Как сделать простейший механизм поворота на гусеничном вездеходе: бортовые фрикционы, варианты самоделок

Планетарный механизм: назначение и устройство

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

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

• солнечная шестерня;
• коронная шестерня
• сателлиты;

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

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

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

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

С учетом особенностей конструкции можно выделить два типа планетарных передач:

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

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

Где используется планетарный механизм в автомобиле

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

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

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

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

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

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

Виды коробки-автомат

Автовладельцы традиционно называют коробкой всю трансмиссию автомобиля. С технической точки зрения, коробкой переключения передач считается только та часть агрегата, в которой располагается ряд планетарных шестерен, обеспечивающих переключение передач.

Автоматической трансмиссией можно считать любое устройство, переключающее передачи без участия водителя, но традиционно название «коробка-автомат» закрепилось за гидромеханической конструкцией. Условно к автоматам можно отнести также вариатор и роботизированную коробку.

Традиционная АКПП

Традиционная АКПП включает: гидротрансформатор, механическую коробку переключения передач и систему управления. И является, по сути, гидромеханической трансмиссией. Гидротрансформатор в коробке-автомат выполняет роль сцепления, т. е. обеспечивает плавную подачу и регулировку крутящего момента от двигателя к коробке передач. Все его детали заключены в корпус, в котором они находятся в специальной масляной жидкости – ATF.

При запуске двигателя начинает вращаться коленчатый вал, запускается движение насосного колеса гидротрансформатора. Оно перемещает рабочую жидкость ATF на турбинное колесо, которое начинает вращаться и передает крутящий момент на планетарные редукторы. Максимальную величину крутящего момента гидротрансформатор развивает на минимальной скорости.

По мере дальнейшего увеличения скорости вращение насосного и турбинного колеса выравниваются, происходит блокировка гидротрансформатора, и крутящий момент передается с двигателя на механическую коробку передач напрямую. Таким образом, при нажатии на педаль газа и увеличении скорости и наоборот — передачи переключаются автоматически.

Тип-троник

Конструкция тип-троник – это разновидность коробки-автомат, имеющая режим ручного управления. Водитель может выбирать передачи вручную во время движения путем перемещения рычага в направлениях «+» и «-». Строение такой коробки от традиционной принципиально не отличается, изменены только автоматика управления и рычаг переключения передач.

Управление автомобилем с коробкой тип-троник может выполняться в двух режимах: полного автомата и ручного управления. Ручной режим имитирует управление механической КПП спортивного автомобиля, но при этом не требует от водителя таких же серьезных навыков и квалификации, как от профессиональных спортсменов в режиме автогонок.

Роботизированная коробка

Эту трансмиссию можно условно отнести к автоматам, так как, по сути, она является механической коробкой, но с электронным управлением. Переключение передач и включение сцепления контролируются автоматикой. Водитель и условия движения обеспечивают вхождение информации, а работа самой коробки запускается электронным блоком, в который заложен определенный алгоритм управления.

В систему электронного управления входят датчики, которые воспринимают информацию о частоте вращения, положении рычага селектора, уровне и давлении масла. Они передают информацию в блок управления, который анализирует их и выбирает соответствующий алгоритм работы.

Роботизированная коробка может работать в двух режимах: полный автомат и полуавтоматический. Полуавтоматический режим позволяет водителю выбирать режим с помощью рычага вручную. Эта функция аналогична тип-тронику в АКПП. В некоторых источниках роботизированную коробку называют секвентальной КПП.

Вариатор

Вариаторная трансмиссия имеет общепринятое сокращение CVT, которое в полном виде в переводе означает «постоянно изменяющаяся трансмиссия». В вариаторе отсутствуют фиксированные передачи и переключение между ними. В процессе работы вариатор постоянно плавно меняет передаточное число по мере изменения скорости автомобиля, поэтому эта конструкция очень условно относится к коробкам переключения передач.

Конструкция вариаторной трансмиссии состоит из двух шкивов и натянутого между ними клиновидного ремня. Шкивы состоят из двух конусов, обращенных узкой частью друг к другу. Изменение передаточного числа происходит за счет плавного скольжения ремня по меньшему или большему радиусу шкива, поэтому при движении крутящий момент изменяется непрерывно и отсутствуют рывки.

Вариатор обеспечивает комфортное вождение, максимальную эффективность использования мощности двигателя и экономию топлива. Однако ввиду высокой сложности конструкции ремонт вариаторной коробки обходится очень дорого.

Достоинства и недостатки планетарных передач

Планетарная передача выигрывает у простых зубчатых механизмов аналогичной мощности компактным размером и массой меньшей в 2 — 3 раза. Используя нескольких планетных шестерней, достигается зацепление зубьев на 80%. Нагрузочная способность механизма повышается, а давление на каждый зубец уменьшается.

Кинематическая характеристика планетарного механизма доходит до 1000 с малым числом зубчатых колёс без применения многорядных конструкций. Помимо передачи планетарная схема способна работать как дифференциал.

За счёт соосности валов планетарного механизма, компоновать машины проще, чем с другими редукторами.

Применение планетарного ряда в АКПП снижает уровень шума в салоне автомобиля. Сбалансированная система имеет высокую вибропрочность за счет демпфирования колебаний. Соответственно снижается вибрация кузова.

Недостатки планетарного механизма:

• сложное производство и высокая точность сборки;
• в сателлиты устанавливают подшипники, которые выходят из строят быстрее, чем шестерня;
• при повышении передаточных отношений КПД падает, поэтому приходится усложнять конструкцию.

Читать

Назначение кнопки Shift Lock release на АКПП

Как работает планетарная передача?

Принцип работы планетарной передачи может базироваться на блокировке одного или нескольких рабочих узлов. При этом отмечается небольшая нагрузка на зубья. Нередко планетарные коробки передач устанавливаются на тракторах, гусеничной технике.

Составляющие элементы планетарного механизма на КПП – это зубчатые колеса, имеющие прямую, косую форму. Также, данные комплектующие детали могут быть V-образными, червячными. Классифицироваться планетарные зубчатые передачи могут по количеству свободных звеньев, связей между собой, расположению осей и т.д.

Таким образом, принцип действия ПП может быть одноступенчатым или многоступенчатым. В первом случае блокировка происходит только одной шестерни, а во втором – нескольких. Шестерни меньшего размера крутят большую. Эффективностью работы отличаются солнечная, коронная шестерня, сателлиты. Благодаря этому, плавно переключаются скорости, не отмечается разрывов в передачи возникающей мощности мотора, следовательно, повышается комфорт поездки.

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.

Наиболее важными параметрами выбора можно назвать следующие показатели:

Тип передачи, которая применяется для передачи вращения.
Максимально допустимая осевая и консольная нагрузка. На момент эксплуатации редуктора нагрузка, возникающая на момент работы распределяется самым различным образом.
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.
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.
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.

https://youtube.com/watch?v=ToXWRrUdIu4

Наиболее распространённые схемы планетарных механизмов

Основные
схемы планетарных механизмов представлены
на рис. 4.13.
В этих схемах неподвижным
колесом может быть колесо 3
либо колесо 1.

Рис. 4.13. Основные
схемы планетарных механизмов

Схема
1. Планетарная
передача (Джемса) работает как силовой
редуктор, т.е. уменьшает угловую скорость
входного звена, если водило является
выходным. Передаточное отношение
.

Наименьшие
габариты механизм имеет при i_1-H(3)
= 4. Максимальное
передаточное отношение можно получить
в случае, когда неподвижным звеном
является большое центральное колесо.

Эта
передача работает как мультипликатор,
т.е. увеличивает угловую скорость, когда
входным звеном является водило.
Направление угловой скорости входного
звена в механизме не изменяется.

Схема
2. Редуктор
со сдвоенными сателлитами по габаритам
мало отличается от редуктора Джемса
при i_1-H(3)= 7.
Передаточное отношение передачи
.

Направление
вращения выходного звена совпадает с
направлением угловой скорости входного
колеса.

Схема
3. Редуктор
Давида применяется в несиловых передачах,
в основном в приборостроении. Передаточное
отношение равно

.

Схема
4. Редуктор
Давида понижает скорость только при
передаче от водила Н
к колесу 1.
Он имеет меньшие габариты по сравнению
со схемой 3, но изготовление колёс с
внутренним зацеплением более
затруднительно. Передаточное отношение
равно

.

В редукторах Давида
(схемы 3 и 4) знак передаточного отношения
всегда отрицательный, т.е. входное и
выходное звенья вращаются в разные
стороны.

Обнаружение неполадок в работе ПП

Устройство ПП

Несмотря на надежность механизма ПП, при его продолжительной работе могут возникнуть соответствующие поломки в результате износа комплектующих. Основной признак наличия неисправности – это возникновение посторонних шумов. Такое проявление может являться следствием того, что хозяин транспортного средства часто придерживался агрессивного стиля езды. В дополнении к этому, способствует сокращению рабочего срока ПП – если не прогревался двигатель перед началом поездки.

Необходимость в замене сателлит КПП на шестернях дифференциала возникает, если на их поверхности появились трещины или произошла внешняя деформация зубьев. В ряде случаев, вернуть запчасти первоначальный вид представляется возможным, если осуществить шлифовальные работы по поверхности комплектующей детали. Однако при этом дефект должен быть минимальным.

Для осуществления ремонта планетарной КП нужна разборка данного механизма. Доверить данную процедуру стоит специалистам, имеющим соответствующий опыт проведения подобных работ. Полная переборка позволяет точно определить причину неисправности.

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.

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.

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.

Выход из строя

Износ – это основная причина поломки планетарной передачи, которая происходит в основном из-за плохой смазки. Изношенные передачи имеют в зацеплениях увеличенные зазоры, что приводит к усилению шума, вибрации и в конечном итоге уменьшению прочности зуба.

Заедание – поломка высокоскоростных передач. Происходит заедание, так как масленая плёнка выдавливается между зубьями при высоких скоростях.

Излом – вызывается напряжением изгиба. Излом может разрушить вал, подшипники и весь механизм.

Планетарный редуктор применяется там, где нужна точность среднего уровня, и отсутствует необходимость в полном вале. Основная отрасль использования планетарного редуктора – машиностроение, кроме того они применяются в медицинской технике и измерительной аппаратуре.

Планетарный механизм — поворот

Планетарный механизм поворота ( см. рис. 102, в) широко применяется на гусеничных тракторах. Он состоит из двух одноступенчатых планетарных устройств, объединенных общим корпусом / / с двумя коронными шестернями 15 внутреннего зацепления.
 

Планетарный механизм поворота, смонтированный внутри коронной шестерни, представляет собой две сложные зубчатые передачи. Каждая передача состоит из подвижного корпуса, называемого води-лом 6, трех шестерен 5, называемых сателлитами, и центральной шестерни 2, называемой солнечной.
 

Планетарный механизм поворота и главная передача смазываются маслом, залитым в центральный отсек, путем разбрызгивания. Масло заливают через отверстие в верхней крышке 10 корпуса коробки передач и заднего моста, закрываемое пробкой 8 с масломерным стержнем, по меткам которого устанавливают необходимое количество масла. Уровень масла должен находиться между метками масломерного стержня. При уровне ниже нижней метки может возникнуть повышенный износ деталей и даже их поломка, при уровне выше верхней метки — чрезмерно нагреется масло, что сократит срок службы его и резиновых уплотнений. Нормальная температура масла должна быть в пределах 80 — 90 С.
 

Планетарные механизмы поворота обеспечивают прямолинейное устойчивое движение трактора и дают более выгодный баланс мощности при поворотах трактора. По сравнению с муфтами поворота они более износостойки и меньше по габаритам.
 

Планетарные механизмы поворота имеют общую коронную шестерню, которая приводится ведомой шестерней центральной передачи. Внутренние зубчатые венцы коронной шестерни находятся в постоянном зацеплении с сателлитами обоих планетарных механизмов. Сателлиты планетарного механизма свободно вращаются на осях водила и находятся в постоянном зацеплении с солнечной шестерней.
 

Планетарный механизм поворота ( рис. 72, а) смонтирован внутри коронной шестерни.
 

Планетарные механизмы поворота предназначены для получения пониженного и ускоренного режима движения экскаватора ( в 1 54 раза), а также для его поворотов.
 

Планетарные механизмы поворота состоят из планетарных передач первого ( основного) и второго ( вспомогательного) рядов.
 

Тормоза планетарного механизма поворота регулируют после того, как свободный ход рычагов управления уменьшится до 30 мм. Их регулируют в следующем порядке. Снимают крышки люков коробок управления и боковых отсеков заднего моста.
 

В планетарных механизмах поворота привод остановочного тормоза выполнен по принципиальной схеме привода тормоза муфты поворота.
 

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.

Типовые неисправности: когда требуется ремонт планетарки АКПП?

Ресурс эксплуатации планетарного механизма напрямую зависит от стиля эксплуатации автомобиля и качество технического обслуживания. Чаще всего преждевременный выход из строя планетарки случается на кроссоверах или внедорожниках, часто передвигающихся по бездорожью.

Из типовых неисправностей планетарного редуктора отмечаются:

• Износ зубьев шестерней или элементов дифференциала.

• Выработка шлицев или скручивание полуосей.

• Износ подшипников.

• Деформация корпуса редуктора или утечка рабочей жидкости.

Как правило, все перечисленные неисправности имеют комплексный фактор происхождения и возникают в результате естественной выработки агрегатов при большом пробеге трансмиссии, либо в результате агрессивной эксплуатации автомобиля. Чаще всего необходимость в проведении преждевременного ремонта планетарного механизма возникает из-за систематического перегрева трансмиссии, длительного отсутствия ТО или использования некачественного или неподходящего масла.

Наиболее распространенные признаки неисправности планетарки:

• Увеличение вибронагруженности кузова при наборе скорости.

• Посторонние звуки при работе автомобиля в районе редуктора.

• Неравномерное вращение или биение выходного вала.

Обратите внимание! При появлении первых признаков неисправности рекомендуется сразу обратиться в сервисный центр для проведения диагностики или дефектовки. Своевременное выявление проблемы позволяет устранить неисправность на локальном уровне, что существенно снижает стоимость ремонта и увеличивает ресурс эксплуатации трансмиссии.

Назначение коробки передач

КПП – это связующее звено между двигателем и колесами. В двигателе внутреннего сгорания нельзя обойтись без коробки. На низких оборотах он имеет маленькую мощность, которой недостаточно для трогания с места и движения. Коробка передач нужна для увеличения крутящего момента и придания ускорения колесам.

ПОСМОТРЕТЬ ВИДЕО

Функции КПП:

1. Передает вращение мотора на вращение ведущих колес.
2. Распределяет усилия при разных условиях движения авто: в горку, с горки.
3. Обеспечивает независимое поведение двигателя и ведущих колес (на нейтральной передаче).
4. Обеспечивает движение задним ходом.

Сколько передач может быть в коробке

Ступенчатая коробка имеет определенное число ступеней для оптимальной передачи вращения. В ретро-автомобилях встречаются коробки с тремя-четырьмя передачами. Это связано с тем, что моторы имели маленькую мощность, и такого числа хватало для ее преобразования на колеса. На современных машинах встречаются пяти- и шестиступенчатые агрегаты

Для спортивных автомобилей производят семиступенчатые, так как их мощность больше, а в гонках важно точно изменять скорость