для чего нужна планетарная шестерня
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
Планетарная передача принцип работы
Планетарный редуктор 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 и 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.
Ведущий мост грузовиков МАЗ, троллейбусов ЗиУ-9, автобусов Икарус, тракторов К-700 и Т-150К
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.
Устройство и принцип работы
Устройство состоит из следующих элементов:
Принцип работы планетарного редуктора предусматривает то, что смазывание основных деталей происходит за счет естественного разбрызгивания масла при работе устройства.
Схема классического устройства выглядит следующим образом:
Защита конструкции обеспечивается за счет крышки редуктора. Его фиксация проводится за счет болтов. Принцип действия агрегата во многом зависит от кинематической схемы привода. Расчет передаточного отношения проводится при применении специальных формул, которые можно встретить в технической литературе.
Виды планетарных редукторов
Первый вариант исполнения намного проще, характеризуется меньшими размерами и обеспечивает более широкие возможности по передаче крутящего момента. Создание нескольких ступеней определяет существенное увеличение размеров конструкции, а диапазон передаточных чисел уменьшается.
По показателю сложности планетарного редуктора выделяют два основных типа:
В зависимости от формы корпуса и применяемым внутри элементам выделяют следующие типы:
Их применение позволяет передавать вращение между пересекающимися, перекрещивающимися и параллельными валами.
Детальное описание устройств
Смешанные планетарные конструкции могут иметь разное количество колес, а также различные передачи, посредством которых они соединяются. Наличие таких деталей значительно расширяет возможности механизма. Составные планетарные конструкции могут быть собраны так, чтобы вал несущей платформы двигался с высокой скоростью. В результате некоторые проблемы с редукцией, солнечной шестерней и прочими могут быть устранены в процессе усовершенствования устройства.
Таким образом, как видно из приведенной информации, планетарный механизм работает по принципу передачи вращения между звеньями, являющимися центральными и подвижными. При этом сложные системы более востребованы, чем простые.
Варианты конфигурации
Простые и сложные устройства
Как уже отмечалось выше, схема планетарного механизма всегда включает водило и два центральных колеса. Сателлитов может быть сколько угодно. Это, так называемое, простое или элементарное устройство. В таких механизмах конструкции могут быть такими : «СВС», «СВЭ», «ЭВЭ», где:
Каждый такой набор колес + сателлиты называется планетарным рядом. При этом все колеса должны вращаться в одной плоскости. Простые механизмы бывают одно- и двухрядными. В различных технических приборах и машинах они используются редко. Примером может послужить планетарный механизм велосипеда. По такому принципу работает втулка, благодаря которой осуществляется движение.
Гораздо чаще можно встретить сложные зубчатые планетарные механизмы. Их схемы могут быть самыми разными, что зависит от того, для чего предназначается та или иная конструкция. Как правило, сложные механизмы состоят из нескольких простых, созданных по общему правилу для планетарной передачи. Такие сложные системы бывают двух-, трех- или четырехрядные. Теоретически можно создавать конструкции и с большим числом рядов, но на практике такое не встречается.
Плоские и пространственные устройства
Некоторые думают, что простой планетарный механизм обязательно должен быть плоским. Это верно лишь отчасти. Сложные устройства тоже могут быть плоскими. Это значит, что планетарные ряды, сколько бы их ни использовалось в устройстве, находятся в одной либо в параллельных плоскостях. Пространственные механизмы имеют планетарные ряды в двух и более плоскостях. Самих колес может быть меньше, чем в первом варианте.
Общие сведения о планетарных передачах
Планетарными называют передачи, имеющие зубчатые колеса с подвижными осями. Отличительной особенностью механизмов, включающих планетарную передачу (или передачи), является наличие двух или более степеней свободы. При этом угловая скорость любого звена передачи определяется угловыми скоростями остальных звеньев.
Наибольшее распространение получила простая одинарная планетарная передача (рис. 1), которая состоит из центрального колеса 1 с наружными зубьями, неподвижного центрального колеса 3 с внутренними зубьями; сателлитов 2 – колес с наружными зубьями, зацепляющихся одновременно с колесами 1 и 3 (на рис. 1 число сателлитов с = 3), и водила Н, на котором закреплены оси сателлитов. Водило соединено с тихоходным валом. В планетарной передаче одно колесо неподвижно (соединено с корпусом). Обычно внешнее центральное колесо с внутренними зубьями называют коронным (коронная шестерня или эпицикл), а внутреннее колесо с внешними зубьями – солнечным колесом (солнечная шестерня или солнце).
При неподвижном колесе 3 вращение колеса 1 вызывает вращение сателлитов 2 относительно собственных осей, а обкатывание сателлитов по колесу 3 перемещает их оси и вращает водило Н. Сателлиты таким образом совершают вращение относительно водила и вместе с водилом вокруг центральной оси, с. е. совершают движение, подобное движению планет. Поэтому такие передачи и называют планетарными.
При неподвижном колесе 3 движение передают чаще всего от колеса 1 к водилу Н, можно передавать движение от водила Н к колесу 1.
В планетарных передачах применяют не только цилиндрические, но и конические колеса с прямым или косым зубом. Если в планетарной передаче сделать подвижными все звенья, т. е. оба колеса и водило, то такую передачу называют дифференциальной.С помощью дифференциального механизма можно суммировать движение двух звеньев на одном или раскладывать движение одного звена на два других. Например, в дифференциале заднего моста автомобиля движение от водила Н передают одновременно колесам 1 и 3, что позволяет при повороте одному колесу вращаться быстрее другого.
Область применения планетарных передач
Планетарные передачи применяют как редукторы в силовых передачах и приборах, в коробках передач автомобилей и другой самоходной техники, при этом передаточное число такой КПП может изменяться путем поочередного торможения различных звеньев (например, водила или одного из колес), в дифференциалах автомобилей, тракторов и т. п.
Широкое применение планетарные передачи нашли в автоматических коробках передач автомобилей благодаря удобству управления передаточными числами (переключением передач) и компактности. Можно встретить планетарные передачи и в механизмах привода ведущих колес современных велосипедов. Часто применяют планетарную передачу, совмещенную с электродвигателем (мотор-редуктор, мотор-колесо).
Планетарная коробка передач: характеристики, принцип действия
Планетарные механизмы относятся к наиболее сложным устройствам коробки передач. При небольших размерах конструкция характеризуется высокой функциональностью, что объясняет ее широкое применение в технологических машинах, велосипедной и гусеничной технике. На сегодняшний день планетарная коробка передач имеет несколько конструкционных исполнений, но основные принципы работы ее модификаций остаются прежними.
Принципы работы планетарных коробок передач
Изменение передачи зависит от конфигурации размещения функциональных узлов. Значение будет иметь подвижность элемента и направления крутящего момента. Один из трех компонентов (водило, сателлиты, солнечная шестерня) фиксируется в неподвижном положении, а два других вращаются. Для блокировки элементов планетарной коробки передач принцип работы механизма предусматривает подключение системы ленточных тормозов и муфт. Разве что в дифференциальных устройствах с коническими шестернями тормоза и блокировочные муфты отсутствуют.
Понижающая передача может активизироваться по двум схемам. В первом варианте реализуется следующий принцип: останавливается эпицикл, на фоне чего рабочий момент от силового агрегата переправляется на базу солнечной шестерни и убирается с водила. В итоге интенсивность вращения вала будет понижаться, а солнечная шестерня прибавит в частоте работы. В альтернативной схеме блокируется солнечная шестерня устройства, а вращение передается от водила к эпициклу. Результат аналогичный, но с небольшим отличием. Дело в том, что передаточное число в данной рабочей модели будет стремиться к единице.
В процессе повышения передачи тоже может реализовываться несколько рабочих моделей, причем для одной и той же планетарной коробки передач. Принцип действия в простейшей схеме следующий: блокируется эпицикл, а момент вращения переносится с центральной солнечной шестерни и транслируется на сателлиты и водило. В таком режиме механизм работает как повышающий редуктор. В другой конфигурации будет блокироваться шестерня, а момент переправляется от коронной шестерни на водило. Также принцип действия схож с первым вариантом, но есть разница в частоте вращения. При включении заднего хода момент кручения снимется с эпицикла и будет передаваться на солнечную шестерню. При этом водило должно находиться в неподвижном состоянии.
Особенности рабочего процесса
Принципиальным отличием планетарных механизмов от других видов коробок передач является уже упомянутая независимость рабочих элементов, что формулируется как две степени свободы. Это значит, что благодаря дифференциальной зависимости для вычисления угловой скорости одного компонента системы необходимо брать во внимание скорости двух других зубчатых узлов. Для сравнения, другие зубчатые коробки передач предполагают линейную зависимость между элементами в определении угловой скорости. Иными словами, угловые скорости планетарной «коробки» могут меняться на выходе независимо от динамических показателей на входе. При зафиксированных и неподвижных шестернях появляется возможность суммировать и распределять потоки мощности.
В простейших механизмах отмечается две степени свободы зубчатых звеньев, но работа сложных систем может предусматривать и наличие трех степеней. Для этого механизм должен иметь как минимум четыре функциональных звена, которые будут находиться в дифференциальной связке между собой. Другое дело, что такая конфигурация фактически будет неэффективна в силу низкой работоспособности, поэтому на практике применения и передачи с четырьмя звеньями сохраняют две степени свободы.
Простые и сложные планетарные передачи
Уже был отмечен один из признаков разделения планетарных механизмов на простые и сложные – это количество рабочих звеньев. Причем речь идет только об основных узлах, и группы сателлитов не берутся в расчет. Простая система обычно имеет три звена, хотя кинематикой допускаются все семь. В качестве примера такой системы можно привести наборы одно- и двухвенцовых сателлитов, а также парные взаимозацепленные группы зубчатых колес.
В сложных механизмах основных звеньев гораздо больше, чем в простых. Как минимум в них предусматривается одно водило, однако центральных колес может быть больше трех. Ппринцип работы планетарной коробки передач позволяет даже в рамках одной сложной системы использовать несколько простых агрегатов. Однако о полной независимости простых планетарных систем в рамках сложных устройствах речи не идет.
Планетарный редуктор
Процедура механизации производственной и другой деятельности существенно повысила поставленные задачи. Довольно большое распространение получили механизмы, предназначенные для передачи вращения и распределения создаваемого усилия. Существует довольно большое количество различных редукторов, все они характеризуются своими определенными эксплуатационными характеристиками. Примером можно назвать планетарный редуктор, устройство которого имеет довольно большое количество различных особенностей. Рассмотрим подобный механизм подробнее.
Устройство и принцип работы
Рассматриваемый механизм представлен классическим сочетанием шестерен с различным диаметром, которые обеспечивают передачу вращения с изменением числа оборотов и передаваемого усилия. Особенности механизма определяют возможность применения в самых различных отраслях. Обеспечить работу можно только в случае присоединения вращающего вала к ведомой части.
Рассматривая чертеж классического устройства, следует отметить, что оно состоит из следующих элементов:
Принцип работы планетарного редуктора предусматривает то, что смазывание основных деталей происходит за счет естественного разбрызгивания масла при работе устройства.
Схема классического устройства выглядит следующим образом:
Защита конструкции обеспечивается за счет крышки редуктора. Его фиксация проводится за счет болтов. В целом можно сказать, что устройство достаточно сложное, поэтому провести его ремонт и обслуживание не всегда просто.
Принцип действия агрегата во многом зависит от кинематической схемы привода. Расчет передаточного отношения проводится при применении специальных формул, которые можно встретить в технической литературе.
Основная часть конструкции состоит из следующих деталей:
Принцип действия рассчитывается следующим образом:
Стоит учитывать, что для работы механизма одна из частей должна быть зафиксирована относительно других. В зависимости от выбора ведомого или ведущего элемента зависит показатель передаточного числа. Рассчитать число достаточно сложно, от этого показателя также зависит удельная мощность.
Конструктивные особенности рассматриваемого механизма определили то, что он может применяться для достижения самых различных целей.
Виды планетарных редукторов
Встречается довольно большое количество разновидностей понижающих редукторов. Классификация проводится также по количеству ступеней:
Первый вариант исполнения намного проще, характеризуется меньшими размерами и обеспечивает более широкие возможности по передаче крутящего момента. Создание нескольких ступеней определяет существенное увеличение размеров конструкции, а диапазон передаточных чисел уменьшается.
Также классификация проводится по показателю сложности планетарного редуктора. Выделяют два основных типа:
На сегодняшний день дифференциальный редуктор получил весьма широкое распространение, так как позволяет передавать вращение требуемым образом в конкретном случае.
Выделяют виды в зависимости от формы корпуса, а также применяемым внутри элементам. Классификация выглядит следующим образом:
Их применение позволяет передавать вращение между пересекающимися, перекрещивающимися и параллельными валами. Именно поэтому планетарный редуктор получил широкое распространение.
Двухступенчатые планетарные мотор-редукторы применяются в случае, когда нужно передавать вращение с различной частотой. Некоторые варианты исполнения изготавливаются по схеме 3к, планетарные редукторы большой мощности зачастую имеют крупный размер, а при изготовлении основных частей применяется закаленная сталь, характеризующаяся высокой устойчивостью к износу.
Применение
Сегодня электродвигатель с планетарным редуктором получили весьма широкое распространение, могут применяться в самых различных случаях. Область применения во многом зависит от конструктивных особенностей устройства и его характеристик. Выделяют следующие варианты исполнения:
Несмотря на достаточно сложную конструкцию, она получила весьма широкое распространение. Примером можно назвать машиностроительную область, станкостроение и производство различных механизмов. Примером можно назвать автомобильную коробку передач, которая предназначена для передачи вращения и изменения предаваемого усилия или скорости.
Следует уделить довольно много внимания и подбору наиболее подходящего варианта исполнения. Если установленное устройство не будет обладать требуемыми свойствами, то есть вероятность выхода конструкции их строя при ее применении.
Наиболее важными параметрами выбора можно назвать следующие показатели:
Все наиболее важные параметры указываются в инструкции по эксплуатации, что существенно упрощает процесс выбора подходящего варианта исполнения.
Достоинства и недостатки
Широкая область применения прежде всего связана с основными преимуществами механизма. Многие свойства такие же, как у цилиндрического варианта исполнения, так как в обоих случаях применяются шестерни. Преимущества следующие:
В целом можно сказать, что есть довольно большое количество причин, по которым применяется именно подобный механизм для передачи вращения. КПД планетарного редуктора относительно невысокое, что можно назвать существенным недостатком подобного варианта исполнения. Кроме этого, коэффициент полезного действия существенно падает при непосредственном использовании устройства, так как со временем оно изнашивается.
Кроме этого следует уделить внимание тому, что планетарный редуктор является сложной конструкцией, при изготовлении и установке которой возникают трудности.
Незначительное отклонение в размерах становится причиной уменьшения основных свойств, а также появления серьезных неисправностей.
Обслуживание и ремонт
Сложность рассматриваемого механизма определяет то, что возникает необходимость в своевременном обслуживании и проведении ремонта. Для начала уделим внимание тому, каким образом проводится расчет планетарного редуктора. Среди особенностей этого процесса отметим следующие моменты:
Изготовить самостоятельно рассматриваемую конструкцию достаточно сложно, как и провести ремонт планетарных редукторов. Среди особенностей этой процедуры отметим следующее:
Чаще всего обслуживание предусматривает добавление масла. Смазка планетарного редуктора позволяет существенно продлить срок службы конструкции, так как соприкосновение и трение металла становится причиной его истирания. Рекомендуется смазывать механизм периодически, так как масло выступает еще в качестве охлаждения. В продаже встречаются специальные смазывающие вещества, которые характеризуются определенными эксплуатационными качествами.
Сегодня ремонтом редукторов занимаются компании, которые специализируются на предоставлении соответствующих услуг. Признаком того, что механизм начинает выходить из строя становится появление сильного шума, вибрации, рывков, нагрев и многое другое. Со временем процесс износа существенно ускоряется, так как металл, находящийся в масле попадает в зацепление шестерен. В большинстве случаев ремонт предусматривает замену всех элементов на новые.
В заключение отметим, что планетарный редуктор характеризуется весьма привлекательными свойствами. Примером можно назвать отсутствие большого количества крепежных элементов, а также равномерное распространение нагрузки. Как ранее было отмечено, редуктор применяется при создании различных узлов транспортных средств.