Планетарная коробка передач подробно

Содержание

Что такое планетарная передача: устройство и принцип работы механизма, применение в КПП и других узлах

Слово планетарка известно многим автомобилистам – под ним понимают трансмиссию, работу которой обеспечивает взаимодействие зубчатых шестеренок. Состоит планетарная передача из разных по размеру шестерней передающий крутящий момент. Подобный тип КПП используют во многих моделях автомобилей с классическим задним приводом.

Что такое планетарная передача

Для передачи вращательного движения и изменения угловых скоростей часто используют планетарные передачи, в основе которых используются зубчатые колеса – шестерни.

Механизм был изобретен еще в 11 веке арабским конструктором Ибн Халафом эль-Муради. В манускриптах средневекового ученого описана первая элементарная конструкция передачи вращательного движения.

Устройство чаще всего используется в редукторах для изменения получаемого вращательного движения и мощности. Механизм воздействует на получаемый крутящий момент и способен:

складывать;
изменять;
раскладывать.

Простыми словами он предназначен для увеличения или понижения крутящего момента, его изменения в противоположную сторону. Не все знают, что конструкция подобного типа используется для обеспечения плавного поворота транспортных средств.

Планетарный однопоточный или двухпоточный механизм поворота помогает при дополнительной помощи ленточного тормоза, передает мощность к ведущим колесам.

Планетарная передача

Устройство и принцип работы планетарного редуктора

Передача крутящего момента при помощи зубчатых шестерен чаще всего применяется в редукторах. Для того чтобы понять, как работает простой планетарный однорядный редуктор, необходимо изучить состав его элементов и схему работы.

В конструкцию однорядного редуктора входят следующие элементы:

коронная шестерня;
солнечная шестерня;
планетарная шестеренка или сателлит, находящийся в составе коробки передач;
водило.

Механизм или устройство состоит из шестерен, и принцип работы их заключается в изменении скоростей при разнонаправленном движении элементов.

Солнце (шестерня находится в середине механизма) двигается вокруг своей оси. Сателлиты коробки (малые шестеренки, обычно их несколько) вращаются вокруг солнца. Основу, внутри которой находятся все части, представляет коронная шестеренка. Водило служит для приведения сателлитов в движение.

Что такое планетарная передача: устройство и принцип работы механизма, применение в КПП и других узлах

Схема и виды планетарных редукторов

Крутящий момент для редуктора создает подключенный при помощи вала двигатель. Вал соединяется с солнечной шестерней, которая начинает вращение вокруг своей оси. Зубья центрального шестеренчатого колеса давят на зубцы сателлитов.

Они приходят в движение, крутясь по своей оси и вдоль внешней короной шестерни. Водило, соединенное с осями сателлитов, получает крутящий момент и передает его на подключенный вал. Это самая распространенная схема работы однорядного редуктора.

Для увеличения крутящего момента и перенаправления его движения механизм может работать вокруг неподвижно стоящей солнечной шестерни или крутящейся коронной. Водило будет либо быстрее вращаться или начнет крутиться в обратную сторону.

Основные виды планетарных редукторов классифицируют по следующим параметрам:

количеству ступеней;
направлению вращения;
форме элементов и корпуса.

Механизм может иметь либо одну, либо несколько ступеней (многоступенчатые). Последние применяют при необходимости увеличивать частоту крутящего момента.

По направлению движения редукторы разделяют на простые с одним направлением вращения и дифференциальные, обладающие возможностью работы в обратном направлении.

По форме элементов механизм может быть коническим, колесным, волновым или червячным.

Из чего состоит планетарный механизм

Основу работы редуктора составляет планетарный механизм. Принцип работы его состоит во вращении шестерней вокруг центральной оси. Круглые элементы крутятся как планеты вокруг солнца. Это и послужило названием механизму.

Устройство состоит из 3 типов шестерней – солнечной и планетарной с внешними зубцами и коронной, с внутренним расположением зубцов. У механизма есть пара выхода для входного и выходного вала. Принцип работы строится на повышении крутящего момента.

Схема: из чего состоит планетарный механизм

Планетарная передача в автомобиле

Инженеры автомобилестроители использовали данный тип конструкции для переключения передач. Планетарка используется в АКПП и МКПП для ведущего заднего моста.

Сегодня разные концерны выпускают собственные планетарные трансмиссии, но такие узлы используются давно. Ярким примером служит планетарная трансмиссия дизельного трактора советского производства ДТ-75.

Единственное отличие состоит в том, что в тракторе планетарная передача, мосты и коробка располагались в разных частях, а в современных автомобилях планетарный механизм является частью коробки и находится в одном с ней корпусе.

Для автоматических коробок переключения передач используют чаще всего 2 типа узлов:

передача Равиньо с одним водилом и коронной шестерней;
передача Симпсона с одной солнечной шестерней.

Редуктор Ravigneaux Редуктор Симпсона

Устройство Симпсона состоит из 2 планетарных рядов, у которых все элементы идентичны. Плюс для упрощения конструкции использована единая солнечная шестерня. Удлиненный элемент является центром для обоих рядов.

Передача Равиньо отличается тем, что имеет только одну коронную шестерню и одно водило, плюс дополнительные зубчатые элементы.

Некоторые современны узлы состоят из 3 рядов, каждый из которых имеет полноценный планетарный механизм. Управление происходит при помощи фрикционов.

Читать статью Кочерга Питон: отзывы, характеристики. Механическое противоугонное устройство на руль

Дифференциал АКПП Планетарные ряды и фрикционные пакеты АКПП, дифференциал находится на валу

У узла есть и свои недостатки, которые может отметить любой автовладелец, эксплуатирующий авто с планетарной трансмиссией. К особенно неприятным относят:

Требовательность к уровню и качеству трансмиссионной жидкости.
Сложный ремонт узла.
Выход из строя подшипников, установленных в сателлитах.

Самостоятельный ремонт без опыта, навыков работы с планетарными коробками и наличия высокоточного оборудования практически невозможен. Но все же достоинств у узла больше, чем недостатков, что и определяет его применимость.

Возможные неисправности АКПП планетарного типа приведены в таблице.

Симптом	Причина	Способ устранения
Выбивание передачи	Сломанные зубцы шестерней Повышенная вибрация кузова	Ремонт КПП Замена подушек опор
Высокий уровень шума, гул КПП	Износ подшипников Повреждение зубцов Утечка трансмиссионной жидкости	Замена элементов Проверка уровня масла, доливка при необходимости
Сложность при переключении передач	Поломка привода Износ синхронизаторов	Ремонт Замена

Синхронизатор коробки передач Подшипники дифференциала

Заключение

Простота и доступность установки каскада передач дают шанс устанавливать КПП этого типа на легковые и грузовые транспортные средства, а также на тяжелую военную и специальную технику. Передачу применяют также в кораблестроении и авиастроении, используют при создании производственных механизмов.

Знакома ли вам планетарная КПП и как вы оцениваете надежность ее работы? Поделитесь в комментариях. Сохраните статью в закладках, чтобы полезная информация всегда была доступной.

Планетарная коробка передач подробно

Планетарная механическая коробка передач (МКП) — разновидность коробки передач, в которой используются планетарные механизмы. Была распространена в начале ХХ столетия (автомобиль Ford T), в наше время получила достаточно широкое распространение в гусеничной технике — военной и гражданской, а также на велосипедах и в автомобилях с гибридной трансмиссией.

Устройство и принцип работы

В планетарной МКП используется система шестерен-сателлитов, вращающихся вокруг центральной солнечной шестерни. Чаще всего сателлиты размещены внутри большой коронной шестерни (эпицикла), с которой находятся в постоянном зацеплении. В свою очередь сателлиты закреплены на водиле.
Изменение передаточного отношения планетарной МКП зависит от того, какой из трех основных элементов — солнечная шестерня, сателлиты с водилом и коронная шестерня — закреплен неподвижно, на какой подается крутящий момент и с какого элемента снимается трансмиссией. В любом случае один из трех основных элементов планетарной коробки (а сателлиты рассматриваются как одно целое с водилом) будет неподвижен, два других будут вращаться. Для остановки и блокировки одного из элементов КП используется система ленточных тормозов и блокировочных муфт. Но есть планетарные механизмы, в которых тормоза и муфты отсутствуют — речь идет о дифференциалах, которые тоже относятся к планетарным механизмам, построенным с применением конических шестерен.
Вариантов планетарных систем, применяемых в МКП, достаточно много. Описание принципа работы касается простейшей системы с тремя сателлитами, закрепленными на водиле под углом в 120 градусов.
Понижающая передача. Первый вариант. Если остановить эпицикл, крутящий момент от двигателя подавать на вал солнечной шестерни, а снимать крутящий момент с водила, то в результате частота вращения вала водила будет меньше, чем частота вращения солнечной шестерни.
Второй вариант. Если подать вращающий момент вала двигателя на эпицикл, заблокировать солнечную шестерню, а крутящий момент снимать с водила, получится тот же эффект (но с передаточным числом близким к единице).
Повышающая передача. Первый вариант. Эпицикл заблокирован, крутящий момент подается на водило с сателлитами, а снимается с центральной солнечной шестерни. В результате КП работает в качестве повышающего редуктора.
Второй вариант. Солнечная шестерня блокирована, крутящий момент подается на водило, снимается с большой коронной шестерни. Эффект получается такой же, КП работает в режиме повышающей передачи.
Задний ход. Первый вариант. Крутящий момент подается на солнечную шестерню, снимается с эпицикла, водило закреплено неподвижно. С этом случае КП работает в качестве редуктора с отрицательным передаточным отношением, то есть включен режим реверса крутящего момента.
Второй вариант. Крутящий момент подается на эпицикл, снимается с вала солнечной шестерни, водило, опять же, закреплено неподвижно. КП работает в реверсивном режиме с отрицательным передаточным отношением.

Применение планетарных МКП

В автомобильном транспорте МКП с ручным (а точнее, с ножным) управлением вышли из употребления еще в 1928 году — с прекращением выпуска легендарного автомобиля марки Ford T. В этой машине применялась планетарная механическая двухступенчатая коробка передач. При этом переключение передач производилось педалями, которые включали ленточные тормоза коробки. Первая передача включалась нажатием на правую педаль, вторая — на среднюю и задний ход — на левую педаль (всего было три педали, вместо педали «газа» использовался подрулевой рычаг).
В 30-е и последующие годы МКП была вытеснена полуавтоматическими и автоматическими планетарными КП. В полуавтоматах вместо сцепления использовались гидромуфты, в автоматах — гидротрансформаторы.

Планетарный редуктор

Сегодня планетарные МКП широко используются в гусеничной технике, в том числе и военной — в танках, тягачах, транспортерах. В авиационных турбинах, в металлорежущих станках — в качестве редукторов.

Читать статью Что лучше - автомат или механика? Бородатые мифы и реальность

Очень популярны планетарные механический коробки передач, встроенные в заднюю втулку велосипедного колеса. Эти коробки легки, долговечны, эффективны и просты в эксплуатации, поскольку не требуют какого-либо обслуживания. В то же время они повышают стоимость велосипедов и не применяются в спортивных моделях — из-за большой массы (порядка 1,5-2 кг) и меньшей ремонтопригодности по сравнению с открытыми устройствами перевода цепи параллелограммного типа.

Достоинства и недостатки планетарных КП

К достоинствам планетарных коробок следует отнести компактность. Все детали планетарной КП вращаются вокруг одной оси. В них нет валов, ползунов и последовательно расположенных шестерен. В результате такая коробка занимает примерно столько же места, сколько одно-двухдисковое сцепление.
В то же время планетарные коробки способны передавать очень большой крутящий момент, что обуславливает их применение в тяжелой (в частности, танковой) технике. Эта особенность объясняется тем, что крутящий момент равномерно распределяется на сателлиты (которых может быть больше трех), зубья которых испытывают меньшие по сравнению с двух-трехвальными КП механические нагрузки. Планетарные коробки отличаются повышенным ресурсом и простотой обслуживания.
Конструкция планетарных коробок позволяет легко организовать систему управления — оснастить элементы КП ленточными тормозами и блокировочными муфтами (поясним: первые нужны для плавной остановки вращения шестерен, вторые — для окончательной блокировки и, соответственно, переключения передачи).
Наконец, правильно спроектированная планетарная КП с верно подобранным передаточным отношением шестерен имеет более высокий коэффициент полезного действия, чем двух-трехвальные механические КП.
Но вместе с тем есть у планетарных коробок и недостатки. Главный из них — сложность с проектирования и производства многоступенчатых КП. В автоматических коробках для получения трех и более ступеней переключения приходится прибегать к каскадным планетарным системами. Это усложняет КП и, соответственно, снижает ее КПД и надежность.
В наши дни наработки в области планетарных автомобильных коробок передач используются в производстве автоматических планетарных коробок, которые полностью вытеснили механические КП этого типа. Вместе с полуавтоматическими и бесступенчатыми трансмиссиями (прежде всего, с вариаторными системами) АКП широко используются в легковых автомобилях среднего и высокого класса. Благодаря эксплуатационным удобствам АКП пользуются повышенной популярностью и постепенно вытесняют механические КП с ручным управлением из автомобилей бюджетного класса.

Планетарная КПП: что это такое и как работает планетарная трансмиссия

Планетарная передача планетарный механизм

На автомобилях планетарная механическая коробка передач появилась очень давно. Использовался такой тип КПП на заре автомобилестроения. Так называемая «планетарка» ставилась на легендарную модель Ford T, где водитель управлял коробкой отдельными педалями.

Если говорить о современных авто, сегодня планетарная передача активно используется в устройстве коробок автомат АКПП. Далее мы рассмотрим, как устроена планетарная передача АКПП, каков принцип работы данного механизма, а также какие особенности имеет планетарная передача в коробке автомат.

Планетарный механизм: назначение и устройство

Планетарная передача устройство принцип работы

В устройстве трансмиссии планетарный механизм позволяет изменять скорость, а также при необходимости направление вращения выходного вала. При этом в работе механизма можно выделить зависимость, что чем ниже будет скорость вращения выходного вала, тем большим будет на нем крутящий момент.

Итак, планетарная передача в основе имеет несколько вращающихся шестерен. Шестерни бывают следующих видов:

солнечная шестерня;
коронная шестерня
сателлиты;

Само свое название планетарный механизм получил благодаря особенности размещения шестерен (подобно планетам вокруг солнца). Схема устройства предполагает, что в центре расположена солнечная шестерня, вокруг которой вращаются сателлиты. Сателлиты связаны между собой водилом, снаружи сателлитов установлена коронная шестерня. Указанные виды шестерен связаны с входным или выходным валом.

Общий принцип работы планетарной передачи состоит в том, чтобы одна из шестерен (солнечная, коронная или водило) имела жесткую фиксацию. В этом случае элемент становится передающим.

В качестве примера можно представить, если закреплена коронная шестерня, тогда входной вал передает крутящий момент на солнечную шестерню. От солнечной шестерни идет передача момента дальше на сателлиты. Сателлиты проходят по коронной шестерне и вращают водило.

Водило, в свою очередь, передает крутящий момент на выходной вал коробки. По такому принципу построена планетарная коробка передач, куда также включены специальные системы торможения (тормоза) и блокировки элементов планетарного механизма.

С учетом особенностей конструкции можно выделить два типа планетарных передач:

в первом типе блокируется только один тип шестерен (одноступенчатая планетарная передача);
во втором возможна блокировка разных видов шестерен (многоступенчатая планетарка);

Также планетарный ряд может быть как с закрепленным элементом, так и с дифференциальным. Во втором случае ни один из элементов не зафиксирован жестко, что позволяет изменять вращение отдельно (посредством усилий, которые прикладываются к валам). Данный механизм позволяет вращаться наименее нагруженному валу с наибольшей скоростью.

Где используется планетарный механизм в автомобиле

Планетарный механизм устройство

Начнем с того, что планетарная передача используется в устройстве различных типов техники. Что касается автоиндустрии, чаще всего планетарный механизм лежит в основе дифференциала автомобиля.

Дифференциал стоит на каждой ведущей оси. Именно в дифференциале использован такой тип планетарной передачи, где ни один из элементов не имеет жесткой фиксации. Через входной вал момент передается на шестерню (не коронную, так как зубья расположены не вниз, а по сторонам). Шестерня передает момент на сателлиты, к которым присоединены 2 солнечные шестерни.

Читать статью Чем отличается автоматическая коробка передач от механической, какая лучше в техническом плане и для езды

Принцип работы таков, что сателлиты вращаются с одинаковой скоростью, однако солнечные шестерни могут иметь разную скорость вращения, причем отличную друг от друга. Однако если сложить скорости, сумма всегда является одинаковой.

Идем далее. Планетарная передача также лежит в основе гидромеханической планетарной коробки передач АКПП. Если просто, общий принцип работы также основывается на вращении трех типов шестерен. При этом устройство намного сложнее, так как современная коробка передач требует от 5-и до 6-и передач для движения вперед. Вполне очевидно, что на одном планетарном механизме невозможно реализовать такую задачу.

В устройстве современной трансмиссии инженеры используют целый планетарный ряд АКПП. Планетарные ряды фактически являются связанными между собой несколькими планетарными механизмами. Благодаря такой конструкции можно гибко реализовать диапазон передаточного соотношения от 0.7:1 (для повышенных передач) и 4.5:1 (на пониженных). Передаточное соотношение, например, 0.7:1, означает, что на один оборот выходного вала входной вал делает 0.7 оборота.

Также в устройстве АКПП имеются специальные тормозные механизмы, которые нужны для переключения передач. Указанные механизмы (тормоза АКПП) имеют возможность притормозить вращение шестерен, а также полностью их заблокировать для подключения других элементов.

Плюсы и минусы планетарной передачи

Планетарная передача АКПП

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;

Что касается недостатков, можно выделить повышенную сложность конструкции, дороговизну изготовления, требования касательно точности сборки, снижение ремонтопригодности. При сборке предельно важно добиться точного расположения всех элементов.

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.

Понижающая передача в устройстве КПП

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое пониженная передача в устройстве трансмиссии автомобиля. Из этой статьи вы узнаете о принципах работы и назначении понижающей передачи КПП.

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.

Также удачно спроектированная планетарная коробка (при условии правильно подобранного передаточного отношения шестерен) имеет более высокий КПД, чем двухвальные и трехвальные механические МКПП.

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.

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.

Дифференциал коробки передач устройство

Рекомендуем также прочитать статью о том, что такое дифференциал в устройстве коробки передач. Из этой статьи вы узнаете об особенностях, назначении и принципах работы дифференциала КПП.

Сегодня гидромеханические планетарные автоматы (АКПП) и бесступенчатые трансмиссии CVT (вариаторы) повсеместно встречаются на легковых авто разных классов, внедорожниках, грузовиках и т.д.

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