Схема и устройство планетарной передачи АКПП

Акпп

Планетарная передача — это тип зубчатой ​​передачи, используемой в механических и автоматических трансмиссиях. Помимо преобразования вращения, «планетарий» может добавлять и уменьшать мощности. Познакомившись с планетарным механизмом — что это такое, как работает, по каким критериям оценивается коробка передач, станет понятно устройство и характеристики АКПП. В случае поломки расчет трансмиссии поможет выбрать надежный и долговечный механизм.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Устройство и принцип работы

Планетарная передача — это конструкция шестерен, которые перемещаются вокруг центра. По центральной оси расположены колеса разного диаметра:

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

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Между колесами движутся спутники. Их вращение напоминает движение планет солнечной системы. Оси сателлитов механически связаны с вектором, который вращается вокруг центральной оси.

Простое планетарное устройство блокировки:

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

Планетарная передача каскадно состоит из двух или более звеньев на валу для получения широкого диапазона передач. Основная кинематическая характеристика зубчатой ​​передачи — передаточное число.

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

  1. Заводная головка заблокирована.
  2. Дерево дает крутящий момент на солнце.
  3. Вращение солнца заставляет планеты катиться вместе с ним.
  4. Курьер становится рабом, возвращая более низкую передачу.

Управляя элементами простого «планетария», они получают разные характеристики:

Передача инфекции

Как работает планетарный редуктор в автоматической коробке передач

1

Солнце вращает носителя, корона движется в обратном направлении.

2

Корона вращает носителя, солнце неподвижно.

3

Главный вектор передает вращение солнцу. Заводная головка заблокирована.

4

Держатель перемещает корону. Солнце неподвижно.

Инверсия

Курьер заблокирован. Солнечное колесо вращается, планеты вращаются и перемещают корону в противоположном направлении.

Эффективность простой передачи достигает 0,97.

Планетарная передача с одной степенью свободы становится планетарной передачей. Две степени образуют дифференциал. Дифференциал суммирует моменты на ведущем колесе от главных звеньев трансмиссии.

Ресурс АКПП, пробег и продолжительность работы АКПП

Разновидности планетарных передач

По количеству ступеней планетарные механизмы делятся на:

  • один ряд;
  • многорядный.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Планетарная передача солнечной шестерни, однопоточного, водила и эпициклических сателлитов будет однорядной. Замена сателлитов на двуглавые усложняет конструкцию, делая ее двухрядной.

Многоступенчатый планетарный редуктор представляет собой серию однорядных приводов. Эта схема позволяет суммировать передаточные числа и получать большие значения. 4-ступенчатые АКПП состоят из двухрядных планетарных структур, 8-ступенчатые — четырехрядные.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

В автоматических трансмиссиях используются схемы, названные именами изобретателей:

  • Механизм Вильсона представляет собой трехрядную конструкцию, в которой соединены корона первого, опора второго и корона третьего ряда. Количество передач — 5 прямых и 1 обратная.
  • Механизм Лепелетье состоит из 3 простых планетарных шестерен, расположенных соосно. Количество передач — 6 прямых и 1 обратная.
  • Схема Симпсона — 2 передачи с общей солнечной шестерней. Держатель второго ряда оборудован тормозом. Венец первого ряда и солнце жестко соединены с коленчатым валом через два замковых соединения. В механизме реализованы следующие методы: нейтральный; 1,2,3 шестерни; инверсия.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

По типу зубчатых передач планетарные редукторы делятся на:

  • цилиндрический;
  • волна;
  • червь.
  • коническая;

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Различные типы используются для передачи крутящего момента между параллельными или угловыми валами. А также в механизмах, требующих низких или высоких кинематических характеристик.

Характеристики основных разновидностей этого устройства

В конструкции планетарного ряда автоматических трансмиссий используются различные типы шестерен. Выделяют три основных наиболее распространенных: цилиндрическую, коническую и волнистую.

Цилиндрические

Шестерни передают крутящий момент между параллельными валами. Конструкция цилиндрической трансмиссии включает две и более пары колес. Форма зубьев шестерни может быть прямой, косой или шевронной. Цилиндрическая схема проста в изготовлении и использовании. Применяется в коробках передач, бортовых передачах, передачах. Передаточное число ограничено размером механизма: для колеса оно достигает 12. КПД 95%.

Прочтите назначение кнопки разблокировки блокировки переключения передач на автоматической коробке передач

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Конические

Колеса конической формы преобразуют и передают вращение между валами, расположенными под углом от 90 до 170 градусов. Зубья нагружены неравномерно, что снижает максимальный крутящий момент и силу. Наличие сил на осях усложняет конструкцию опор. Для плавного соединения и повышенной прочности используется круглая форма зубцов.

Производство конических зубчатых колес требует высокой точности и, следовательно, является дорогостоящим. Угловые конструкции используются в редукторах, воротах, фрезерных станках. Передаточное число конических механизмов для средних автомобилей не превышает 7. КПД — 98%.

Волновые

В волновой передаче нет солнечных шестерен и планетарных шестерен. Внутри зубчатого венца установлена ​​гибкая шестерня овальной формы. Держатель действует как генератор волн и выглядит как овальный кулачок на специальном подшипнике.

Гибкое колесо из стали или пластика деформируется под действием опоры. По большой геометрической оси зубья входят в зацепление с коронкой на всю рабочую высоту, по малой оси зацепления нет. Движение передается волной, создаваемой гибкой шестерней.

В волновых механизмах КПД увеличивается при передаточном числе выше 300. Волновая передача не работает в схемах с кинематической характеристикой ниже 20. Коробка передач обеспечивает КПД 85%, множитель — 65%. Конструкция используется в промышленных роботах, манипуляторах, авиационной и космической технике.

Достоинства и недостатки планетарных передач

Планетарная передача превосходит простые зубчатые передачи такой же мощности по компактности и в 2 — 3 раза меньшему весу. Благодаря использованию нескольких планетарных шестерен достигается зацепление 80% зубьев. Увеличивается грузоподъемность механизма и уменьшается давление на каждый зуб.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Кинематическая характеристика планетарного редуктора достигает 1000 при уменьшенном количестве шестерен без использования многорядных конструкций. Помимо трансмиссии планетарный контур может работать как дифференциал.

Благодаря центрированию валов планетарных шестерен собирать машины проще, чем другие редукторы.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Использование планетарной передачи в автоматической коробке передач снижает уровень шума внутри автомобиля. Сбалансированная система обладает высокой виброустойчивостью за счет гашения вибрации. Соответственно уменьшаются вибрации тела.

Недостатки планетарной передачи:

  • сложное производство и высокая точность сборки;
  • подшипники устанавливаются в сателлиты, которые выходят из конструкции быстрее шестерни;
  • с увеличением передаточных чисел КПД снижается, поэтому необходимо усложнять конструкцию.

Читайте, какая коробка передач надежнее и лучше: робот, вариатор или автомат

Передаточное число планетарных передач

Трансмиссия — это соотношение между частотой ведущего вала планетарной передачи и частотой ведомой. Определить его стоимость визуально не удастся. Механизм приводится в движение по-разному, а это значит, что передаточное число в каждом случае разное.

Для расчета передаточного числа планетарного редуктора учитывается количество зубьев и система блокировки. Допустим, у солнечной шестерни 24 зуба, у сателлита — 12, а у короны — 48. Вектор фиксирован. Солнце становится лидером.

Сателлиты начнут вращаться со скоростью, передаваемой солнечной шестерней. Передаточное число: -24/12 или -2. Результат означает, что планеты вращаются в направлении, противоположном Солнцу, с угловой скоростью в 2 оборота. Сателлиты вращают заводную головку и вращают ее на 12/48 или ¼ оборота. Колеса с внутренней блокировкой вращаются в одном направлении, поэтому число положительное.

Суммарное передаточное число равно отношению количества зубьев ведущего колеса к количеству зубьев ведомого: -24/48 или -1/2 оборота на корону по отношению к солнцу когда несущая закреплена.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Если вектор направлен к солнцу над головой, передаточное число равно (1 + 48/24) или 3. Это максимальное число, которое может предложить система. Наименьшее соотношение получается, когда корона зафиксирована и момент, приложенный к держателю: (1 + / (1 + 48/24)) или 1/3.

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

Подбор чисел зубьев планетарных передач

Количество зубьев колес выбирается на первом этапе расчета планетарной схемы в соответствии с заданным передаточным числом. Конструктивная особенность планетарного блока — соответствие требованиям правильной сборки, центровки и близости механизма:

  • зубцы сателлитов должны совпадать с впадинами солнца и эпицикла;
  • планеты не должны бить друг друга зубами. На практике используется не более 6 сателлитов из-за сложности равномерного распределения нагрузки;
  • оси кареты, солнце и короны должны совпадать.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Основное передаточное число выбора зубьев шестерни через передаточное число выглядит так:

i = 1 + Zcorona / Zsole,

где i — передаточное число;

Читать Устройство и принцип работы гидромеханической трансмиссии

Zn — количество зубцов.

Условие соосности выполняется при одинаковом межосевом расстоянии солнечного колеса, коронки и опоры. Для простой планетарной передачи проверьте межосевое расстояние между центральными колесами и сателлитами. Равенство должно удовлетворять формуле:

Zcorona = Zsole + 2 × Z спутник.

Чтобы сохранить пространство между планетами, сумма радиусов соседних шестерен не должна превышать осевое расстояние между ними. Условие соседства с солнечным колесом проверяется по формуле:

sin (π / c)> (Zs satellite + 2) / (Zsole + Zs satellite),

где c — количество спутников.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Планетарные колеса равноудалены, если отношение зубьев короны к солнцу и количество сателлитов оказывается целым числом:

Z вс / с = Z;

Z корона / s = Z,

где Z — целое число.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Расчет на прочность планетарных передач

Расчет сопротивления планетарных шестерен проводится так же, как и для прямозубых шестерен. Рассчитайте каждое обязательство:

  • внешний — между солнцем и планетарными колесами;
  • внутренний — между планетами и короной.

Если колеса изготовлены из одного материала и силы зацепления одинаковы, то рассчитывается наименее прочное соединение — внешнее.

Алгоритм расчета следующий:

  1. Выберите схему обмена.
  2. Определяются исходные данные: передаточное число i, крутящий момент Tvyh и частота вращения выходного вала Uout.
  3. Количество зубьев выбирается, проверяя условия монтажа и близость планетарных шестерен.
  4. Рассчитываются угловые скорости колес.
  5. Рассчитайте КПД и моменты выходных валов.
  6. Рассчитывается сила обязательства.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

При расчете момента учитывается количество планетарных шестерен и неравномерная нагрузка на их зубья. Введите поправочный коэффициент η = 1,5… 2, если нет компенсационных мер:

  • более высокая точность производства;
  • радиальная подвижность солнца, короны или носителя;
  • использование эластичных элементов.

Расчет шестерен выполняется по двум критериям:

  • контактная сила, т.е сопротивление рабочих поверхностей зубьев под нагрузкой;
  • напряжение изгиба, усталостное разрушение.

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

Расчет контактного усилия сводится к проверке условия, что напряжение σн не превышает допустимого значения. Расчеты производятся по формуле Герца для цилиндрических поверхностей с добавлением коэффициентов уточнения. В результате получается величина колесной базы, основная геометрическая характеристика зубчатой ​​передачи:

d = K × η × ∛ (T × Kn (i ± 1)) / (Ψ × i × [σn] ^ 2),

где К — вспомогательный коэффициент для звездочек, МПа;

η — коэффициент неравномерности;

Т — крутящий момент, Н × мм;

Кн — коэффициент нагрузки;

Переналадка, замена и зачем нужна тормозная лента в АКПП

Ψ — коэффициент ширины колеса 0,75;

i — передаточное число;

[σн] — допустимое контактное напряжение, МПа. Он определяется коэффициентом прочности и пределом выносливости.

После определения геометрии трансмиссии проверяется условие сопротивления:

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

Схема и устройство автоматической планетарной передачи

При расчете прогиба принимается условие, что вся нагрузка передается на пару зубцов и прикладывается к ее вершине. Расчетное напряжение не должно превышать допустимое:

f = (M / W) — (F / (b × s) ≤ [σf],

где M — изгибающий момент;

W — момент осевого сопротивления;

F — сжимающая сила;

б, с — размер зуба в срезе;

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

Советы по подбору планетарного редуктора

Перед выбором планетарной коробки передач выполняется точный расчет режимов нагрузки и работы механизма. Определите тип трансмиссии, осевые нагрузки, температурный диапазон и типоразмер коробки передач. Для тяжелой спецтехники, где требуется высокий крутящий момент на малых оборотах, выбирают коробку передач с большим передаточным числом.

Для снижения угловой скорости без снижения крутящего момента используется привод с электродвигателем и коробкой передач. При выборе мотор-редуктора учитывайте:

  • рабочая нагрузка;
  • частота вращения входного и выходного валов;
  • мощность электродвигателя;
  • крутящий момент выходного вала;
  • сборочный чертеж.

Область применения планетарных передач

Планетарная схема используется в:

  • редукторы;
  • в приводах самолетов;
  • ведущие мосты тяжелой техники;
  • автоматические и механические коробки передач;
  • дифференциалы машин, устройств;
  • кинематические схемы металлорежущих станков.

Планетарный редуктор применяется в агрегатах с изменяемым передаточным числом, тормозящим вектор. В гусеничных машинах элементы планетарного механизма не блокируются из-за сложения потоков мощности.

Заключение

Планетарные трансмиссии в автоматических трансмиссиях доказали свою эффективность на протяжении десятилетий со времен Ford T: компактные размеры, малый вес, высокие скорости, надежность и долговечность. Планетарная схема способна передавать вращение и управлять потоками мощности, поэтому нашла применение в авиации, машиностроении и промышленности.

Чтобы не запутаться с выбором конструкции, производится точный расчет геометрии и прочности зубчатой ​​передачи, сверяясь с допустимыми значениями. Ошибки в расчетах вызывают чрезмерную нагрузку на шестерни, поломку и износ зубьев.

Оцените статью
Добавить комментарий