Планетарна коробка передач: пристрій, принцип роботи, експлуатація і ремонт

Опубликованно 29.09.2018 01:26

Планетарні механізми відносяться до найбільш складних пристроїв коробки передач. При невеликих розмірах конструкція характеризується високою функціональністю, що пояснює її широке застосування в технологічних машинах, велосипедної та гусеничної техніки. На сьогоднішній день планетарна коробка передач має кілька конструктивних виконань, але основні принципи роботи її модифікацій залишаються колишніми. Пристрій агрегату

Основа конструкції формується трьома функціональними частинами з однією віссю обертання. Їх представляє водило і два зубчастих центральних колеса. Також в пристрої передбачається велика група допоміжних ланок у вигляді комплекту одноформатных зубчастих коліс, коронної шестірні і підшипники. З цього можна зробити висновок, що планетарна коробка передач – це механізм з сімейства зубчастих «коробок», однак з принциповою відмінністю. Воно полягає в умовної незалежності кутових швидкостей у кожного з основних ланок. Тепер варто детальніше ознайомитись з елементами агрегату: Водило – основа і обов'язкова частина будь планетарної системи, у тому числі з диференціальної зв'язком. Це важільний механізм, який представляє собою просторову вилку, вісь якої поєднується із загальною віссю передачі. При цьому зубчасті осі з сателітами обертаються навколо неї в площинах розміщення центральних коліс. Зубчасті колеса. В першу чергу слід розділяти групи великих центральних і малих центральних коліс цього типу. У першому випадку мова йде про великих колесах з внутрішніми зубцями – дана система носить назву эпицикла. Що стосується малих коліс з зубами, то вони відрізняються зовнішнім розташуванням зубів – також їх називають сонячною шестірнею. Сателіти. Колісна група планетарної коробки передач (рідше – одинарне зубчасте колесо), елементи якої обов'язково мають зовнішні зуби. Сателіти розташовуються в зчепленні з обома групами центральних коліс. В залежності від функціональності і потужності техніки кількість сателітів може варіюватися від 2 до 6, але найчастіше використовується 3 сегмента, оскільки в цьому випадку відпадає потреба в додаткових врівноважуючих пристроїв. Принципи роботи планетарних коробок передач

Зміна передачі залежить від конфігурації розміщення функціональних вузлів. Значення буде мати рухливість елемента і напрямки крутного моменту. Один з трьох компонентів (водило, сателіти, сонячна шестірня) фіксується в нерухомому положенні, а два інших обертаються. Для блокування елементів планетарної коробки передач принцип роботи механізму передбачає підключення системи стрічкових гальм і муфт. Хіба що диференціальних пристроях з конічними шестернями гальма і блокувальні муфти відсутні.

Знижувальна передача може активізуватися за двома схемами. У першому варіанті реалізується наступний принцип: зупиняється епіциклом, на тлі чого робочий момент силового агрегату переправляється на базу сонячної шестерні і забирається з водила. У результаті інтенсивність обертання вала буде знижуватися, а сонячна шестірня додасть у частоті роботи. В альтернативній схемі блокується сонячна шестірня пристрою, а обертання передається від водила до эпициклу. Результат аналогічний, але з невеликою відмінністю. Справа в тому, що передаточне число в даній робочої моделі буде прагнути до одиниці.

У процесі підвищення передачі теж може реалізовуватися кілька робочих моделей, причому для однієї і тієї ж планетарної коробки передач. Принцип дії найпростішої схемою наступний: блокується епіциклом, а момент обертання переноситься з центральної сонячної шестерні і транслюється на сателіти і водило. В такому режимі механізм працює як підвищує редуктор. В іншій конфігурації буде блокуватися шестерня, а момент переправляється від коронної шестерні на водило. Також принцип дії схожий з першим варіантом, але є різниця в частоті обертання. При включенні заднього ходу момент кручення зніметься з эпицикла і буде передаватися на сонячну шестерню. При цьому водило повинно знаходитися в нерухомому стані. Особливості робочого процесу

Принциповою відмінністю планетарних механізмів від інших видів коробок передач є вже згадана незалежність робочих елементів, що формулюється як дві ступеня свободи. Це означає, що завдяки диференціальної залежності для обчислення кутової швидкості одного компонента системи необхідно брати до уваги швидкості двох інших зубчастих вузлів. Для порівняння, інші зубчасті коробки передач припускають лінійну залежність між елементами у визначенні кутової швидкості. Іншими словами, кутові швидкості планетарної коробки можуть змінюватися на виході незалежно від динамічних показників на вході. При зафіксованих і нерухомих шестернях з'являється можливість підсумувати і розподіляти потоки потужності.

У найпростіших механізмах відзначається дві ступеня свободи зубчастих ланок, але робота складних систем може передбачати наявність трьох ступенів. Для цього механізм повинен мати як мінімум чотири функціональні ланки, які будуть перебувати в диференціальній зв'язці між собою. Інша справа, що така конфігурація фактично буде неефективна в силу низької працездатності, тому на практиці застосування і передачі з чотирма ланками зберігають дві ступеня свободи. Прості і складні планетарні передачі

Вже був відзначений один з ознак поділу планетарних механізмів на прості і складні – це кількість робочих ланок. Причому мова йде тільки про основні вузли і групи сателітів не беруться в розрахунок. Проста система зазвичай має три ланки, хоча кінематикою допускаються всі сім. В якості прикладу такої системи можна привести набори одне - і двухвенцовых сателітів, а також парні взаимозацепленные групи зубчастих коліс.

У складних механізмах основних ланок набагато більше, ніж простих. Як мінімум в них передбачається одне водило, однак центральних коліс може бути більше трьох. Більше того, принцип роботи планетарної коробки передач дозволяє навіть у межах однієї складної системи використовувати кілька простих агрегатів. Наприклад, в четырехзвенной моделі може перебувати до трьох простих вузлів, а в пятизвенной – до шести. Однак про повну незалежність простих планетарних систем у рамках складних пристроях мови не йде. Справа в тому, що у кількох таких механізмів з більшою ймовірністю буде одне загальне водило. Керуючі елементи механізму

При збереженні декількох ступенів свободи пристрій можна використовувати в якості основного самодостатнього функціоналу. Але якщо вибирається модель з одним ведучим і одним веденою ланкою (режим редуктора), то необхідно буде задавати їм певні швидкості. Для цього і застосовуються керуючі елементи планетарної коробки передач. Принцип їх дії полягає в перерозподілі швидкостей за рахунок фрикціона і гальма. Зайві ступені свободи знімаються, а основні вільні вузли стають опорними.

Фрикционы відповідають за з'єднання двох вільних ланок або однієї ланки (теж вільного) з зовнішнім потужносним підведенням. Обидві конфігурації фрикціонів в умовах блокування забезпечують контрольованим ланкам певну кутову швидкість, причому не нульову. По конструкції такі елементи являють собою багатодискові муфти, але іноді зустрічаються і звичайні муфти для передачі моменту.

Що стосується гальм, то його завдання керуючої інфраструктурі планетарної коробки передач полягає в з'єднанні вільних ланок з корпусом механізму. Даний елемент в умовах блокування наділяє вільні ланки нульовою кутовою швидкістю. По технічному пристрою такі гальма схожі з муфтами, але в самих простих виконаннях – однодискових, колодкових і стрічкових. Застосування планетарного механізму

Вперше даний агрегат був використаний в автомобілі Ford T у вигляді двохступінчатої коробки передач з ножним принципом перемикання і стрічковими гальмами. Надалі пристрій пережило чимало перетворень, і сьогодні як новітньої версії механізмів даного типу можна назвати японську планетарну коробку передач Prius. Принцип роботи цього агрегату полягає в розподілі енергії між силовою установкою (яка може бути і гібридної) і колесами. У процесі роботи двигун зупиняється, після чого енергія спрямовується на генератор, в результаті чого починається рух коліс.

При цьому система може бути не тільки функціоналом однієї лише коробки передач. Сьогодні цей пристрій застосовують в редукторах, диференціалах, в складних кінематичних схемах промислового устаткування, привідних системах спецтехніки та літаків. Передові автогіганти освоюють і принципи роботи механізму в складі з електромагнітними і електромеханічними приводами. Та ж планетарна коробка передач Prius успішно застосовується в гібридних електромобілях. Самої коробки передач в традиційному сенсі в таких конструкціях немає, але є подібність варіатора без ступеневого перемикання – комплекс планетарних шестірнею, що приводить колеса в рух і отримує енергію від двигуна, як раз і виконує цю функцію. Планетарна коробка передач для велосипеда

У традиційному розумінні відсутня коробка передач і в велосипедного транспорту, забезпеченого планетарними механізмами. Це втулки з тієї ж сонячною шестернею, яка жорстко кріпиться до задніх коліс на їх осі. Також для фіксації застосовується водило, що визначає напрямок руху сателітів і не дозволяє їм роз'їжджатися і зчіплюватися між собою. І самий відповідальний елемент планетарної коробки велосипеда представлений эпициклической шестернею, обертання якої відбувається за рахунок крутіння педалей. В момент зміни передачі виконавчий механізм втулки (шлицевой привід) змінює показники динаміки водила, що і дає ефект регулювання швидкості.

Тобто можна знову укласти, що планетарна модель працює в якості редуктора. В даній системі епіциклом виконує функцію веденого ланки ланцюга, сонячна шестірня зберігає нерухомий стан, а водило замикається на корпус. При цьому робочі схеми простих і багатошвидкісних втулок будуть однаковими. Невелика різниця полягає лише в тому, що у кожного вузла планетарної системи спостерігаються свої певні показники стосунків передач. Експлуатаційний процес

Головним заходом при експлуатації даного механізму з боку користувача є підтримка планетарного ряду в оптимальному робочому стані. Це досягається за рахунок періодичної чистки елементів і, що особливо важливо, завдяки мастилі. Що треба змащувати в планетарній коробці? Головним чином ковзні підшипники редуктора. Масло направляється з коленвала в порожнину редукторного валу, заповнюючи порожнини сателітів з зубчастими колесами. Далі, залежно від конструкції, за цапфах і радіальних отворів технічна мастило надходить на підшипники, шестерні. Для максимального розподілу масла по довжині підшипників на зовнішній стороні цапфи іноді виконують лиску.

Зачеплення змащуються або шляхом занурення зубів коліс в рідинну ванночку, або шляхом направлення масла в зону зчіпки по спеціальним соплам. Тобто реалізується струменевий мастило або мастило зануренням. Але найефективнішим способом вважається розповсюдження масляного туману, який застосовують у відношенні елементів зачеплення та підшипників. Даний метод мастила реалізується розбризкуванням з спеціального пульверизатора.

Що ж стосується самого мастильного складу, то для планетарних передач рекомендуються нелеговані нафтові масла. Наприклад, годяться для застосування індустріальні склади загального призначення. Для високошвидкісних механізмів бажано використовувати спеціальні турбінні та авіаційні засоби.

Несправності і ремонт механізму

Найбільш поширеним ознакою неполадки планетарної передачі є наявність вібрацій в зоні короби. Водії відзначають також сторонні шуми, поштовхи і посмикування. Наявність тих або інших симптомів залежить від характеру несправності, причин для якої може бути кілька: Перегрів механізму. Агресивний стиль їзди з різкими гальмуваннями і прискореннями. Відсутність масла, його низький рівень або недостатньо висока якість. Недостатній прогрів коробки передач перед рухом. Пробуксовка на ожеледі. Попадання автомобіля в сніг або бруд. Знос елементів планетарного ряду.

Щоб відремонтувати планетарну коробку передач, необхідно знати конкретну причину поломки. Для цього проводиться розбирання механізму. Зазвичай короб тримається на болтах всередині приводного валу. Необхідно з однією з сторін (залежить від конструкції) зняти швидкісні кронштейни і потім через отвір вала привода викрутити болт. Далі проводиться очищення або заміна вийшов з ладу елемента. Як правило, мова йде про забруднення металевою стружкою, поломки зубів, зносі осей і шестірнею. Висновок

Планетарні механізми відрізняються складністю пристрою, в чому є свої плюси і мінуси. До перших можна віднести збалансованість обслуговуваних елементів з відносно точним розподілом сил. Даний фактор дозволяє розробляти скромні за розмірами блоки переключення передач, які дають можливість виконання оптимізованої компонування. У випадку з «планетаркой» велосипеда відзначаються і ергономічні переваги, серед яких можливість перемикання в стоячому положенні. При їзді по місту це особливо корисна якість, так як міняти швидкісні режими доводиться досить часто. Якщо ж говорити про недоліки планетарних систем, то вони при великих передавальних відносинах все ж характеризуються скромною продуктивністю. Також система вимагає точного складання, оскільки найменші відхилення збільшують ризик того ж зносу деталей. Автор: Андрій Райтер 8 Вересня, 2018

Категория: Автотехника