Планетарная передача принцип работы

Планетарный механизм

Планетарный механизм - фото 1 - изображение 1

Пишет DionysKost в своём блоге.

Планетарный редуктор, который также называют дифференциальным редуктором, 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, а также преобразование крутящего момента. Планетарные редукторы могут иметь одну планетарную передачу или больше.

Планетарный редуктор: устройство, принцип работы, виды - фото 2 - изображение 2

Планетарный редуктор

Принцип работы планетарного редуктораСолнечная 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.

Устройство и принцип работы - фото 3 - изображение 3

Водило используется для механического соединения сателлитов, на его осях они вращаются.

Виды планетарных редукторов - изображение 4 - изображение 4

Передача вращения от основной передачи на солнечную шестерню осуществляется с помощью полуосей. После этого солнечная шестерня может вращать сателлиты, которые вращаются на собственных осях, закрепленных на водиле. В свою очередь, водило закреплено на балке моста.Расчет планетарного редуктораВ процессе вращения сателлиты передают вращение коронной шестерне, после чего начинает вращаться ступица. Крутящий момент возрастает в такое количество раз, в какое число зубьев на шестерне солнечной является меньшим по сравнению с числом зубьев на коронной шестерне.В ведущих мостах грузовиков МАЗ, троллейбусов ЗиУ-9, автобусов Икарус, тракторов К-700 и Т-150К используются планетарные редукторы, которые осуществляют передачу крутящего момента к колесной ступице.

Применение - фотография 5 - изображение 5

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.

Видео о планетарном редукторе

В ведущем мосту автомобиля планетарные передачи могут не использоваться, хотя крутящий момент может быть одинаковым. К примеру, мост грузовых машин КамАЗ имеет практически такие же показатели, как у моста МАЗа, однако на КамАЗе используется двойная основная передача, в то время, как на МАЗе она является одинарной.В автоматических трансмиссиях передача крутящего момент осуществляется от вала с шестерней солнечной на вал, который сопряжен с водилом. Отечественные производители изготавливают планетарные редукторы серии ЗМП и ЗП.

Теория Машин и Механизмов 1й курс :) а так полезно для общего развития многим.

Планетарный редуктор: устройство, принцип работы, виды

Достоинства и недостатки - фото 6 - изображение 6

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.

Обслуживание и ремонт - изображение 7 - изображение 7

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:

  1. Основные элементы представлены зубчатыми и червячными парами.
  2. Для установки и фиксации основных деталей проводится установка центрирующих подшипников.
  3. Для смазывания трущихся деталей корпус заполняется специальным маслом. Исключить вероятность его вытекания можно за счет уплотнений.
  4. Сальники также являются важной частью конструкции.
  5. Корпус состоит из двух составных элементов, за счет которых есть возможность разобрать конструкция при обслуживании или ремонте.

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:

  1. В качестве источника вращения устанавливается мотор.
  2. Другая часть представлена шестерней планетарного типа. Внутри расположены другие детали, крепление стакана редуктора к мотору проводится за счет фиксирующих элементов.
  3. Далее идет вал с подшипником.

Мир планетарных передач - фотография 8 - изображение 8

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:

  1. Коронной шестерни.
  2. Планетарная или сателлиты.
  3. Водило и солнечная шестерня.

Принцип действия рассчитывается следующим образом:

  1. Солнечная шестерня расположена в центральной части конструкции. Зачастую именно ей передается основное вращение, для чего элемент имеет посадочное отверстие под вал.
  2. Центральный элемент постоянно находится в зацеплении с другими подобными шестернями, оси которых расположены по окружности.
  3. Сателлиты находятся в зацеплении с коронной шестерней, которая представлена зубчатым колесом большого диаметра с внутренним расположением основных деталей.
  1. Водило требуется для жесткой фиксации всех деталей относительно друг друга.

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.

Механизм планетарный: расчет, схема, синтез - фото 9 - изображение 9

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:

  1. Одноступенчатые.
  2. Многоступенчатые.

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:

  1. Простые.
  2. Дифференциальные.

Общие сведения - изображение 10 - изображение 10

Расположение элементов - изображение 11 - изображение 11

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:

  1. Волновые.
  2. Конические.
  3. Червячные.
  4. Цилиндрические или колесного типа.

Их применение позволяет передавать вращение между пересекающимися, перекрещивающимися и параллельными валами. Именно поэтому планетарный редуктор получил широкое распространение.

Особенности структурных материалов и схем - изображение 12 - изображение 12

Детальное описание устройств - изображение 13 - изображение 13

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:

  1. Цилиндрические. Это связано с тем, что конструктивные особенности позволяют обеспечить КПД около 95%. Назначение редуктора с планетарной передачей заключается в передаче достаточно большого усилия между параллельными и соосным валами. Передача вращения осуществляется за счет прямозубых, косозубых и шевронных колес. Коэффициент может варьировать в пределе от 1,5 до 600. Достоинством подобного варианта исполнения можно также назвать компактные размеры, а также высокую степень защиты от воздействия окружающей среды.
  2. Конические сегодня также встречаются довольно часто. Конструктивной особенностью можно назвать то, что шестерни имеют коническую форму. За счет подобной формы обеспечивается плавность сцепки, а также высокую степень устойчивости к нагрузкам. В алы в данном случае могут располагаться вертикально или горизонтально.
  3. Могут применяться и волновые устройства. Они характеризуются тем, что имеют гибкое промежуточное число. Основными конструктивными элементами можно назвать эксцентрики и кулачки, которые обеспечивают растяжение гибкого колеса. Подобный вариант исполнения характеризуется высоким передаточным числом, плавностью хода и повышенной степенью герметичности. Выделяют несколько различных разновидностей этого механизма, к примеру, могут применяться различные типы подшипников.

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.

Варианты конфигурации - фотография 14 - изображение 14

Наиболее важными параметрами выбора можно назвать следующие показатели:

  1. Тип передачи, которая применяется для передачи вращения.
  2. Максимально допустимая осевая и консольная нагрузка. На момент эксплуатации редуктора нагрузка, возникающая на момент работы распределяется самым различным образом.
  3. Имеет значение и размер редуктора. Слишком большой показатель определяет отсутствие возможности установки в тех или иных условиях. Однако, нужно уделить внимание тому моменту, что увеличение мощности достигается исключительно за счет увеличения размеров устройства. Поэтому приходится подбирать более оптимальный вариант исполнения.
  4. Диапазон температур, при которых механизм может применяться. Тип применяемого материала при изготовлении корпуса и основных элементов определяет то, в каких условиях устройство может эксплуатироваться. Слишком высокая температура становится причиной повышения пластичности и снижения твердости поверхности, за счет чего есть вероятность деформации и износа изделия. Для обеспечения охлаждения проводится добавление масла. Не все варианты исполнения могут применяться для длительной работы, некоторые могут эксплуатироваться только периодически.
  5. Популярность производителя также имеет значение. Некоторые заводы характеризуются тем, что производят качественные и долговечные механизмы.

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:

  1. Компактность. Многие модели характеризуются небольшими размерами, за счет чего упрощается установка. Небольшие габаритные размеры также позволяют создавать механизмы с небольшой массой. За счет этого существенно повышается эффективность рассматриваемого устройства.
  2. Сниженный уровень шума. Это свойство достигается за счет установки конических колес с косым зубом. За счет применения большого количества зубьев также обеспечивается точность хода основных элементов. Даже при большой нагрузке и скорости вращения основных элементов сильного гула не возникает, что и стало причиной широкого распространения планетарных редукторов.
  3. Малая нагрузка, оказываемая на опоры. Обычные редуктора характеризуются тем, что нагрузка оказывается на вал, который со временем может сорвать. Также нагрузка оказывает влияние на подшипники, повышая степень их износа. Со временем все приведенные выше причины приводят к необходимости выполнения обслуживания.
  4. Снижается нагрузка на зубья. Это достигается за счет ее равномерного распределения и большого количества задействованных зубьев. Часто встречается проблема, связанная с истиранием рабочей части зубьев. За счет этого они начинают не плотно прилегать друг к другу, последствия подобного явления заключается в повышенном износе и появлении шума.
  5. Обеспечивается равномерное разбрасывание масла на момент работы. Как и при функционировании любого другого редуктора, в рассматриваемом случае большое значение имеет степень смазки рабочей поверхности.
  6. Длительный эксплуатационный срок. Особенности расположения сателлитов приводит к взаимному компенсированию оказываемой силы.
  7. Повышенной передаточное отношение. Этот показатель считается основным. Передаточное соотношение может варьировать в достаточно большом диапазоне.

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:

  1. Определяется требуемое число передаточных ступеней. Для этого применяются специальные формулы.
  2. Определяется число зубьев и расчет сателлитов. Зубчатые колеса могут иметь самое различное число зубьев. В рассматриваемом случае их число довольно много, что является определяющим фактором.
  3. Уделяется внимание выбору наиболее подходящего материала, так как от его свойств зависят и основные эксплуатационные характеристики устройства.
  4. Определяется показатель межосевого расстояния.
  5. Делается проверочный расчет. Он позволяет исключить вероятность допущения ошибок на первоначальном этапе проектирования.
  6. Выбираются подшипники. Они предназначены для обеспечения плавного вращения основных элементов. При выборе подшипника уделяется внимание тому, на какую нагрузку они рассчитаны. Кроме этого, не рекомендуется использовать этот элемент без смазки, так как это приводит к существенному износу.
  7. Определяется оптимальная толщина колеса. Слишком большой показатель становится причиной увеличения веса конструкции, а также расходов.
  8. Проводится вычисление того, где именно должны быть расположены оси шестерен. Это проводится с учетом размеров зубчатых колес и некоторых других моментов. Как правило, в качестве основы применяется чертеж, который можно скачать из интернета. Самостоятельно разработать проект по изготовления планетарного редуктора достаточно сложно, так как нужно обладать навыками инженера для проведения соответствующих расчетов и проектирования.

Изготовить самостоятельно рассматриваемую конструкцию достаточно сложно, как и провести ремонт планетарных редукторов. Среди особенностей этой процедуры отметим следующее:

  1. Процедура достаточно сложна, так как механизм состоит из большого количества различных элементов. Примером можно назвать то, что сразу после разбора все иголки могут высыпаться практически моментально.
  2. Многие специалисты рекомендуют доверять рассматриваемую работу исключительно профессионалам, так как допущенные ошибки становятся причиной быстрого износа и выхода из строя механизма.
  3. Ремонт зачастую предусматривает замену шестерен, которые со временем изнашиваются. Примером можно истирание зубьев, изменение размеров посадочного гнезда и многие другие дефекты. Самостоятельно изготовить подобные изделия практически невозможно, так как для этого требуется специальное оборудование.

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.

Простые и сложные устройства - фотография 15 - изображение 15

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.

Мир планетарных передач

Плоские и пространственные устройства - фотография 16 - изображение 16

Механизм планетарный: расчет, схема, синтез

Степени свободы - фото 17 - изображение 17

Существуют всевозможные механические устройства. Одни из них знакомы нам с детства. Это, например, часы, велосипед, юла. О других мы узнаем, когда становимся старше. Это моторы машин, лебедки подъемных кранов и прочие. В каждом двигающемся механизме используется какая-либо система, заставляющая колесики крутиться, а машину работать. Одним из самых интересных и востребованных является планетарный механизм. Его суть состоит в том, что машину приводят в движение колесики или шестеренки, взаимодействующие между собой особым способом. Рассмотрим его подробнее.

Общие сведения

Планетарная передача и планетарный механизм так названы по аналогии с нашей Солнечной системой, которую условно можно представить так: в центре есть "солнце" (центральное колесо в механизме). Вокруг него движутся "планеты" (маленькие колесики или сателлиты). Все эти детали в планетарном механизме имеют наружные зубья. Условная солнечная система по ее диаметру имеет границу. Роль ее в планетарном механизме выполняет большое колесо или эпицикл. На нем тоже есть зубья, только внутренние. Большую работу в данной конструкции выполняет водило, представляющее собой рычажный механизм. Движение может осуществляться по-разному: либо солнце будет вращаться, либо эпицикл, но всегда совместно с сателлитами.

При работе планетарного механизма может использоваться и другая конструкция, например, два солнца, сателлиты и водило, но без эпицикла. Еще вариант - два эпицикла, но без солнца. Водило и сателлиты должны присутствовать всегда. В зависимости от количества колес и расположения осей их вращения в пространстве, конструкция может быть простой или сложной, плоской или пространственной.

Чтобы полностью понять, как работает такая система, необходимо разобраться в деталях.

Передаточное отношение планетарного механизма - изображение 18 - изображение 18

Расположение элементов

Самая простая форма планетарного механизма включает в себя три комплекта передач с разной степенью свободы. Указанные выше сателлиты вращаются вокруг своих осей и одновременно вокруг солнца, остающегося на месте. Эпицикл связывает планетарный механизм снаружи и тоже вращается посредством поочередного сцепления зубьев (его и сателлитов). Такая конструкция способна в одной плоскости изменять крутящий момент (угловые скорости).

В простом планетарном механизме может вращаться солнце и сателлиты, а эпицентр оставаться фиксированным. В любом случае, угловые скорости всех составляющих не хаотичны, а имеют линейную зависимость друг от друга. По мере поворота носителя, обеспечивается низкоскоростной выход с высоким крутящим моментом.

То есть суть планетарной передачи заключается в том, что такая конструкция способна изменять, раскладывать и складывать крутящий момент и проводимую угловую скорость. Вращательные движения при этом происходят в одной геометрической оси. Устанавливается необходимый элемент трансмиссии различных транспортных средств и механизмов.

Область применения - изображение 19 - изображение 19

Особенности структурных материалов и схем

Однако фиксированный компонент не всегда необходим. В дифференциальных системах каждый элемент вращается. Механизмы планетарные, подобные этому, включают в себя один выход, управляемый (управляющий) двумя входами. Например, дифференциал, который управляет осью в автомобиле, представляет собой подобную передачу.

Такие системы работают по тому же принципу, что и структуры с параллельным валом. Даже простая планетарная передача имеет два входа, закрепленная кольцевая шестерня представляет собой постоянный вход нулевой угловой скорости.

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

В планетарном механизме можно использовать колеса (шестерни) различной конфигурации. Подходят стандартные с прямыми зубьями, косозубые, червячные, шевронные. Тип зацепления на общий принцип работы планетарного механизма не будет влиять. Главное, чтобы совпадали оси вращения водила и центральных колес. А вот оси сателлитов могут располагаться в других плоскостях (скрещивающихся, параллельных, пересекающихся). Пример скрещивающихся - дифференциал межколесный, у которого зубчатые колеса имеют коническую форму. Пример скрещивающихся - дифференциал самоблокирующийся, у которого зацепление червячное (Torsen).

Планетарный механизм поворота - изображение 20 - изображение 20

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:

  • С - солнце.
  • В - водило.
  • Э - эпицентр.

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. Ее конструкция создана по схеме "СВЭ". Сателлитов в не 4 штуки. При этом солнце жестко крепится к оси заднего колеса, а эпицентр является подвижным. Вращаться его вынуждает велосипедист, нажимающий на педали. При этом скорость передачи, следовательно, и скорость вращения могут меняться.

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. При этом самих колес может быть меньше, чем в первом варианте. Заметим, что плоский планетарный механизм такой же, как и пространственный. Разница состоит только в занимаемой устройством площади, то есть в компактности.

Степени свободы

Так называется совокупность координат вращения, позволяющая определить положение системы в пространстве в данный момент времени. Фактически каждый планетарный механизм имеет степеней свободы не менее двух. То есть угловые скорости вращения любого звена в таких устройствах не связаны линейно, как в других зубчатых передачах. Это позволяет получать на выходе угловые скорости не такие, какие есть на входе. Объяснить это можно тем, что в дифференциальной связи в планетарном механизме находятся три элемента в любом ряду, а остальные будут связаны с ним линейно, посредством какого-либо одного элемента ряда. Теоретически можно создать планетарные системы с тремя и более степенями свободы. Но на практике они оказываются неработоспособными.

Износ - фото 21 - изображение 21

Передаточное отношение планетарного механизма

Это важнейшая характеристика вращательного движения. Она позволяет определить, во сколько раз увеличился момент силы на валу ведомом по отношению к моменту вала ведущего. Определить передаточное отношение можно по формулам:

i = d2/d1 =Z2/Z1 = M2/M1 = W1/W2 = n1/n2, где:

  • 1 - звено ведущее.
  • 2 - звено ведомое.
  • d1, d2 - диаметры первого и второго звеньев.
  • Z1, Z2 - число зубьев.
  • M1, M2 - крутящие моменты.
  • W1 W2 - угловые скорости.
  • n1 n2 - частота вращения.

Таким образом, при передаточном отношении выше единицы на ведомом валу увеличивается момент силы, а частота и угловая скорость уменьшаются. Это всегда нужно учитывать при создании конструкции, потому что передаточное отношение в планетарных механизмах зависит от того, сколько зубьев имеют колеса, и какой именно элемент ряда является ведущим.

Область применения

В современном мире существует множество различных машин. Многие из них работают с помощью планетарных механизмов.

Они используются в автомобильных дифференциалах, планетарных редукторах, в кинематических схемах сложных станков, в редукторах воздушных двигателей самолетов, в велосипедах, в комбайнах и тракторах, в танках и другой военной технике. По принципам планетарной передачи работают многие коробки передач, в приводах электрогенераторов. Рассмотрим еще одну такую систему.

Планетарный механизм поворота

Данная конструкция находит применение в некоторых тракторах, машинах на гусеничном ходу и танках. Простая схема устройства показана на рисунке ниже.

Основы синтеза планетарных устройств - фотография 22 - изображение 22

Принцип работы планетарного механизма поворота такой: водило (позиция 1) связано с барабаном тормоза (2) и ведущим колесом, расположенным в гусенице. Эпицикл (6) связан с валом передачи (позиция 5). Солнце (8) связано с диском фрикциона (3) и барабаном тормоза поворота (4). При включении блокировочного фрикциона и выключении ленточных тормозов сателлиты вращаться не будут. Они станут подобны рычагам, так как посредством зубьев связаны с солнцем (8) и эпициклом (6). Поэтому вынуждают их и водило одновременно вращаться вокруг общей оси. При этом угловая скорость одинаковая.

При выключении блокировочного фрикциона и включении тормоза поворота солнце начнет останавливаться, а сателлиты начнут двигаться вокруг своих осей. Тем самым они создают момент на водиле и вращают ведущее колесо гусеницы.

Износ

Что касается срока службы и амортизации, то в линейных механизмах планетарных систем распределение нагрузки заметно среди основных компонентов.

Термическая и циклическая усталость могут повышаться в них за счет ограниченного распределения нагрузки и того факта, что планетарные передачи могут вращаться довольно быстро по их осям. Более того, при высоких скоростях и передаточных отношениях планетарного механизма, центробежные силы могут значительно увеличить величину движения. Также следует заметить, что по мере снижения точности производства и увеличения количества сателлитов тенденция к дисбалансу возрастает.

Эти устройства и их системы могут даже подвергнуться износу или амортизации. Некоторые конструкции будут чувствительны даже к небольшим дисбалансам и способны потребовать качественные и дорогие компоненты сборки. Точным расположением планетных штифтов вокруг оси солнечной шестерни может быть ключ.

Другие схемы планетарных механизмов, которые помогают балансировать нагрузки, включают использование плавающих подузлов или «мягких» креплений, чтобы обеспечить максимально долговечное движение солнца или эпицентра.

Преимущества и недостатки - фотография 23 - изображение 23

Основы синтеза планетарных устройств

Эти знания нужны при проектировании и создании узлов машин. Понятие «синтез планетарных механизмов» заключается в расчете числа зубьев в солнце, эпицентре и сателлитах. При этом необходимо соблюсти ряд условий:

  • Передаточное отношение должно равняться заданному значению.
  • Зацепление зубьев колес должно быть правильным.
  • Необходимо обеспечить соосность входного вала и выходного.
  • Требуется обеспечить соседство (сателлиты не должны мешать друг другу).

Также при проектировании нужно учитывать габариты будущей конструкции, ее массу и КПД.

Если задано передаточное число (n), то число зубьев на солнце (S) и на планетарных шестернях (P) должно удовлетворять равенству:

n = S/P

Если допустить, что число зубьев на эпицентре рано (А), то при заблокированном водиле должно быть соблюдено равенство:

n = -S/A

Если закреплен эпицентр, то будет верным следующее равенство:

n = 1+ A/S

Так производится расчет планетарного механизма.

Детали машин - фото 24 - изображение 24

Преимущества и недостатки

Существует несколько видов передачи, которые благополучно используются в различных устройствах. Планетарная среди них выделяется следующими достоинствами:

  • Обеспечивается меньшая нагрузка на каждый зубец колес (и солнца, и эпицентра, и сателлитов) за счет того что нагрузка на них распределяется более равномерно. Это положительно влияет на срок службы конструкции.
  • При той же мощности планетарный механизм имеет меньшие габариты и массу, чем при использовании других видов передачи.
  • Возможность достигать большего передаточного числа с меньшим количеством колес.
  • Обеспечение меньшего уровня шума.

Недостатки планетарных механизмов:

  • Нужна повышенная точность при их изготовлении.
  • Малый КПД при сравнительно большом передаточном отношении.

Детали машин

Общие сведения. Изучение конструкции, принципа работы и кинематики планетарных рядов автоматических коробок перемены передач (АКПП) - фотография 25 - изображение 25



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).

ПЛАНЕТА́РНАЯ ПЕРЕДА́ЧА - фотография 26 - изображение 26

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.

Двухступенчатый планетарный механизм поворота (ПМП) - фотография 27 - изображение 27

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.

***

Разновидности планетарных передач

Существует много различных типов и конструкций планетарных передач. Наиболее широко в машиностроении применяют однорядную планетарную передачу, схема которой показана на рисунке 1. Эта передача конструктивно проста, имеет малые габариты. Находит применение в силовых и вспомогательных приводах. КПД планетарной передачи η = 0,96…0,98 при передаточных числах u = 3…8.

Планетарные механизмы, в составе которых присутствуют одна или несколько планетарных передач подразделяются на однорядные, двухрядные и многорядные. Каждый набор из центральных зубчатых колёс и сателлитов, вращающихся в одной плоскости, образует так называемый планетарный ряд. Простой планетарный механизм с набором одновенцовых сателлитов является однорядным. Простые планетарные механизмы с двухвенцовыми сателлитами являются двухрядными. Сложные планетарные механизмы могут быть двух, трёх, четырёх и даже пятирядными.

Для получения больших передаточных чисел в силовых приводах применяют многоступенчатые планетарные передачи. На рис. 2,а планетарная передача составлена из двух последовательно соединенных однорядных планетарных передач. В этом случае суммарное передаточное число u = u1×u2 ≤ 64, а КПД равен η = η1×η2 = 0,92…0,96.

В чем принцип работы планетарной втулки. - фотография 28 - изображение 28

На рисунке 2, б показана схема планетарной передачи с двухрядным (двухвенцовым) сателлитом, для которой при передаче движения от колеса 1 к водилу Н при n4 = 0 передаточное число определяется из зависимостей:

u = n1/nН = 1 + z2z4/(z1z3).

В этой передаче u = 3…19 при КПД η = 0,95…0,97.

Как упоминалось выше, планетарные передачи, у которых все звенья подвижны, называют дифференциальными или просто дифференциалами.

Принцип работы планетарной передачи во втулке велосипеда: - фото 29 - изображение 29

Неизбежные погрешности изготовления приводят к неравномерному распределению нагрузки между сателлитами. Для выравнивания нагрузки в передачах с тремя сателлитами одно из центральных колес выполняют самоустанавливающимся в радиальном направлении (не имеющим радиальных опор). Для самоустановки сателлитов по неподвижному центральному колесу применяют сферические подшипники качения. Высокие требования предъявляются к прочности и жесткости водила, при этом его масса должна быть минимальной. Обычно водила выполняют литыми или сварными.

***

Достоинства и недостатки планетарных передач

Основными достоинствами планетарных передач являются:

  • малые габариты и масса вследствие передачи мощности по нескольким потокам, численно равным количеству сателлитов. При этом нагрузка в каждом зацеплении уменьшается в несколько раз;
  • удобство компоновки в машинах благодаря соосности ведущего и ведомого валов;
  • работа с меньшим шумом, чем в обычных зубчатых передачах, что обусловлено меньшими размерами колес и замыканием сил в механизме. При симметричном расположении сателлитов силы в передаче взаимно уравновешиваются;
  • малые нагрузки на валы и опоры, что упрощает конструкцию опор и снижает потери в них;
  • возможность получения больших передаточных чисел при небольшом числе зубчатых колес и малых габаритах передачи.

Не лишены планетарные передачи и недостатков:

  • повышенные требования к точности изготовления и монтажа передачи;
  • большее количество деталей, в т. ч. подшипников, и более сложная сборка.

***

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).

***

Передаточное число планетарных передач

При определение передаточного числа планетарной передачи используют метод остановки водила (метод Виллиса).По этому методу всей планетарной передаче мысленно сообщается дополнительное вращение с частотой вращения водила nН, но в обратном направлении. При этом водило как бы останавливается, а закрепленное колесо освобождается. Получается так называемый обращенный механизм, представляющий собой обычную непланетарную передачу, в которой геометрические оси всех колес неподвижны. Сателлиты при этом становятся промежуточными (паразитными) колесами, т. е. колесами, не влияющими на передаточное число всего механизма.Передаточное число в обращенном механизме определяется как в духступенчатой передаче с одним внешним и вторым внутренним зацеплением.

Здесь существенное значение имеет знак передаточного числа. Передаточное число считают положительным, если в обращенном механизме ведущее и ведомое звенья вращаются в одну сторону, и отрицательным, если в разные стороны. Так, для обращенного механизма передачи по рис. 1 имеем:

u = u1×u2 = (-n1/n2)×(-n2/-n3) = (-z2/z1)×(z3/z2) = - z3/z1,

где z – числа зубьев колес.

В рассматриваемом обращенном механизме знак минус показывает, что колеса 2 и 3 вращаются в обратную сторону по отношению к колесу 1.

В качестве примера определим передаточное число для планетарной передачи, изображенной на рис. 1, при передаче движения от колеса 1 к водилу Н. Мысленная остановка водила в этой передаче равноценна вычитанию его частоты nН из частоты вращения колес.Тогда для обращенного механизма этой передачи имеем:

u’ = (n1 – n2)/(n3 – nН) = - z3/z1,

где (n1 – nН) и (n3 – nН) – частоты вращения колес 1 и 3 относительно водила Н;z1 и z3 – числа зубьев колес 1 и 3.

Для планетарной передачи, у которой колесо 3 закреплено в корпусе неподвижно (n3 = 0), колесо 1 является ведущим, а водило Н – ведомым.Тогда получим передаточное число такой передачи:

(n1 – nН)/(- nН) = - z3/z1; - n1/nН + 1 = -z3/z1

или

u = n1/nН = 1 + z3/z1.

***



Подбор чисел зубьев планетарных передач

В отличие от обычных зубчатых передач расчет планетарных начинают с подбора чисел зубьев на колесах и сателлитах. Рассмотрим последовательность подбора чисел зубьев на примере планетарной передачи, изображенной на рис. 1.

Число зубьев z1 центральной шестерни 1 задают из условия неподрезания ножки зуба: z1 ≥ 17. Принимают z1 = 24 при Н350 НВ; z1 = 21 при Н52 HRC и z1 = 17 при Н > 52 HRC.

Число зубьев неподвижного центрального колеса 3 определяют по заданному передаточному числу u:

z3 = z1(u – 1).

Число зубьев z2 сателлита 2 вычисляют из условия соосности, в соответствии которым межосевые расстояния aw зубчатых пар с внешним и внутренним зацеплением должны быть равны.Из рис. 1 для немодифицированной прямозубой передачи:

aw = 0,5(d1 + d2) = 0,5(d3 – d2),        (1)

где d = mz - делительные диаметры колес.

Так как модули зацеплений планетарной передачи одинаковые, то формула (1) принимает вид:

z2 = 0,5(z3 – z1).

Полученные числа зубьев z1, z2, и z3 проверяют по условиям сборки и соседства.

Условие сборки требует, чтобы во всех зацеплениях центральных колес с сателлитами имело место совпадение зубьев со впадинами, в противном случае собрать передачу будет невозможно. Установлено, что при симметричном расположении сателлитов условие сборки удовлетворяется, когда сумма зубьев центральных колес (z1 + z3) кратна числу сателлитов с = 2…6 (обычно с = 3), т. е. должно соблюдаться условие:

(z1 + z3)/c = целое число.

Условие соседства требует, чтобы сателлиты не задевали зубьями друг друга. Для этого необходимо, чтобы сумма радиусов вершин зубьев соседних сателлитов, равная da2 = m(z2 + 2) , была меньше расстояния l между их осями (рис. 1), т. е.:

da2 < l = 2aw sin (180˚/c),        (2)

где aw = 0,5m(z1 + z2) – межосевое расстояние.

Из формулы (2) следует, что условие соседства удовлетворяется, когда

z2 + 2 (z1 + z2) sin (180˚/c).        (3)

Загрузка

***

Расчет на прочность планетарных передач

Расчет на прочность зубчатых передач планетарного типа ведут по методике, применяемой для обычных зубчатых передач. Основными критериями работоспособности для большинства планетарных передач (как и для всех зубчатых передач), является усталостная контактная прочность рабочих поверхностей зубьев и прочность зубьев при изгибе. При этом под контактной прочностью понимают способность контактирующих поверхностей зубьев обеспечить требуемую безопасность против прогрессирующего усталостного выкрашивания, а прочностью при изгибе – способность зубьев обеспечить требуемую безопасность против усталостного излома зуба.

Расчет выполняют для каждого зацепления. Например, в передаче, изображенной на рис. 1, необходимо рассчитать внешнее зацепление колес 1 и 2 и внутреннее – колес 2 и 3. Так как модули и силы в этих зацеплениях одинаковы, а внутреннее зацепление по своим свойствам прочнее внешнего, то при одинаковых материалах колес достаточно рассчитать только внешнее зацепление.

Расчет начинают с подбора чисел зубьев колес, как было показано выше.

При определении допускаемых напряжений коэффициенты долговечности находят по эквивалентных числам циклов нагружения. При этом число циклов перемены напряжений зубьев за весь срок службы вычисляют при вращении колес только относительно друг друга.

При определении допускаемых напряжений изгиба для зубьев сателлита вводят коэффициент YA, учитывающий двустороннее приложение нагрузки (симметричный цикл нагружения).

Межосевое расстояние планетарной прямозубой передачи для пары колес внешнего зацепления (центральной шестерни с сателлитом) определяют по формуле:

aw = 450(u’ + 1)× 3√{(КНТ1Кc)/(ψbau'[σ]Н2с)},

где u' = z2/z1 – передаточное число рассчитываемой пары колес; Кc = 1,05…1,15 – коэффициент неравномерности распределения нагрузки между сателлитами;Т1 – вращающий момент на валу центральной шестерни, Нм;с – число сателлитов;ψba - коэффициент ширины венца колеса:        ψba = 0,4 для Н350 НВ;        ψba = 0,315 при 350 НВ < Н50 HRC,        ψba = 0,25 для Н > 50 HRC.

Ширина b3 центрального колеса 3 определяется по формуле b3 = ψbaaw. Ширину b2 венца сателлита принимают на 2…4 мм больше значения b3; ширина центральной шестерни b1 = 1,1b2.

Модуль зацепления определяют по формуле:

m = 2aw/(z2 + z1).

Получнный расчетом модуль округляют до ближайшего стандартного значения, а затем уточняют межосевое расстояние:

aw = m(z2 + z1)/2.

Окружную силу Ft в зацеплении вычисляют по формуле:

Ft = 2×103КcТ1/сd1.

Радиальную силу Fr определяют по формуле:

Fr = Ft tg αw,

где αw = 20˚ – угол зацепления.

***

Волновые передачи



Главная страница
  • Страничка абитуриента
Специальности
  • Ветеринария
  • Механизация сельского хозяйства
  • Коммерция
  • Техническое обслуживание и ремонт автотранспорта
Учебные дисциплины
  • Инженерная графика
  • МДК.01.01. «Устройство автомобилей»
  •    Карта раздела
  •       Общее устройство автомобиля
  •       Автомобильный двигатель
  •       Трансмиссия автомобиля
  •       Рулевое управление
  •       Тормозная система
  •       Подвеска
  •       Колеса
  •       Кузов
  •       Электрооборудование автомобиля
  •       Основы теории автомобиля
  •       Основы технической диагностики
  • Основы гидравлики и теплотехники
  • Метрология и стандартизация
  • Сельскохозяйственные машины
  • Основы агрономии
  • Перевозка опасных грузов
  • Материаловедение
  • Менеджмент
  • Техническая механика
  • Советы дипломнику
Олимпиады и тесты
  • «Инженерная графика»
  • «Техническая механика»
  • «Двигатель и его системы»
  • «Шасси автомобиля»
  • «Электрооборудование автомобиля»

Общие сведения. Изучение конструкции, принципа работы и кинематики планетарных рядов автоматических коробок перемены передач (АКПП)

В чем плюсы планетарных втулок - фотография 30 - изображение 30

Лабораторная работа № 3

Изучение конструкции, принципа работы и кинематики планетарных рядов автоматических коробок перемены передач (АКПП)

Цель работы:

- изучение конструкций планетарных рядов АКПП;

- изучение кинематических возможностей планетарного ряда;

- определение передаточных отношений планетарного механизма.

Лабораторное оборудование: планетарный механизм автоматической коробки передач (Volgswagen, AG4 096, тип 01М).

Общие сведения

Планетарными называют передачи, имеющие зубчатые колёса с подвижными осями – сателлитами (от лат. "satellitum" – спутник).

Планетарная передача (рис. 3.1) состоит из малого центрального колеса 1 ("солнечная" шестерня), которое находится в постоянном зацеплении с шестернями – сателлитами 4, которые в свою очередь находятся в постоянном зацеплении с большим центральным колесом 2, называемым эпициклом. Оси сателлитов закреплены на элементе передачи, называемом водилой 3. Центральное колесо, водило и эпицикл вращаются относительно одной общей оси, называемой основной осью, в то время, как сателлиты планетарной передачи вращаются относительно собственных осей и вместе с водилом относительно общей основной оси.

В планетарной передаче вращающий момент передаётся с помощью двух из трёх элементов (центрального колеса, эпицикла или водила) при одном неподвижном. В этом проявляется одно из главных преимуществ планетарного ряда – широкие кинематические возможности, которые позволяют получать большие передаточные числа без применения многоступенчатых передач. Для простейшего планетарного ряда, изображенного на рис. 3.1, возможны шесть включений с различными передаточными отношениями, в зависимости от того, какой из элементов неподвижен.

Недостатки планетарных втулок - изображение 31 - изображение 31

Как правильно переключать передачи на планетарной втулке - фотография 32 - изображение 32

Рис. 3.1. Схема простейшей планетарной передачи:

1 – центральное колесо; 2 – эпицикл; 3 – водило; 4 – сателлит

Помимо широких кинематических возможностей (большие передаточные числа – до тысячи и более) планетарная передача обладает следующими преимуществами:

- компактность (единая ось вращения всех элементов передачи);

- возможность передачи бóльших крутящих моментов в сравнении с другими зубчатыми передачами, так как крутящий момент передаётся несколькими симметрично расположенными сателлитами, что позволяет значительно снизить контактные напряжения на поверхностях зубьев;

- расположение элементов планетарной передачи позволяет достаточно просто организовать управление работой механизма (имеется в виду оборудование ленточными тормозами и блокировочными муфтами);

- работа с мéньшим шумом, чем обычные зубчатые передачи (повышенная плавность внутреннего зацепления, мéньшие размеры колёс, замыкание сил в механизме и передача мéньших сил на корпус).

Основными недостатками планетарных передач являются:

- значительное снижение КПД передачи при увеличении передаточного отношения;

- высокие требования к точности изготовления и монтажа.

Основным параметром, определяющим свойства планетарного ряда, является внутреннее передаточное отношение u1-2 частоты вращения центрального колеса ω1 к частоте вращения эпицикла ω2. Для этого всему планетарному механизму мысленно сообщают вращение с угловой скоростью, равной по направлению и значению угловой скорости ω3 водила 3 (приведённый планетарный механизм). В этом случае планетарный механизм представляет собой обычную зубчатую передачу с неподвижными осями, и внутреннее передаточное отношение u1-2 будет равно:

u1-2 =

Перечислив все плюсы и минусы планетарных втулок можно сделать итоговый вывод: - изображение 33 - изображение 33

=

Планетарная коробка передач: характеристики, принцип действия, ремонт - фото 34 - изображение 34

, (3.1)

где (ω1 – ω3) и (ω2 – ω3) – угловые скорости центрального колеса 1 и эпицикла 2 относительно условно неподвижного водила 3; z1 и z2 – числа зубьев центрального колеса 1 и эпицикла 2.

Уравнение (3.1) может быть записано в другом виде:

u1-2

Устройство агрегата - изображение 35 - изображение 35

=

Принципы работы планетарных коробок передач - фото 36 - изображение 36

,

(1 – u1-2) ω3 = ω1 – u1-2 ω2. (3.2)

Внутреннее передаточное отношение любого планетарного механизма – это отношение частоты вращения ω1 центрального колеса к частоте вращения ω2 эпицикла при остановленном водиле. В случае, если при передаче вращения центральное колесо и эпицикл вращаются в разные стороны, внутреннее передаточное отношение будет со знаком "минус", если вращение происходит в одном направлении – со знаком "плюс".

Уравнение (3.1) является общим уравнением кинематической связи для любого планетарного механизма (уравнение Виллиса). Для схемы, изображённой на рис. 3.1, эпицикл, как правило, неподвижен. Тогда, согласно уравнению Виллиса, передаточное отношение u1-3 в направлении силового потока от центрального колеса 1 к водилу 3 будет равно:

ω2 = 0,

Особенности рабочего процесса - фотография 37 - изображение 37

=

Простые и сложные планетарные передачи - изображение 38 - изображение 38

,

Управляющие элементы механизма - фото 39 - изображение 39

+1 =

Применение планетарного механизма - фотография 40 - изображение 40

,

u1-3 = 1 +

Планетарная коробка передач для велосипеда - фотография 41 - изображение 41

.

Для передачи силового потока в направлении от водила 3 к центральному колесу 1 передаточное отношение u3-1 будет равно:

u3-1 =

Эксплуатационный процесс - изображение 42 - изображение 42

.

На основании уравнения (3.2) можно записать уравнение кинематической связи в общем виде:

(1 – upq) ωr = ωpupq ωq, или upq =

Неисправности и ремонт механизма - фотография 43 - изображение 43

, (3.3)

где p,q,r – обозначения основных звеньев.

3.2. Свойства планетарного механизма

Свойства планетарного механизма определяют, исходя из общего уравнения кинематической связи (3.2):

- свойство блокировки планетарной передачи – если угловые скорости двух основных звеньев планетарной передачи равны, то и угловая скорость третьего звена будет равна угловой скорости этих двух звеньев. Пусть ω1 = ω3, тогда:

(1 – u1-2) ω3 = ω1 – u1-2 ω2,

ω3 – u1-2 ω3 = ω1 – u1-2 ω2,

u1-2 ω3 = u1-2 ω2, и ω3 = ω2 = ω1 .

Если установить блокировочную муфту между любыми двумя основными звеньями планетарной передачи (например, между малым центральным колесом и эпициклом, рис. 3.2), то при её включении механизм будет заблокирован и его внутреннее передаточное отношение будет равно единице.

Заключение - фотография 44 - изображение 44

Рис. 3.2. Схема планетарной передачи с блокировочной муфтой:

1 – малое центральное колесо; 2 – эпицикл; 3 – водило; 4 – сателлит; 5 - блокировочная муфта

- свойство работать в режиме понижающей (в режиме редуктора) или повышающей (в режиме мультипликатора) передачи – в зависимости от выбора одного основного звена в качестве ведущего, второго – в качестве ведомого при неподвижном третьем основном звене, планетарная передача может работать как с повышением крутящего момента, так и с понижением.

Рассмотрим это свойство на примере простейшей планетарной передачи.

Достоинства, недостатки и применение планетарных передач - фото 45 - изображение 45

а) б) в)

Рис. 3.3. Схема простейшего планетарного ряда с различным включением:

а) – при неподвижном эпицикле; б) – при неподвижном малом центральном колесе;

в) – при неподвижном водиле;

1 – малое центральное колесо; 2 – эпицикл; 3 – водило; 4 - сателлит

Если необходимо составить уравнение кинематической связи в направлении силового потока, например, от водила 3 к малому центральному колесу 1 (рис. 3.3, а), то, согласно уравнению (13), upqu3-1, p → 3, q → 1, значит, r → 2. В этом случае уравнение кинематической связи примет вид:

u3-1 =

Планетарная коробка передач: устройство, принцип работы, эксплуатация и ремонт - изображение 46 - изображение 46

, ω2 = 0, u3-1 =

Планетарная втулка для велосипеда - фото 47 - изображение 47

.

Так как ω1 > ω3, и u3-1 < 1, то передача – повышающая. При направлении силового потока в противоположном направлении, от малого центрального колеса 1 к водилу 3, передача будет понижающей:

u1-3 =

Из чего состоит и как работает планетарная втулка - фотография 48 - изображение 48

, ω2 = 0, u1-3 =

Производители втулок: плюсы и минусы - изображение 49 - изображение 49

> 1;

- свойство реверсивности: свойство планетарной передачи изменять направление вращения выходного звена в зависимости от останова того или иного основного звена. Например, при неподвижном эпицикле 2 (рис. 3.3, а) направления вращения малого центрального колеса 1 и водила 3 будут совпадать, а при неподвижном водиле 2 (рис. 3.3, в) будут направлены в противоположные стороны.

3.3. Типы планетарных механизмов

Планетарный механизм АКПП может содержать несколько последовательно расположенных планетарных рядов (как правило, два ряда для 4-х скоростной и три ряда для 5-ти скоростной АКПП). Различные варианты соединения планетарных рядов названы по имени их изобретателей.

Планетарный механизм Равиньё состоит из двух соосно расположенных центральных колёс, эпицикла и водила с двумя группами сателлитов. Ряд Равиньё часто называют полуторным рядом.

Планетарный механизм Уилсона состоит из трёх планетарных рядов, причём эпицикл первого планетарного ряда, водило второго и эпицикл третьего постоянно соединены между собой, образуя единое целое. Кроме того, второй и третий ряды имеют общее центральное колесо. Механизм Уилсона обеспечивает пять прямых передач и передачу заднего хода.

Планетарный механизм Лепелетье состоит из простого планетарного ряда и пристыкованный за ним планетарный ряд Равиньё. Механизм Лепелетье обеспечивает шесть передач переднего хода и одну заднего.

Планетарный механизм Симпсона (рис. 3.4) состоит из двух понижающих планетарных рядов (редукторов), который часто называют двойным рядом. Особенностью механизма является объединённые в одно звено малые центральные колёса 1 этих двух планетарных рядов. Эпицикл 2.1 первого планетарного ряда и общие малые центральные колёса могут через две блокировочные муфты 5.1 и 5.2 жёстко соединяться с ведущим валом. Водило 3.2 второго планетарного ряда оборудовано тормозом Т2. Ведомое звено входит в оба планетарных ряда – в первый в качестве водила 3.1, а во второй – в качестве эпицикла 2.2. Схема Симпсона позволяет реализовать следующие режимы:

- нейтраль;

- две понижающие передачи (1-ая и 2-ая передачи);

- прямую передачу (3-тья передача);

- задний ход.

Преимущества использования планетарных втулок - фото 50 - изображение 50

Рис. 3.4. Схема планетарного механизма Симпсона:

1 –малые центральные колёса; 2.1 и 2.2 - эпицикл; 3.1 и 3.2 – водило; 4.1 и 4.2 – сателлиты; 5.1 и 5.2 – блокировочная муфта; 6 – обгонная муфта

Рассмотрим последовательность работы планетарного механизма Симпсона.

Как правильно переключать передачи при движении на велосипеде - изображение 51 - изображение 51

Рис. 3.5. Схема включения 1-ой передачи

При включении 1-ой передачи (рис. 3.5):

- с помощью блокировочной муфты 5.2 ведущим звеном будет эпицикл 2.1, который приводит во вращение в том же направлении сателлит 4.1;

- сателлит 4.1 приводит во вращение в противоположном направлении сдвоенное малое центральное колесо 1;

- сдвоенное малое центральное колесо 1 приводит во вращение сателлит 4.2, который при остановленном с помощью тормоза Т2 водиле 3.2 приводит во вращение эпицикл 2.2;

- водило 3.1 и эпицикл 2.2, являющиеся ведомыми звеньями, вращаются в ту же сторону, что и ведомое звено – эпицикл 2.1.

Планетарная передача принцип работы - фотография 52 - изображение 52

Рис. 3.6. Схема включения 2-ой передачи

При включении 2-ой передачи (рис. 3.6):

- с помощью блокировочной муфты 5.2 ведущим звеном будет эпицикл 2.1, который приводит во вращение в том же направлении сателлит 4.1;

- сдвоенное малое центральное колесо 1 остановлено с помощью тормоза Т1;

- сателлит 4.1, вращаясь вокруг неподвижной шестерни малого центрального колеса 1, приводит во вращение водило 3.1;

- водило 3.1, являясь ведомым звеном, вращается в том же направлении, что и ведущее звено – эпицикл 2.1.

Планетарная передача принцип работы - изображение 53 - изображение 53

Рис. 3.7. Схема включения передачи заднего хода

При включении 3-ей, прямой передачи, происходит срабатывание блокировочных муфт 5.1 и 5.2;

При включении передачи заднего хода (рис. 3.7):

- с помощью блокировочной муфты 5.1 ведущим звеном будет сдвоенное малое центральное колесо 1;

- малое центральное колесо 1 приводит во вращение сателлиты 4.1 и 4.2 в противоположном направлении;

- в том же направлении, что и сателлиты, вращаются водило 3.1 и эпицикл 2.2;

- эпицикл 2.2, являясь ведомым звеном, вращается в противоположном ведущему звену направлении.

ПЛАНЕТА́РНАЯ ПЕРЕДА́ЧА

Планетарная передача принцип работы - фото 54 - изображение 54

Планетарная передача принцип работы - фото 55 - изображение 55

Планетарная передача: 1 – сателлит; 2 – водило; 3 – солнечная шестерня; 4 – кольцевая шестерня («корона»).

ПЛАНЕТА́РНАЯ ПЕРЕДА́ЧА, зуб­ча­тая (ре­же фрик­ци­он­ная) ме­ха­нич. сис­те­ма, для пе­ре­да­чи вра­ще­ния ме­ж­ду дву­мя па­рал­лель­ны­ми или пе­ре­се­каю­щи­ми­ся ося­ми или при вос­про­из­ве­де­нии слож­но­го плос­ко­па­рал­лель­но­го дви­же­ния ра­бо­че­го ор­га­на. П. п. по­зво­ля­ет по­лу­чать боль­шие пе­ре­да­точ­ные от­но­ше­ния (см. Ме­ха­ни­че­ская пе­ре­да­ча) при ма­лых раз­ме­рах ме­ха­низ­ма и вы­со­ком кпд. П. п. вклю­ча­ет неск. зуб­ча­тых ко­лёс (шес­те­рён), т. н. са­тел­ли­тов (оди­на­ко­во­го раз­ме­ра), пе­ре­ме­щаю­щих­ся со свои­ми ося­ми от­но­си­тель­но сол­неч­ной (цен­траль­ной) шес­тер­ни, и во­ди­ло – по­движ­ное зве­но, на ко­то­ром ук­ре­п­ле­ны (жё­ст­ко за­фик­си­ро­ва­ны друг от­но­си­тель­но дру­га) оси са­тел­ли­тов. В со­став П. п. так­же мо­жет вхо­дить до­пол­ни­тель­ная внеш­няя коль­це­вая шес­тер­ня («ко­ро­на»), имею­щая внутр. за­це­п­ле­ние с пла­не­тар­ны­ми шес­тер­ня­ми (рис.). Чис­ло са­тел­ли­тов в П. п. за­ви­сит от воз­мож­но­сти их раз­ме­ще­ния в ме­ха­низ­ме, но для бо­лее рав­но­мер­но­го рас­пре­де­ле­ния на­гру­зок пред­поч­ти­тель­но 3 са­тел­ли­та. Ком­пакт­ность и ма­лая мас­са П. п. в зна­чит. сте­пе­ни объ­яс­ня­ют­ся рас­пре­де­ле­ни­ем пе­ре­да­вае­мой мощ­но­сти ме­ж­ду са­тел­ли­та­ми и ис­поль­зо­ва­ни­ем внутр. за­це­п­ле­ния. При ис­поль­зо­ва­нии П. п. в ка­че­ст­ве ре­дук­то­ра один из её эле­мен­тов фик­си­ру­ет­ся не­под­виж­но, др. эле­мент ис­поль­зу­ет­ся как ве­ду­щий, тре­тий – в ка­че­ст­ве ве­до­мо­го. П. п. при­ме­ня­ет­ся для сум­ми­ро­ва­ния двух по­то­ков мощ­но­сти (напр., пла­не­тар­ные ря­ды двух­по­точ­ных транс­мис­сий не­ко­то­рых тан­ков и др. гу­се­нич­ных ма­шин), где тре­бу­ет­ся боль­шой кру­тя­щий мо­мент на бе­гун­ках при не­вы­со­кой ско­ро­сти; в этом слу­чае не­под­виж­но за­фик­си­ро­ван­ных эле­мен­тов нет. Ес­ли на­прав­ле­ния вра­ще­ния ве­ду­ще­го и ве­до­мо­го звень­ев оди­на­ко­вы, то пе­ре­да­точ­ное от­но­ше­ние счи­та­ет­ся по­ло­жи­тель­ным, ес­ли раз­лич­ны – от­ри­ца­тель­ным. П. п. (раз­лич­ные по на­зна­че­нию, уст­рой­ст­ву и ха­рак­те­ри­сти­кам) ис­поль­зу­ет­ся в ко­роб­ках пе­ре­дач, ре­вер­сив­ных ме­ха­низ­мах и ме­ха­низ­мах вклю­че­ния (для по­лу­че­ния удоб­но­го управ­ле­ния по­сред­ст­вом тор­мо­зов и фрик­ци­он­ных муфт). Наи­бо­лее ши­ро­кое при­ме­не­ние П. п. на­шла в ав­то­мо­биль­ных диф­фе­рен­циа­лах, в сум­ми­рую­щих звень­ях ки­не­ма­тич. схем ме­тал­ло­ре­жу­щих стан­ков, в ре­дук­то­рах при­во­да возд. вин­тов тур­бо­вин­то­вых дви­га­те­лей в авиа­ции. В совр. уст­рой­ст­вах мо­гут ис­поль­зо­вать­ся кас­ка­ды из не­сколь­ких П. п. для по­лу­че­ния боль­шо­го диа­па­зо­на пе­ре­да­точ­ных чи­сел. На этом прин­ци­пе ра­бо­та­ют мно­гие ав­то­ма­тич. ко­роб­ки пе­ре­дач.

Двухступенчатый планетарный механизм поворота (ПМП)

Планетарная передача принцип работы - фотография 56 - изображение 56

Двухступенчатый планетарный механизм поворота более совершенен по сравнению с бортовым фрикционом, поскольку обеспечивает независимо от передачи, включенной в коробке передач, два расчетных радиуса поворота.

Двухступенчатый планетарный механизм поворота (рис. а) выполнен на базе планетарной передачи, у которой водило 1 связано с барабаном остановочного (большого) тормоза 2 и одновременно с ведущим колесом гусеницы. Между планетарным механизмом поворота и ведущим колесом обычно установлена бортовая передача. Эпициклическая шестерня 6 (зубчатый венец) связана с валом главной передачи 5 коробки передач и является ведущим элементом планетарного механизма. Солнечная шестерня 8 соединена одновременно с дисками блокировочного фрикциона 3 и барабаном малого тормоза (тормоза поворота). Нажимной диск при помощи пружин стягивает диски блокировочного фрикциона, установленные на шлицах большого и малого барабанов, т. е. барабанов остановочного тормоза и тормоза 4 поворота.

Планетарная передача принцип работы - фото 57 - изображение 57

Рис. Двухступенчатый планетарный механизм поворота: а — структурная схема; б — кинематическая схема; 1 — водило; 2 — остановочный тормоз (То1, То2); 3 — блокировочный фрикцион (Ф1, Ф2); 4 — тормоз поворота (Тп1, Тп2); 5 — главная передача коробки передач; 6 — эпициклическая шестерня; 7 — сателлит; 8 — солнечная шестерня

Работа блокировочного фрикциона аналогична действию бортового фрикциона. При включенном блокировочном фрикционе и выключенных двух ленточных тормозах сателлиты 7 планетарной передачи не будут вращаться относительно своих осей, закрепленных на водиле, поскольку последнее через сблокированные диски фрикциона связано с солнечной шестерней. Сателлиты в этом случае подобны двуплечим рычагам, поскольку за счет зацепления с зубьями солнечной и эпициклической шестерен при вращении последней заставляют их вместе с водилом вращаться относительно общей оси с одинаковой угловой скоростью. Таким образом, все элементы планетарной передачи вращаются как единое целое.

Если выключить блокировочный фрикцион Ф1 (рис. б), т. е. рассоединить его диски, связанные либо с водилом, либо с солнечной шестерней, то при включении тормоза поворота (тормоза солнечной шестерни) Тп1 последняя будет затормаживаться, а сателлиты получат возможность вращаться относительно своих осей, обкатываясь при вращении эпициклической шестерни по зубьям солнечной шестерни и увлекая за собой водило. Однако водило будет вращаться со скоростью, меньшей, чем угловая скорость эпициклической шестерни, приводимой в движение от вала КП, частота вращения которого зависит от включенной передачи.

Если выключить блокировочный фрикцион Фх и затянуть остановочный тормоз То1, то затормозится отстающая гусеница, а сателлиты будут прокручиваться на своих осях относительно не-подвижного водила, не передавая вращающий момент от ведомого вала КП к ведущему колесу этой гусеницы.

В обоих вариантах работы планетарного механизма поворота забегающая гусеница, связанная с трансмиссией через свой сблокированный фрикционном Ф2 планетарный механизм, имеет ту же скорость, что и при прямолинейном движении машины. Отстающая же при повороте машины гусеница движется со скоростью, определяемой степенью ее затормаживания при помощи того или иного тормоза планетарного механизма поворота отстающего борта.

При полностью заторможенном остановочном тормозе То1, которым пользуются в основном при повороте на низшей передаче, машина поворачивается с первым расчетным радиусом, равным В/2. Остановочными тормозами То1 и То2 пользуются также для остановки машины или удержания ее на уклоне местности. При прямолинейном движении в неблагоприятных дорожных условиях двухступенчатый планетарный механизм поворота обеспечивает пониженную передачу за счет одновременного включения тормозов Тп1 и Тп2. В последнем случае при уменьшении частоты вращения водил планетарных передач вращающий момент, подводимый от вала КП к гусеницам, больше, чем при движении машины со сблокированными ПМП.

Во всех случаях при включении тормозов блокировочный фрикцион должен быть выключен. Управление блокировочными фрикционами и тормозами планетарного механизма поворота осуществляется одним органом управления (рычагом), а выключение фрикциона и включение того или иного ленточного тормоза выполняется в определенной последовательности. Такое управление может быть обеспечено, например, применением тяг и рычагов разной длины.

Короткий рычаг связан с ленточным тормозом, а длинный — с фрикционом. При перемещении водителем рычага управления тяга длинного рычага перемещается быстрее, чем тяга короткого рычага. Поэтому фрикцион выключается раньше, чем затягивается тормоз механизма поворота.

В двухступенчатом планетарном механизме поворота вал КП связан с эпициклической шестерней 6 каждого планетарного механизма.

Механизм выключения фрикциона состоит из неподвижной и подвижной чашек, а также трех шариков. Неподвижная чашка одновременно служит крышкой гнезда шарикового подшипника ведущего вала бортовой передачи. К неподвижной чашке шестью винтами прикреплено кольцо 2 выключения с тремя лунками переменной глубины и специального профиля. Такое же кольцо 1 прикреплено к подвижной чашке. В собранном механизме выключения лунки колец подвижной и неподвижной чашек расположены одна против другой и направлены в противоположные стороны. В этих лунках размещаются шарики 3. Между шариками и поверхностями лунок должен быть определенный зазор, который регулируется кольцом 2. Подвижная чашка имеет поводок с пальцем, к которому присоединяется тяга выключения фрикциона. Подвижная чашка постоянно отжимается от неподвижной тремя пружинами, установленными в гнездах кольца неподвижной чашки.

При включенном многодисковом фрикционе между шариками 3 и лунками в кольцах 1 и 2 механизма выключения имеется осевой зазор. Под действием нажимных пружин нажимной диск прижимает пакет ведущих и ведомых дисков к торцевому бурту ведомого барабана. Возникающая между дисками сила трения заставляет их вращаться как единое целое и передавать вращающий момент на ведущий вал бортовой передачи. В случае резкого возрастания частоты вращения коленчатого вала двигателя или сопротивления движению ведущие диски фрикциона пробуксовывают относительно ведомых, и, таким образом, детали двигателя и трансмиссии предохраняются от поломок.

Планетарная передача принцип работы - фотография 58 - изображение 58

Рис. Схема работы механизма выключения фрикциона: 1, 2 — кольца; 3 — шарик

При выключении многодискового фрикциона подвижная чашка вместе с кольцом 1 поворачивается, что позволяет выбрать зазор между шариками; и лунками, а затем шарики начинают набегать на наклонные поверхности лунок и отжимают подвижную чашку от неподвижной. Подвижная чашка через шариковый подшипник перемещает отжимной диск в осевом направлении. Отжимной диск, сжимая пружины, с помощью пальцев отводит нажимной диск от пакета дисков трения. Диски разобщаются, и бортовая передача отключается. Чистота выключения обеспечивается необходимым ходом нажимного диска, который должен составлять 6…7 мм.

Что такое скорости у велосипеда и как их переключать мы рассмотрели в отдельной статье, а здесь поговорим о втором типе механизмов переключения передач – о планетарных втулках.

Планетарная передача принцип работы - фото 59 - изображение 59

 

Планетарная втулка (планетарка) – механизм переключения скоростей, основанный на принципе работы планетарной передачи.

Что такое планетарная передача можно почитать в википедии.

Трансмиссии на планетарных втулках, переживают в настоящее время свое очередное возрождение. Изобретенная впервые в далеком 1880 году для мотоциклов, она была двухскоростной и не смогла получить широкого распространения.

Затем, в начале 20 века количество скоростей увеличилось до трех, и в 30 годы 20 века велосипедный рынок был полон ими. Особенно велосипеды с планетарками были распространены в Европе и, в частности, в Великобритании, Германии, Голландии, на Скандинавском полуострове.

Позже, с появлением на рынке более дешевых и легких переключателей скоростей и кассет, устанавливаемых на втулке, они опять ушли в забвение. Но прогресс не стоит на месте и в 21 веке производители велосипедов вновь обратили свой взгляд на планетарные системы переключения скоростей. Особенно это стало заметно после разработки 7-скоростных втулок в конце 90-х. С этого периода они постоянно совершенствуются. 

Основными фирмами, выпускающими планетарные втулки, являются SRAM, Shimano, Sturmey-Archer и Rohloff. На сегодняшний день они производят втулки, которые могут переключать до 14 скоростей.

В чем принцип работы планетарной втулки.

Для её работы используется простая планетарная эпициклическая зубчатая передача.

Попробуем разобраться в работе этого механизма хотя бы на уровне общего понимания работы трех скоростной планетарки.

Планетарная передача принцип работы - изображение 60 - изображение 60

Солнечная шестерня (светло-желтая деталь на рисунке) жестко крепится к оси втулки, которая, в свою очередь, крепится в дропаутах велосипеда. Три - четыре одинаковых «планетарных» шестерёнки (детали синего цвета на рисунке) сцепляются зубьями с «солнечной» шестерёнкой, вращаясь вокруг неё.

Планетарные шестерёнки, прикреплённые к «планетарной обойме» (деталь салатового цвета), сцепляются с зубьями на внутренней поверхности «зубчатого колеса» или эпицикла. Это розовая деталь на рисунке с зубьями внутри.

При вращении планетарной обоймы (голубой), зубчатое колесо (розовое) вращается 4 раза на каждые 3 оборота планетарной обоймы. Это соотношение у разных моделей планетарных втулок разное.

Принцип работы планетарной передачи во втулке велосипеда:

  • На низкой передаче (первой) задняя звёздочка (фиолетовая деталь на рисунке) вращает зубчатое колесо (розовая деталь на рисунке). Планетарная обойма (салатовая на рисунке) вращает втулку, что даёт понижение передачи. Таким образом, на каждые четыре оборота звездочки заднее колесо повернется три раза. Т.е. передача понижается на 25%.
  • На  средней передаче (второй) задняя звёздочка напрямую передает усилие на зубчатое колесо, приводящее в движение втулку. Это прямая передача. Усилие с вращающихся внутри втулки шестеренок никуда не передается.
  • На  высокой передаче (третьей) усилие с задней звёздочки (фиолетовая) передаётся на планетарную обойму (салатовая на рисунке). Оно через зубчатое колесо (розовая деталь) приводит в движение втулку и, соответственно, заднее колесо. Получается, что на каждые три оборота звёздочки колесо провернется четыре раза. Т.е. передача повышается на 33%.

Во втулках с более чем тремя скоростями, используют не менее двух разных блоков планетарных механизмов или комбинируют планетарные многоступенчатые шестерёнки с несколькими параллельными рядами зубьев.

Видео как работает планетарная втулка

 

В чем плюсы планетарных втулок

  1. Высокая надежность по сравнению с системой переключения передач на основе кассеты. Передачи переключаются быстро и точно. К тому же их можно переключать стоя на месте, в отличие от наружной системы, в которой скорости нужно переключать только в движении.
  2. В планетарной втулке можно переключатся между разными скоростями напрямую, а не последовательно как на обычной системе.

    Т.е., если необходимо быстро переключится с 1-ой скорости на 5-ю, то на обычной системе нужно последовательно переключать скорости: с первой на вторую, потом на 3, 4 и только потом на 5-ю, что занимает определенное время, то в планетарке можно сразу переключить с первой на пятую.

    Правда, все плюсы от такого переключения можно ощутить только на многоскоростных моделях. На модели с тремя скоростями это не так заметно, хотя переключение всё равно происходит быстрее и удобнее чем на стандартном варианте.

    Особенно это удобно при езде в городском ритме.

  3. Не нужно практически никакого технического обслуживания.

    Вообще эти втулки необслуживаемый компонент. Единственно, в процессе эксплуатации, возможно, придется регулировать натяжение тросика переключения передач, который может растянуться. Зато Вы избавлены от проблемы износа звезд системы, кассеты, цепи, настройке механизма переключения передач и прочих забот.

  4. Использование обычной односкоростной цепи.

    На планетарной втулке, как и на односкоростном велосипеде, используются только две звезды – передняя и задняя, и цепь работает без перекосов. В результате одна цепь будет работать всю велосипедную жизнь.

    А с учетом того, что односкоростные цепи дешевле своих многоскоростных собратьев и их не нужно регулярно менять – эксплуатация такого велосипеда будет стоить значительно дешевле. А теперь добавьте сюда необходимость так же регулярно, в связи с износом, менять звезды системы и кассеты, их стоимость, а так же стоимость таких работ и станет понятно, что при длительной эксплуатации велосипеда, первоначально более высокая цена планетарной втулки вполне себя оправдывает и окупает.

  5. Её не нужно регулярно мыть и чистить.

    Механизм втулки находится в масле в пыле и влагозащищенном корпусе, но грязевые ванны для него все равно нежелательны.

    Помните, что обычный механизм переключения передач требует регулярной мойки и чистки от попадающей в него грязи для уменьшения износа цепи и звезд.

    Так же при мойке велосипеда струей воды под большим напором, например, на автомойке или домашним кёрхером, не нужно струю воды направлять непосредственно на саму втулку.

  6. Возможность использования ножного тормоза.

    Ножной тормоз – один из самых интуитивно понятных, эффективных и надежных. Работает в любую погоду: в грязи, под дождем, на колесах с «восьмеркой» и т.д. Лично мне байки с такими тормозами нравятся больше всего. Особенно если в дополнение к ножному тормозу на заднем колесе стоит ободной тормоз на переднем.

    Справедливости ради скажем, что ножной тормоз работает только на втулках с внутренним тормозным механизмом. Существуют многоскоростные втулки без такого механизма и на велосипедах с ними устанавливают дисковые или ободные тормоза.

  7. Достаточно интересный и не такой явный, но очень практичный плюс планетарок в том, что на таких велосипедах, как и на односкоростных моделях, используется защита цепи, чего нельзя поставить на обычных многоскоростных байках. А это значит, что не пачкаются брюки и на цепь попадает гораздо меньше грязи и ее нужно реже мыть и смазывать.

    Так что если велосипед используется при поездках на работу, то чистые брюки – большой плюс.

  8. Для любителей зимнего катания использование планетарного переключения передач просто находка. В отличие от звездной системы переключения передач планетарка не забивается снегом, не подвергается обледенению и её механизм всегда работает надежно.

    Встроенный в планетарку барабанный тормоз надежно работает при низких температурах и, в отличие от V-brake и дисковых тормозов, не боится налипания снега на тормозные колодки и обледенения ободов или ротора, продолжая зимой работать так же надежно, как и летом.

  9. Планетарки не повреждаются при авариях и падениях велосипеда на бок. Там просто нечему ломаться – нет никаких наружных частей.
  10. Для переключения передач используется только одна ручка и скорости идут одна за другой. Новичку легче разобраться, хотя, это дело привычки.
  11. Заднее колесо более прочное и жесткое. Так же как и на односкоростном байке, угол наклона спиц на колесе с планетаркой одинаков с обеих сторон. Это дает возможность увеличивать натяжение спиц. А чем оно выше - тем колесо прочнее и жестче.

 

Недостатки планетарных втулок

  1. Самый главный минус – они дороже, чем обычная система переключения передач. Но с учетом того, что их уже не нужно обслуживать в дальнейшем – стоимость эксплуатации велосипеда будет значительно ниже.
  2. Маленькое общее передаточное отношение.

    У обычных переключателей передаточное отношение в среднем 550%. Это значит, что за один оборот педалей на самой высокой передаче велосипед проедет в 5,5 раз большее расстояние, чем на самой низкой передаче.

    У планетарных втулок это соотношение порядка 300%. На них сложно будет преодолевать крутые подъемы и разгоняться до высоких скоростей.

    Хотя прогресс не стоит на месте, и инженеры велосипедных фирм работают над улучшением выпускаемых моделей. Уже сейчас есть хорошие 7, 11 и даже 14 скоростные варианты.

  3. Они тяжелее.

    Тут то же не все однозначно. Да, сама планетарная втулка тяжелее аналогичной втулки с кассетой для горного многоскоростного велосипеда. Но, ставя её, Вы так же снимаете с велосипеда все ненужное оборудование для переключения передач (две передних звездочки, оставляя только одну, одну ручку переключения передач, тросики, механизмы переброски цепи и т.д.) Вместе с этим отпадают вопросы по их обслуживанию. Да и, в конце концов, если Вы не веломаньяк по весу, то лишние полкило для городского велосипеда не делают никакой погоды.

  4. Ремонт их в домашних условиях слишком сложен. Для нашего человека нет неремонтируемых механизмов, но отремонтировать планетарную втулку значительно сложнее, чем обычный переключатель скоростей. Правда и ломаются они ну очень уж редко.
  5. Не подходят для скоростных гонок и агрессивной езды.
  6. Планетарные втулки нельзя использовать с эксцентриковыми зажимами оси заднего колеса. Это объясняется тем, что если ось слабо крепится к дропаутам, то она может провернуться и сломать саму втулку или раму велосипеда.
  7. По сравнению с обычными системами переключения скоростей в планетарных втулках из-за того, что много зубчатых передач, ниже КПД и больше потерь энергии велосипедиста на трение. Считается, что их эффективность составляет 92%, по сравнению с 98% для обычных переключателей.

Планетарная передача принцип работы - изображение 61 - изображение 61

Как правильно переключать передачи на планетарной втулке

Планетарный механизм переключения скоростей на велосипеде имеет сходство с механической коробкой передач на автомобиле, поэтому если систематически неправильно переключать передачи – можно сломать даже такой надежный механизм, как у них.

Переключать передачи на планетарной втулке в движении нужно без педалирования. Т.е. в момент переключения велосипед должен двигаться накатом (педали крутить не нужно) или стоять на месте.

С помощью ручки переключения, установленной на руле, выбирается нужная скорость и буквально через пару секунд можно крутить педали.

Помните, что при езде в горку переходим на пониженную передачу. На трех скоростной втулке – это первая скорость.

Если нужно ехать быстрее – переходим на повышенные скорости. На трех скоростной втулке – это третья скорость.

Ну и еще. Не забудьте прочитать инструкцию к вашему велосипеду. Вполне возможно, что производитель втулки, установленной на Вашем байке, описал правила эксплуатации своего оборудования.

Перечислив все плюсы и минусы планетарных втулок можно сделать итоговый вывод:

Планетарная втулка для езды по городу значительно удобнее, чем переключение передач на звездочках.

Поэтому, если Вы не веломаньяк, борющийся с каждым граммом веса, используете велосипед для городских поездок и для спокойной (не скоростной) езды по более-менее равнинной местности с небольшими горками, не любите постоянно мыть трансмиссию и следить за её износом, то велосипед с планетарной втулкой это как раз то, что Вам нужно.

Если вы любите агрессивную езду, скоростные поездки, а так же преодолеваете большие подъемы – лучше выбирайте обычную систему переключения передач на звездах.

Благодаря всем перечисленным выше преимуществам планетарок, в Европейских странах городские велосипеды с ними очень распространены. 

Планетарная коробка передач: характеристики, принцип действия, ремонт

Планетарная передача принцип работы - фотография 62 - изображение 62

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.

Устройство агрегата

Планетарная передача принцип работы - фотография 63 - изображение 63

Основа конструкции формируется всего тремя функциональными частями с одной осью вращения. Их представляет водило и два зубчатых центральных колеса. Также в устройстве предусматривается обширная группа вспомогательных звеньев в виде комплекта одноформатных зубчатых колес, коронной шестерни и подшипников. Из этого можно сделать вывод, что планетарная коробка передач – это механизм из семейства зубчатых «коробок», однако с принципиальным отличием. Оно заключается в условной независимости угловых скоростей у каждого из основных звеньев. Теперь стоит подробнее ознакомиться с элементами агрегата:

  • Водило – основа и обязательная часть любой планетарной системы, в том числе с дифференциальной связью. Это рычажный механизм, представляющий собой пространственную вилку, ось которой совмещается с общей осью передачи. При этом зубчатые оси с сателлитами вращаются вокруг нее в плоскостях размещения центральных колес.
  • Зубчатые колеса. В первую очередь следует разделять группы больших центральных и малых центральных колес этого типа. В первом случае речь идет о крупных колесах с внутренними зубцами – данная система носит название эпицикла. Что касается малых колес с зубьями, то они отличаются наружным расположением зубьев – также их называют солнечной шестерней.
  • Сателлиты. Колесная группа планетарной коробки передач (реже – одинарное зубчатое колесо), элементы которой обязательно имеют внешние зубья. Сателлиты располагаются в сцепке с обеими группами центральных колес. В зависимости от функциональности и мощности техники количество сателлитов может варьироваться от 2 до 6, но чаще всего используется 3 сегмента, поскольку в этом случае отпадает потребность в дополнительных уравновешивающих устройствах.

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.

Планетарная передача принцип работы - изображение 64 - изображение 64

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.

Планетарная передача принцип работы - изображение 65 - изображение 65

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. Более того, принцип работы планетарной коробки передач позволяет даже в рамках одной сложной системы использовать несколько простых агрегатов. Например, в четырехзвенной модели может находиться до трех простых узлов, а в пятизвенной – до шести. Однако о полной независимости простых планетарных систем в рамках сложных устройствах речи не идет. Дело в том, что у нескольких таких механизмов с большей вероятностью будет одно общее водило.

Управляющие элементы механизма

При сохранении нескольких степеней свободы устройство можно использовать в качестве основного самодостаточного функционала. Но если выбирается модель с одним ведущим и одним ведомым звеном (режим редуктора), то необходимо будет задавать им определенные скорости. Для этого и применяются управляющие элементы планетарной коробки передач. Принцип их действия заключается в перераспределении скоростей за счет фрикциона и тормоза. Лишние степени свободы снимаются, а основные свободные узлы становятся опорными.

Фрикционы отвечают за соединение двух свободных звеньев или одного звена (тоже свободного) с внешним мощностным подводом. Обе конфигурации фрикционов в условиях блокировки обеспечивают контролируемым звеньям определенную угловую скорость, причем не нулевую. По конструкции такие элементы представляют собой многодисковые муфты, но иногда встречаются и обычные муфты для передачи момента.

Что касается тормоза, то его задача в управляющей инфраструктуре планетарной коробки передач заключается в соединении свободных звеньев с корпусом механизма. Данный элемент в условиях блокировки наделяет свободные звенья нулевой угловой скоростью. По техническому устройству такие тормоза схожи с муфтами, но в самых простых исполнениях – однодисковых, колодочных и ленточных.

Применение планетарного механизма

Планетарная передача принцип работы - фотография 66 - изображение 66

Впервые данный агрегат был использован в автомобиле Ford T в виде двухступенчатой коробки передач с ножным принципом переключения и ленточными тормозами. В дальнейшем устройство пережило немало преобразований, и сегодня в качестве новейшей версии механизмов данного типа можно назвать японскую планетарную коробку передач Prius. Принцип работы этого агрегата заключается в распределении энергии между силовой установкой (которая может быть и гибридной) и колесами. В процессе работы двигатель останавливается, после чего энергия направляется на генератор, в результате чего начинается движение колес.

При этом система может быть не только функционалом одной лишь коробки передач. Сегодня данное устройство применяют в редукторах, дифференциалах, в сложных кинематических схемах промышленного оборудования, в приводных системах спецтехники и самолетов. Передовые автогиганты осваивают и принципы работы механизма в составе с электромагнитными и электромеханическими приводами. Та же планетарная коробка передач Prius успешно применяется в гибридных электромобилях. Самой коробки передач в традиционном смысле в таких конструкциях нет, но есть подобие вариатора без ступенчатого переключения – комплекс планетарных шестерней, приводящий колеса в движение и получающий энергию от движка, как раз и выполняет эту функцию.

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.

Планетарная передача принцип работы - изображение 67 - изображение 67

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.

Планетарная передача принцип работы - фото 68 - изображение 68

Неисправности и ремонт механизма

Наиболее распространенным признаком неполадки планетарной передачи является наличие вибраций в зоне короба. Водители отмечают также посторонние шумы, толчки и подергивания. Наличие тех или иных симптомов зависит от характера неисправности, причин для которой может быть несколько:

  • Перегрев механизма.
  • Агрессивный стиль езды с резкими торможениями и ускорениями.
  • Отсутствие масла, его низкий уровень или недостаточно высокое качество.
  • Недостаточный прогрев коробки передач перед движением.
  • Пробуксовка на гололеде.
  • Попадание автомобиля в снег или грязь.
  • Износ элементов планетарного ряда.

Чтобы отремонтировать планетарную коробку передач, необходимо знать конкретную причину ее поломки. Для этого производится разборка механизма. Обычно короб держится на болтах внутри приводного вала. Необходимо с одной из сторон (зависит от конструкции) снять скоростные кронштейны и затем через отверстие вала привода выкрутить болт. Далее производится чистка или замена вышедшего из строя элемента. Как правило, речь идет о загрязнении металлической стружкой, поломке зубьев, износе осей и шестерней.

Заключение

Планетарная передача принцип работы - изображение 69 - изображение 69

Планетарные механизмы отличаются сложностью устройства, в чем есть свои плюсы и минусы. К первым можно отнести сбалансированность обслуживаемых элементов с относительно точным распределением сил. Данный фактор позволяет разрабатывать скромные по размерам блоки переключения передач, которые дают возможность выполнения оптимизированной компоновки. В случае с «планетаркой» велосипеда отмечаются и эргономические достоинства, среди которых возможность переключения в стоячем положении. При езде по городу это особенно полезное качество, так как менять скоростные режимы приходится достаточно часто. Если же говорить о недостатках планетарных систем, то они при больших передаточных отношениях все же характеризуются скромной производительностью. Также система требует точной сборки, поскольку малейшие отклонения увеличивают риск того же износа деталей.

Достоинства, недостатки и применение планетарных передач

Планетарная передача принцип работы - фото 70 - изображение 70

Достоинства: 1. Малые габариты и масса (передача вписывается в размеры корончатого колеса). Это объясняется тем, что мощность передается по нескольким потокам, численно равным числу сателлитов, поэтому нагрузка на зубья в каждом зацеплении уменьшается в несколько раз. 2. Благодаря соосности ведущих и ведомых валов эти передачи удобны для компоновки машин. 3. Планетарные передачи работают с меньшим шумом, чем обычные зубчатые, что связано с меньшими размерами колес и замыканием сил в механизме. При симметричном расположении сателлитов силы в передаче взаимно уравновешиваются. 4. Малые нагрузки на опоры, что упрощает конструкцию опор и снижает потери в них. 5. Планетарный принцип передачи движения позволяет получить большие передаточные отношения при небольшом числе зубчатых колес и малых габаритах.

Недостатки: 1. Повышенные требования к точности изготовления и монтажа передачи.

2. Резкое снижение к. п. д. передачи с ростом передаточного отношения.

Применение. Планетарную передачу применяют как:

а) редуктор в силовых передачах и приборах;

б) коробку перемены передач, передаточное отношение в которой изменяется путем поочередного торможения различных звеньев (например, водила или одного из колес);

в) как дифференциал в автомобилях, тракторах, станках, приборах. Особенно эффективно применение планетарных передач, совмещен­ных с электродвигателем.

Передаточное отношениеПри определении передаточного отношения планетарной передачи используют метод остановки водила (метод Виллиса). По этому методу всей планетарной передаче мысленно сообщается дополнительное вращение с угловой скоростью водила

Планетарная передача принцип работы - фото 71 - изображение 71

, но в обратном направлении. При этом водило как бы останавливается, а закрепленное колесо освобождается. Получается так называемый обращенный механизм, представляющий собой обычную непланетарную передачу, в которой геометрические оси всех колес неподвижны. Сателлиты при этом становятся промежуточными (паразитными) колесами.

В качестве примера определения передаточного отношения рассмотрим планетарную передачу, изображенную на рис. 4.33 при передаче движения от колеса 1 к водилу Н.

Для обращенного механизма этой передачи

Планетарная передача принцип работы - изображение 72 - изображение 72

(4.40)

где

Планетарная передача принцип работы - изображение 73 - изображение 73

и

Планетарная передача принцип работы - фото 74 - изображение 74

— соответственно угловые скорости колес 1 и 3 относительно водила Н; z1 и z3 — соответственно числа зубьев колес 1 и 3.

Здесь существенное значение имеет знак передаточного отношения. Принято передаточное отношение считать положительным, если в обращенном механизме ведущее и ведомое звенья вращаются в одну сторону, и отрицательным, если в разные стороны. В рассматриваемом обращенном механизме колеса 1и 3 вращаются в разные стороны.

Для реальной планетарной передачи, у которой в большинстве случаев колесо 3 закреплено неподвижно, колесо 1 является ведущим, а водило Н — ведомым, из формулы (4.40) при

Планетарная передача принцип работы - фотография 75 - изображение 75

3 = 0 получим

Планетарная передача принцип работы - изображение 76 - изображение 76

;

Планетарная передача принцип работы - фото 77 - изображение 77

или

Планетарная передача принцип работы - фото 78 - изображение 78

(4.41)

Для других видов планетарных передач передаточное отношение определяется таким же методом.

Планетарная коробка передач: устройство, принцип работы, эксплуатация и ремонт

Планетарная передача принцип работы - фото 79 - изображение 79

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.

Устройство агрегата

Планетарная передача принцип работы - изображение 80 - изображение 80

Основа конструкции формируется всего тремя функциональными частями с одной осью вращения. Их представляет водило и два зубчатых центральных колеса. Также в устройстве предусматривается обширная группа вспомогательных звеньев в виде комплекта одноформатных зубчатых колес, коронной шестерни и подшипников. Из этого можно сделать вывод, что планетарная коробка передач это механизм из семейства зубчатых коробок , однако с принципиальным отличием. Оно заключается в условной независимости угловых скоростей у каждого из основных звеньев. Теперь стоит подробнее ознакомиться с элементами агрегата:

  • Водило основа и обязательная часть любой планетарной системы, в том числе с дифференциальной связью. Это рычажный механизм, представляющий собой пространственную вилку, ось которой совмещается с общей осью передачи. При этом зубчатые оси с сателлитами вращаются вокруг нее в плоскостях размещения центральных колес.
  • Зубчатые колеса. В первую очередь следует разделять группы больших центральных и малых центральных колес этого типа. В первом случае речь идет о крупных колесах с внутренними зубцами данная система носит название эпицикла. Что касается малых колес с зубьями, то они отличаются наружным расположением зубьев также их называют солнечной шестерней.
  • Сателлиты. Колесная группа планетарной коробки передач (реже одинарное зубчатое колесо), элементы которой обязательно имеют внешние зубья. Сателлиты располагаются в сцепке с обеими группами центральных колес. В зависимости от функциональности и мощности техники количество сателлитов может варьироваться от 2 до 6, но чаще всего используется 3 сегмента, поскольку в этом случае отпадает потребность в дополнительных уравновешивающих устройствах.

Принципы работы планетарных коробок передач

Вам будет интересно: Полноприводные автодома - обзор моделей.

Вам будет интересно: Покраска крыши автомобиля: выбор краски и технология нанесения

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.

Вам будет интересно: Диагностическая карта для ОСАГО. Возможность приобретения страховки без техосмотра

Планетарная передача принцип работы - фотография 81 - изображение 81

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.

Вам будет интересно: ВАЗ-2114: цвета, выбор и названия, описание модели, фото

Планетарная передача принцип работы - фотография 82 - изображение 82

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. Более того, принцип работы планетарной коробки передач позволяет даже в рамках одной сложной системы использовать несколько простых агрегатов. Например, в четырехзвенной модели может находиться до трех простых узлов, а в пятизвенной до шести. Однако о полной независимости простых планетарных систем в рамках сложных устройствах речи не идет. Дело в том, что у нескольких таких механизмов с большей вероятностью будет одно общее водило.

Управляющие элементы механизма

При сохранении нескольких степеней свободы устройство можно использовать в качестве основного самодостаточного функционала. Но если выбирается модель с одним ведущим и одним ведомым звеном (режим редуктора), то необходимо будет задавать им определенные скорости. Для этого и применяются управляющие элементы планетарной коробки передач. Принцип их действия заключается в перераспределении скоростей за счет фрикциона и тормоза. Лишние степени свободы снимаются, а основные свободные узлы становятся опорными.

Фрикционы отвечают за соединение двух свободных звеньев или одного звена (тоже свободного) с внешним мощностным подводом. Обе конфигурации фрикционов в условиях блокировки обеспечивают контролируемым звеньям определенную угловую скорость, причем не нулевую. По конструкции такие элементы представляют собой многодисковые муфты, но иногда встречаются и обычные муфты для передачи момента.

Что касается тормоза, то его задача в управляющей инфраструктуре планетарной коробки передач заключается в соединении свободных звеньев с корпусом механизма. Данный элемент в условиях блокировки наделяет свободные звенья нулевой угловой скоростью. По техническому устройству такие тормоза схожи с муфтами, но в самых простых исполнениях однодисковых, колодочных и ленточных.

Применение планетарного механизма

Планетарная передача принцип работы - фото 83 - изображение 83

Впервые данный агрегат был использован в автомобиле Ford T в виде двухступенчатой коробки передач с ножным принципом переключения и ленточными тормозами. В дальнейшем устройство пережило немало преобразований, и сегодня в качестве новейшей версии механизмов данного типа можно назвать японскую планетарную коробку передач Prius. Принцип работы этого агрегата заключается в распределении энергии между силовой установкой (которая может быть и гибридной) и колесами. В процессе работы двигатель останавливается, после чего энергия направляется на генератор, в результате чего начинается движение колес.

При этом система может быть не только функционалом одной лишь коробки передач. Сегодня данное устройство применяют в редукторах, дифференциалах, в сложных кинематических схемах промышленного оборудования, в приводных системах спецтехники и самолетов. Передовые автогиганты осваивают и принципы работы механизма в составе с электромагнитными и электромеханическими приводами. Та же планетарная коробка передач Prius успешно применяется в гибридных электромобилях. Самой коробки передач в традиционном смысле в таких конструкциях нет, но есть подобие вариатора без ступенчатого переключения комплекс планетарных шестерней, приводящий колеса в движение и получающий энергию от движка, как раз и выполняет эту функцию.

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.

Вам будет интересно: Infiniti FX 50S: технические характеристики, тюнинг, обзор, отзывы и тест-драйв автомобиля

Планетарная передача принцип работы - фото 84 - изображение 84

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.

Планетарная передача принцип работы - изображение 85 - изображение 85

Неисправности и ремонт механизма

Наиболее распространенным признаком неполадки планетарной передачи является наличие вибраций в зоне короба. Водители отмечают также посторонние шумы, толчки и подергивания. Наличие тех или иных симптомов зависит от характера неисправности, причин для которой может быть несколько:

  • Перегрев механизма.
  • Агрессивный стиль езды с резкими торможениями и ускорениями.
  • Отсутствие масла, его низкий уровень или недостаточно высокое качество.
  • Недостаточный прогрев коробки передач перед движением.
  • Пробуксовка на гололеде.
  • Попадание автомобиля в снег или грязь.
  • Износ элементов планетарного ряда.

Чтобы отремонтировать планетарную коробку передач, необходимо знать конкретную причину ее поломки. Для этого производится разборка механизма. Обычно короб держится на болтах внутри приводного вала. Необходимо с одной из сторон (зависит от конструкции) снять скоростные кронштейны и затем через отверстие вала привода выкрутить болт. Далее производится чистка или замена вышедшего из строя элемента. Как правило, речь идет о загрязнении металлической стружкой, поломке зубьев, износе осей и шестерней.

Заключение

Планетарная передача принцип работы - фото 86 - изображение 86

Планетарные механизмы отличаются сложностью устройства, в чем есть свои плюсы и минусы. К первым можно отнести сбалансированность обслуживаемых элементов с относительно точным распределением сил. Данный фактор позволяет разрабатывать скромные по размерам блоки переключения передач, которые дают возможность выполнения оптимизированной компоновки. В случае с планетаркой велосипеда отмечаются и эргономические достоинства, среди которых возможность переключения в стоячем положении. При езде по городу это особенно полезное качество, так как менять скоростные режимы приходится достаточно часто. Если же говорить о недостатках планетарных систем, то они при больших передаточных отношениях все же характеризуются скромной производительностью. Также система требует точной сборки, поскольку малейшие отклонения увеличивают риск того же износа деталей.

Источник

Планетарная втулка для велосипеда

Планетарная передача принцип работы - фото 87 - изображение 87

Оптимальная эффективность движения, частота педалирования, скорость и нагрузки на велосипед регулируются при помощи механизма скоростного переключения. В отличие от синглспида, велосипед с несколькими режимами передачи крутящего момента способен подстраиваться под конкретные условия передвижения. «Скоростную» систему используют практически на все типах великов: от городских и трюковых до гоночных и маунти-байков.

К распространенному типу трансмиссии велосипеда относится планетарная втулка, внутри которой расположен шестеренчатый механизм изменения передаточного отношения. Взаимное расположение и зацепление шестерней регулируется переключателем скоростей, который, в свою очередь, приводится ручкой на руле. Принципиальное отличие от «звездочной» трансмиссии позволило такой системе переключения передач неплохо укрепиться в велосипедной среде.

Из чего состоит и как работает планетарная втулка

Устройство планетарных втулок достаточно сложное и напоминает механизм автомобильной коробки передач. Для наглядности покажем стандартную схему для всей планетарной передачи:

Планетарная передача принцип работы - фото 88 - изображение 88

Компоненты шестерного отсека скоростной втулки: 1 – солнечная шестерня, 2 – сателлиты, 3 – водило, 4 – эпицикл Желтым цветом изображена солнечная шестерня. «Солнышко» жестко закреплено на оси заднего колеса велосипеда. Именно с ней зацепляются обозначенные синим цветом планетарные шестеренки. Для их фиксации используется «водило» (зеленый цвет). Эта деталь не позволяет сателлитам – так иначе можно называть планетарные шестерни – разъезжаться и сцепляться друг с другом, а также определяет их направление движения.Довершает механизм эпициклическая шестерня, которая вращается за счет педалирования. На рисунке она показана красным цветом. Звездочка сопрягается с механизмом втулки с помощью шлицевого привода, исполнительного механизма втулки. При изменении передачи он изменяет скорость вращения водила относительно кольцевой шестерни, благодаря чему и достигается подстройка велосипеда под угол направления дороги и регулируется его скорость. Интересная особенность такого типа механизма – это работа в качестве редуктора. Солнечная шестерня играет роль неподвижного элемента, эпицикл – ведомого элемента цепи, водило замыкается на корпус втулки. Для примера рассмотрим, как работает механизм планетарной передачи на простой трехскоростной планетарке:

  • Пониженная передача. Кольцевая шестерня опережает водило за счет его зацепления корпуса планетарной втулки. Передаточное отношение меньше единицы и составляет 0.733.
  • Главная передача. Крутящий момент с эпицикла передается на втулку за счет зацепления ее с планетаркой. Иначе говоря, со втулкой соединено не водило, как на первой передаче, а звездочная шестерня. Что происходит при этом? Втулка вращается быстрее водила, а для достижения максимальной скорости понадобится больше усилий по сравнению с пониженной передачей.
  • Передаточное число повышенной, или третьей, передачи больше единицы, и для трехскоростных велосипедов оно составляет 1.364. Направление движения водила и втулки противоположны, благодаря чему достигается ее ускорение по сравнению с главной передачей.
  • Для планетарных втулок с 5, 7 и т.д. скоростями диапазон передаточных отношений выше, чем у трехскоростной за счет большего количества шестеренчатых механизмов. Принцип работы многоскоростных и простых втулок будет одинаковым. Разница только в том, что у каждой планетарной составляющей будут свои фиксированные (как у 3-х ступенчатой планетарки) значения отношений передач, а в целом у механизма их будет в несколько раз больше.

Производители втулок: плюсы и минусы

Изготовлением планетарных втулок на велосипеды занимается несколько производителей:

  • Shimano,
  • SRAM,
  • Sturmey-Archer,
  • Rohloff.

Последний занимает лидирующее положение по сложности изобретенного механизма. Втулка этого производителя включает 14 планетарных составляющих. Большое количество передаточных отношений и высокая эффективность смело конкурируют с аналогичными показателями продвинутых звездочных систем переключения скоростей.

Планетарная передача принцип работы - изображение 89 - изображение 89

Скоростной агрегат от Rohloff в разрезе Второе место занимает SRAM – его планетарка имеет 12 скоростей, а передаточный диапазон превышает 400%. Shimano – известнейший производитель велозапчастей и скоростных втулок. Его хорошо зарекомендованные втулки с 3, 4, 7 и 8-планетарными механизмами дополнены обновленной версией – 11-скоростной системой переключения скоростей. Sturmey может похвастаться гибридными кассетно-планетарными механизмами, а также другими типами стандартных втулок с тремя, пятью и семью скоростями.

Преимущества использования планетарных втулок

  1. Прямой ход цепи и низкий износ ведущей и ведомой звезд. Снаружи трансмиссия выглядит как у обычного сигнлспида.
  2. Скрытый от внешних воздействий механизм переключения передач отличается высокой долговечностью по сравнению с кассетами и трещотками. Могут быть задействованы все соотношения передач. Об этом смело скажут отзывы от велосипедистов, перешедших со «стандартных» скоростных велосипедов на планетарные.
  3. Нет необходимости постоянно обслуживать устройство, также его сложно нечаянно повредить.

Как и у всего на свете, у втулок с планетарными передачами есть свои «но»:

  1. Невозможность использования в велосипедном гоночном спорте из-за высокого трения и чувствительности шестерней.
  2. Ощутимая прибавка к весу: только некоторые трехскоростные втулки весят чуть меньше килограмма. В движении привес на заднее колесо дает о себе знать.
  3. Ремонт таких механизмов почти невозможен в домашних условиях, да и сервис, где ремонтируют планетарные втулки, нечасто можно встретить. Одноразовость планетарок не позволяет их выгодно привести в рабочее состояние, лучшим вариантом будет установка новой.
  4. Запредельная стоимость. Конечно, она вполне оправдана, однако ставить редуктор с нуля на сигнлспид нет смысла. Гораздо проще купить готовый велосипед с ней.

Как правильно переключать передачи при движении на велосипеде

Нанести вред механизму велосипедного редуктора сложно, но возможно, если систематически неправильно его использовать. При движении на велосипеде с планетаркой есть простое правило: осуществлять переключение передач без педалирования. Странно? Ничуть. Планетарный механизм имеет сходство с механической КПП машины, а там ведь тоже при переходе с одной передачи на другую газ отпускается. А «газ» для велосипедиста – это кручение педалей. Переходить с одной передачи на другую нужно немного заранее, и делается это так:

  • Велосипед движется накатом, усилия на педали минимальны.
  • С помощью ручки переключается передача.
  • Через несколько оборотов колес (около 2 секунд) можно педалировать.

Езда в гору сопровождается переходом на пониженную передачу, то есть передаточное отношение должно быть меньше, чем до перехода. На трехскоростных планетарках это просто: перейти на первую передачу. С другими вариантами вполне нормальным будет переключиться, например, с третьей на вторую. На повышение нужно идти последовательно, то есть сначала первая, затем вторая и так далее. При сбросе скоростей можно перешагивать. В однообразных условиях, где нельзя развить скорость (тротуар с пешеходами, например), лучше применять только главную передачу без переключений. Велосипеды с планетарными втулками способны преодолевать значительные расстояния без большого количества спусков и подъемов, поэтому их часто можно встретить в больших городах с развитой сетью дорог и населенных пунктах на ровной местности. Такой вариант трансмиссии идеально подойдет тем, кто не хочет постоянно возиться с кассетами и цепями и при этом часто ездят по городу, загородным поселкам и равнинным трассам.

Источники:

Понравилась статья? Расскажите друзьям:
Оцените статью, для нас это очень важно:
Проголосовавших: 1 чел.
Средний рейтинг: 5 из 5.

Оставить комментарий:

Отправить

Полезные сервисы:

Опрос: Насколько Вам помогла информация на нашем сайте? (Кол-во голосов: 195)
Сразу все понял
Не до конца понял
Пришлось перечитывать несколько раз
Вообще не понял
Как я сюда попал?
Чтобы проголосовать, кликните на нужный вариант ответа. Результаты