Схема и устройство планетарной передачи АКПП

Планетарная передача: тип передачи, используемый в механических и автоматических коробках передач. Помимо вращательного преобразования, «планетарка» способна добавлять и разлагать силы. Зная планетарный механизм: что это такое, как он работает, по каким критериям оценивается коробка передач, станет понятно устройство и характеристики АКПП. В случае поломки расчет трансмиссии поможет выбрать надежный и долговечный механизм.

Устройство и принцип работы

Планетарная передача представляет собой конструкцию из шестерен, которые перемещаются относительно центра. По центральной оси расположены колеса разного диаметра:

• маленькие солнечные с наружными зубцами;
• крупная коронка или эпицикл с внутренними зубьями.

Сателлиты перемещаются между колесами. Его вращение напоминает движение планет Солнечной системы. Оси сателлитов механически связаны с водилой, которая вращается вокруг центральной оси.

Устройство простого планетарного блока:

• 1 эпицикл;
• 1 солнечное колесо;
• 1 перевозчик.

Планетарный механизм собирается каскадами из двух и более звеньев на валу для получения широкого диапазона передач. Основной кинематической характеристикой зубчатой ​​передачи является передаточное число.

Принцип работы планетарной коробки заключается в блокировке одного из основных элементов и передаче вращения через ведущее колесо. Для остановки элемента используются тормозные ленты, стопорные муфты, конические шестерни. Передаточное число меняется в зависимости от схемы крепления. Принцип работы планетарного механизма удобнее описать на примере:

1. Корона заблокирована.
2. Вал передает крутящий момент на солнце.
3. Вращение Солнца заставляет планеты вращаться вместе с ним.
4. Водила становится ведомым, сообщая о пониженной передаче.

Управляя элементами простой «планетарки», они получают разные характеристики:

КПД одиночной передачи η достигает 0,97.

Набор планетарных шестерен с одной степенью свободы становится планетарной передачей. Две мощности образуют дифференциал. Дифференциал добавляет моменты на звездочку от звеньев главной передачи.

Ремонт акпп ниссан х трейл своими руками

Разновидности планетарных передач

По количеству ступеней планетарные механизмы делятся на:

• один ряд;
• многорядный.

Планетарная передача солнечной шестерни, одновентовых сателлитов, водила и эпицикла будут однорядными. Замена сателлитов на два ряда усложняет конструкцию, делая ее двухрядной.

Многоступенчатый планетарный редуктор представляет собой однорядный агрегат, установленный последовательно. Эта схема позволяет суммировать передаточные числа и получать большие значения. 4-ступенчатые АКПП состоят из двухрядных планетарных структур, 8-ступенчатые — из четырехрядных.

В автоматических коробках передач используются схемы, названные в честь изобретателей:

• Механизм Wilson представляет собой трехрядную конструкцию, в которой соединены заводная головка первого ряда, держатель второго ряда и заводная головка третьего ряда. Количество передач – 5 вперед и 1 назад.
• Механизм Лепелетье состоит из 3 простых планетарных шестерен, расположенных соосно. Количество передач – 6 вперед и 1 назад.
• Схема Симпсона: 2 редуктора с общей солнечной шестерней. Багажник второго ряда оборудован тормозом. Венец и солнце переднего ряда жестко связаны с карданным валом через две блокировочные муфты. Механизм реализует следующие режимы: нейтральный; 1,2,3 передачи; прилавок.

По типу зубчатых конструкций планетарные редукторы делятся на:

• цилиндрический;
• конический;
• волна;
• червь.

Различные типы используются для передачи крутящего момента между валами, расположенными параллельно или под углом. А также в механизмах, требующих низкой или высокой кинематики.

Характеристики основных разновидностей этого устройства

В конструкции планетарного ряда автоматических коробок передач используются различные типы шестерен. Различают три основных наиболее распространенных: цилиндрический, конический и гофрированный.

Цилиндрические

Зубчатые механизмы передают крутящий момент между параллельными валами. В конструкцию цилиндрической передачи входят две и более пары колес. Форма зубьев шестерни может быть прямой, косой или шевронной. Цилиндрический контур прост в изготовлении и эксплуатации. Применяется в редукторах, бортовых передачах, трансмиссиях. Передаточное отношение ограничено размерами механизма: для одного комплекта колес оно достигает 12. КПД составляет 95%.

Конические

Колеса по 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. Наличие сил на осях усложняет конструкцию опор. Для плавного соединения и повышенной прочности используется круглая форма зубьев.

Производство конических зубчатых колес требует высокой точности и, следовательно, является дорогостоящим. Угловые конструкции используются в редукторах, воротах, фрезерных станках. Передаточное отношение конических шестерен для средненагруженной техники не превышает 7. КПД: 98%.

Волновые

В волновой передаче нет ни солнечных шестерен, ни планетарных шестерен. Внутри венца установлено гибкое зубчатое колесо овальной формы. Водило выполняет роль генератора волн и представляет собой овальный кулачок на специальном подшипнике.

Гибкое стальное или пластиковое колесо деформируется под действием конвейера. По большой геометрической оси зубья входят в зацепление с коронкой по всей рабочей высоте; шестерни на малой оси нет. Движение передается волной, создаваемой гибким зубчатым колесом.

В волновых механизмах КПД возрастает при передаточном числе больше 300. Волновая передача не работает в схемах с кинематической характеристикой меньше 20. Редуктор выдает КПД 85%, мультипликатор — 65%. Конструкция используется в промышленных роботах, манипуляторах, авиационной и космической технике.

Достоинства и недостатки планетарных передач

Планетарная передача превосходит аналогичные по мощности однозубчатые механизмы компактными размерами и в 2-3 раза меньшей массой. За счет использования нескольких планетарных передач достигается зацепление зубьев на 80%. Увеличивается грузоподъемность механизма и уменьшается давление на каждый зуб.

Кинематическая характеристика планетарного механизма достигает 1000 при малом числе передач без применения многорядных конструкций. Помимо трансмиссии планетарная схема может выполнять функции дифференциала.

За счет соосности осей планетарного механизма монтировать станки проще, чем с другими редукторами.

Использование планетарного ряда в АКПП снижает уровень шума в автомобиле. Сбалансированная система обладает высокой устойчивостью к вибрациям за счет гашения колебаний. Следовательно, вибрация кузова снижается.

Недостатки планетарного механизма:

• сложное производство и высокоточная сборка;
• на сателлиты устанавливаются подшипники, которые выходят из строя быстрее шестерни;
• с увеличением передаточных чисел КПД падает, поэтому приходится усложнять конструкцию.

Продолжить чтение Как самостоятельно перейти с автоматического режима на ручной

Передаточное число планетарных передач

Передаточное число – это отношение частоты ведущего вала планетарной передачи к частоте ведомого. Визуально определить его значение не получится. Механизм приводится в движение по-разному, а значит, и передаточное отношение в каждом случае разное.

Для расчета передаточного числа планетарного редуктора учитывают количество зубьев и систему крепления. Допустим, у солнечной шестерни 24 зуба, у планетарной шестерни — 12, а у зубчатого венца — 48. Водило зафиксировано. Солнце ведет.

Сателлиты начнут вращаться со скоростью, передаваемой солнечной шестерней. Передаточное отношение: -24/12 или -2. Результат означает, что планеты вращаются в направлении, противоположном солнцу, с угловой скоростью 2 оборота. Сателлиты вращаются вокруг заводной головки, поворачивая ее на 12/48 или ¼ оборота. Колеса с внутренним штифтом вращаются в одном направлении, поэтому число положительное.

Общее передаточное число равно отношению числа зубьев на ведущем колесе к числу зубьев на ведущем колесе: -24/48 или -1/2 оборота, которые делает венец относительно солнца с водилом постоянный.

Если транспортное средство движется по путеводному солнцу, то передаточное число: (1+48/24) или 3. Это максимальное число, которое может предложить система. Наименьшее соотношение достигается установкой коронки и приложением крутящего момента к брекету: (1+/(1+48/24)) или 1/3.

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

Подбор чисел зубьев планетарных передач

Число зубьев колес выбирается на первом этапе расчета планетарной схемы в соответствии с заданным передаточным числом. Особенностью конструкции планетарного ряда является выполнение требований по правильности монтажа, соосности и близости механизма:

• зубья сателлитов должны совпадать с синусами солнца и эпицикла;
• планеты не должны касаться друг друга зубцами. На практике используется не более 6 спутников из-за сложности равномерного распределения нагрузки;
• оси водила, солнца и венца должны совпадать.

Основное соотношение выбора зуба шестерни через передаточное число выглядит следующим образом:

i = 1+Zкраун/Zsol,

где i — передаточное отношение;

Zn – количество зубьев.

Условие соосности соблюдается при равных межосевых расстояниях от солнечного колеса, венца и опоры. Для простой планетарной передачи проверяют расстояния между центрами центральных колес и сателлитов. Равенство должно удовлетворять формуле:

Zкорона= Zсол+2×Zспутник.

Чтобы между сателлитами оставался зазор, сумма радиусов соседних шестерен не должна превышать осевого расстояния между ними. Условие близости к солнечному колесу проверяется по формуле:

sin (π/c)> (Zспутник+2)/(Zсол+Zспутник),

где c – количество спутников.

Планетарные колеса расположены равномерно, если отношение венца к солнечному зубу к числу сателлитов является целым числом:

Zсолн/с = Z;

Zкрон/с = Z,

где Z — целое число.

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×[σн]^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;

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

После определения геометрии трансмиссии проверяют условие прочности:

σн= {310/(d×i)}×√ (T×Kн(i+1)^3)/(Ψ×d) ≤ [σн]

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) ≤ [σf],

где М — изгибающий момент;

W — осевой момент сопротивления;

F — сила сжатия;

b, s — размеры зуба в сечении;

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

Советы по подбору планетарного редуктора

Перед выбором планетарного редуктора производится точный расчет нагрузки и режимов работы механизма. Определите тип трансмиссии, осевые нагрузки, диапазон температур и размеры редуктора. Для тяжелой спецтехники, где нужен высокий крутящий момент при малых скоростях, выбирают коробку передач с высоким передаточным числом.

Для замедления угловой скорости без снижения крутящего момента используется привод с электродвигателем и редуктором. При выборе мотор-редуктора необходимо учитывать:

• эксплуатационная нагрузка;
• момент вала на выходе;
• частота вращения входного и выходного валов;
• мощность электродвигателей;
• монтажный вариант.

Область применения планетарных передач

Планетарная схема используется в:

• редукторы;
• автоматические и механические коробки передач;
• в авиационных частях;
• дифференциалы машин, устройства;
• ведущие мосты тяжелой техники;
• кинематические схемы станков.

Планетарный редуктор применяется в агрегатах с переменным передаточным числом, тормозящим водило. В гусеничной технике для сложения потоков мощности элементы планетарной передачи не блокируются.

Заключение

Планетарные передачи в автоматических коробках передач зарекомендовали себя десятилетиями эксплуатации начиная с Ford T: компактные размеры, малый вес, высокие скорости, надежность и прочность. Планетарная схема способна передавать вращение и управлять потоками энергии, поэтому нашла применение в авиации, машиностроении и промышленности.

Чтобы не запутаться с выбором конструкции, производится точный расчет геометрии и прочности зубчатого колеса в сравнении с допустимыми значениями. Ошибки в расчетах приводят к чрезмерным нагрузкам на шестерни, поломке и износу зубьев.