Планетарная КПП, как работает планетарная трансмиссия

Планетарным механизмом называют зубчатую передачу вращательного движения, которая способна одновременно складывать, раскладывать и изменять крутящий момент (альтернативный вариант - угловую скорость), причем в одной геометрической плоскости.

Особенно широкое распространение она получила в различных КПП – как механических, так и автоматических. Сегодня планетарная трансмиссия выступает одним из ключевых узлов большей части автомобилей, что делает актуальным более внимательное рассмотрение ее конструкции, принципа действия и преимуществ.

Планетарный механизм: назначение и устройство

Устройство планетарного механизма представляет собой конструкцию из нескольких зубчатых колес, минимальное количество которых равняется четырем.

Как минимум, два из них обладают общей неподвижной осью вращения, а оси оставшихся вращаются вокруг нее. Последние крепятся к так называемому водилу, благодаря чему формируется механическая система с двумя или большим количеством степеней свободы.

Три основные звена

Основными конструктивными элементами планетарной КПП выступают: два центральных колеса, одно малое с наружными зубцами, а второе – большое с внутренними. Первое называют солнцем (солнечным), второе – эпициклом или коронным. Характерной особенностью работы планетарного механизма выступает отсутствие непосредственного контакта между ними.

Третьим обязательным элементом становится уже упомянутое выше водило. Деталь представляет собой рычажный механизм, к которому крепятся планетарные шестерни, которые заслуживают отдельного описания.

Планетарные шестерни

Другое их название – сателлиты. Они также представляются собой зубчатые колеса с внешними зубьями. Планетарные шестерни выступают связующим звеном между солнцем и эпициклом. Их минимальное количество равняется двум в самых простых системах.

В более сложных нередко используются группы зубчатых колес, что делает эффективность КПП заметно выше. Общая схема сравнительно простой однорядной планетарной передачи показана с обозначением основных элементов показана на скриншоте.

Различают два основных типа рассматриваемых КПП. Первый предусматривает блокировку одного вида шестерен и называется одноступенчатой планетарной передачей. Второй допускает блокировку разных видов зубчатых колес, что позволяет отнести его к многоступенчатым.

Еще одна классификация осуществляется по типу передачи. В этом случае различают три вида:

• Понижающая. Работает по двум вариантам. Первый предусматривает блокировку эпицикла с подачей вращения на вал солнца. Крутящий момент снимается с водила, частота вращения которого ниже аналогичного показателя солнечного зубчатого колеса. Аналогичный эффект достигается и вторым способом: подача вращения на эпицикл и блокировкой солнца с одновременным снятием крутящего момента с водила.
•  Повышающая. Также функционирует по двум вариантам. Первый: блокировка эпицикла, подача вращения на водило и сателлиты, снятие крутящего момента с солнца. Второй: солнце блокируется, вращение снова подается на водило с сателлитами, но снимается с большого зубчатого колеса.
• Задняя. Работает аналогичным образом, то есть по двум схемам. Первая: подача вращения на солнце, снятие с эпицикла, а водило блокируется. Второй: подача крутящего момента на эпицикл, снятие вращения с солнца, водило остается заблокированным.

Применение планетарных МКП

Первым и самым широким направлением практического использования планетарных МКП с ручным режимом управления в автомобилестроении стал автомобиль Ford T, выпуск которого был прекращен достаточно давно – в 1928 году.

Постепенно они были вытеснены более современными полуавтоматическими и автоматическими коробками передач планетарного типа. Первые предусматривали сцепление с помощью специальных гидромуфт, вторые предполагали использование гидротрансформаторов.

Но автомобилестроение – это далеко не единственная сфера использования рассматриваемого технического устройство. Планетарный механизм поворота активно применяется в разнообразной гусеничной технике – от гражданской до военной, включая тягачи, танки и транспортеры.

МКП используется в качестве редуктора в специализированном оборудовании, например, станках для металлообработки или авиационных турбинах. Отдельного упоминания заслуживает применение планетарной МКП в задних втулках велосипедных колес.

Где используется планетарный механизм в автомобиле

Но все-таки темой статьи выступает применение планетарной передачи в автомобилях. Обычно речь идет о дифференциале транспортного средства, который устанавливает на всех ведущих осях. Именно здесь лучше всего используются системы, не предусматривающие жесткой фиксации отдельных элементов по отношению друг к другу.

Еще одно направление применения – гидромеханическая коробка передач. Она также основана на базовом принципе планетарного механизма, предусматривающем взаимное вращение зубчатых колес трех типов. Но устройство подобных КПП заметно сложнее описанного выше, так как минимальное количество только передних передач равняется 5-6. Очевидно, что один механизм с решением такой задачи попросту не справится.

Важно

Современные АКПП – это сложные технические устройства, которые формируются посредством объединения в систему нескольких планетарных.

Такой подход позволяет получить на выходе широкий диапазон передаточных чисел – начиная с 0,7 к 1 (если речь идет о повышенной передаче) и заканчивая 4,5 к 1 (для пониженных). Приведенное соотношение расшифровывается предельно просто: 0,7 к 1 означает, что 0,7 оборота входного вала дают один оборот выходного.

Преимущества и недостатки планетарной передачи

Популярность и востребованность механизма планетарной передачи объясняется наличием нескольких существенных достоинств. Главные из них состоят в следующем:

• надежность. При качественном изготовлении устройство выходит из строя достаточно редко. Перед первым ремонтом планетарная трансмиссия способна отработать до полумиллиона км пробега. Во многом таких результатов удается добиться, благодаря простой конструкции, предусматривающей наличие валов и шестерен. Другими словами, там просто нечему ломаться;
• компактные размеры. Достигаются размещением всех зубчатых колес на одной оси, причем в непосредственной близости и контакте друг с другом;
• относительно невысокий уровень шума, издаваемого при эксплуатации. Обеспечивается за счет минимальной нагрузки на зубья из-за точности геометрических размеров и принципа работы;
• обширный диапазон доступных для переключения передач. Объясняется внушительным разбросом в значении передаточных чисел;
• конструктивное разнообразие. Предусматривает различное количество шестерен, их разную конфигурацию и комбинации, объединение в одну систему нескольких механизмов и т.д.;
• плавное переключение передач. Обеспечивается низкой вибронагруженностью и равномерным распределением нагрузок между отдельными элементами конструкции.

Основным недостатком рассматриваемого механизма становится сложность изготовления. Несмотря на отработанность технологии, эффективная работа с нужным уровнем КПД предъявляет повышенные требования как к точности геометрических размеров всех элементов, так и правильности сборки. Логичным следствием такого положения дел выступает относительно невысокая ремонтопригодность планетарной трансмиссии.

Еще одним заметным минусом можно назвать требовательность к качеству и характеристикам смазочных материалов. Она дополняется необходимостью своевременного и регулярного технического обслуживания. Его отсутствие приводит к ускорению износа и быстрому выходу системы из строя.

Итог

Планетарная АКПП заслуженно считается одним из самых популярных механизмов в сегодняшнем автомобилестроении.

Автоматические коробки передач подобного типа заметно теснят механические аналоги. Но это является далеко не единственная сфера практического применения планетарной передачи. Что позволяет сделать вывод о хороших перспективах в самых разных отраслях машиностроения.