данной коробки.

Дифференциал коробки передач: что это такое, устройство дифференциала, виды дифференциалов. Как работает дифференциал КПП в трансмиссии автомобиля.

Устройство полного привода, виды и типы полного привода, схема устройства привода на полноприводных авто. Полноприводные коробки, особенности.