Как устроены планетарные редукторы

Применение

Планетарный редуктор

Наиболее широкое применение принцип нашёл в планетарных редукторах, автомобильных дифференциалах, бортовых планетарных передачах ведущих мостов тяжёлых автомобилей, кроме того, используется в суммирующих звеньях кинематических схем металлорежущих станков, также в редукторах привода воздушных винтов турбовинтовых двигателей (ТВД) в авиации, также довольно распространены планетарные втулки для велосипедов.

В современных устройствах могут использоваться каскады из нескольких планетарных передач для получения большого диапазона передаточных чисел. На этом принципе работают многие автоматические коробки передач.

Часто планетарные передачи используются для суммирования двух потоков мощности (например, планетарные ряды двухпоточных трансмиссий некоторых танков и др. гусеничных машин), в этом случае неподвижно зафиксированных элементов нет. Например, два потока мощности могут подводиться к солнечной шестерне и эпициклу, а результирующий поток снимается с водила. Широко применяется данная схема в авиации: в приводе постоянных оборотов электрогенератора планетарный механизм используется для сложения двух различных входных частот вращения с целью получения стабильной выходной. В авиационных электро- и гидроприводах для надёжности используются два мотора, работающие на общий выходной вал через планетарный редуктор, и при отказе одного мотора или цепи управления им работоспособность привода сохраняется, но с двойным уменьшением частоты вращения.

Планетарные передачи также используются в случаях, когда необходимо переменное передаточное отношение (может быть достигнуто торможением, например, водила).

Планетарный механизм поворота

ПМП применяются на и танках для изменения скорости и поворота. В этом случае в трансмиссии к левому и правому ведущим колёсам устанавливается свой планетарный редуктор, коронная шестерня которого приводится от двигателя, с водила передаётся момент на колесо, а солнечная шестерня связана с тормозом той или иной конструкции (как правило, ленточным). Также между коронной шестернёй и выходным валом установлен так называемый блокировочный фрикцион, а на выходном валу (от водила) — ещё один тормоз.

Если тормоз солнечной шестерни и фрикцион выключены, то момент на ведущее колесо трактора не передаётся — корона через сателлиты вращает расторможенную солнечную шестерню, практически не создавая момента на водиле. Для исключения движения трактора в этом случае может быть заторможен основной тормоз (на выходном валу). Если начать затормаживать солнечную шестерню, то сателлиты получат точку опоры и начнут создавать момент на водиле, вращая ведущее колесо трактора. При полностью заторможенной солнечной шестерне ПМП работает как обычный понижающий редуктор. Это первая передача ПМП. При включении блокировочного фрикциона он начнёт передавать момент от двигателя напрямую на водило, минуя редуктор, и при полном включении фрикциона редуктор ПМП будет полностью выведен из работы (заблокирован) — это вторая передача ПМП, работа в качестве прямой передачи.

Таким образом, включение тормоза водила даёт остановку трактора, включение тормоза солнечной шестерни — первую (понижающую) передачу, включение блокировочного фрикциона — вторую.

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.

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.

Типы редукторов

Все виды устроены по схожему принципу, разница заключается только в типе зубчатой передачи. Чаще всего встречаются цилиндрические, конические, глобоидные, комбинированные, червячные и планетарные, но последнее время конструкторы прибегают к комбинированным конструкциям, что позволяет совместить преимущества нескольких типов.

Конструкция разных типов позволяют передавать усилие между узлами, которые располагаются в различных площадях, будут они перпендикулярные (конический редуктор), параллельные (цилиндрический) или пересекающиеся валы (червячные).

Диапазон передаточного числа может разнится от в несколько единиц до нескольких тысяч, что зависит от количества ступеней. Сейчас наиболее распространены механизмы, при изготовлении которых используются нескольких ступеней. Это позволяет комбинировать несколько типов передач и добиться максимально эффективной работы. Рассмотрим основные типы.

Цилиндрический редуктор

Довольно популярные при разработке и производстве машин различного назначения. Эффективно выполняют свои функции при работе с мощными установками, при этом показывают высокий КПД, превышающий 90 %. Чаще всего используется при работе параллельных и сносных валов. Может применяться с различным количеством ступеней, от которых зависит передаточное число, оно может колебаться от 1,5 до 400.

Червячный редуктор

Имеют довольно простую конструкцию, из-за чего обрели широкую популярность. Одним из плюсов также является низкая стоимость в сравнении с аналогами. Количество ступеней обычно ограничивается одной или двумя. При этом диапазон передаточного числа червячного редуктора может находиться в диапазоне от 5 до 10000, которую можно рассчитать по специальной формуле. Недостатком этого типа является низкий КПД и ограниченные мощности силовых установок, с которыми он работает. Состоит из зубчатого колеса и цилиндрического, реже глобоидного, червяка в виде винта.

Планетарный редуктор

Особый тип, который выгодно отличается от аналогов, имея ряд преимуществ. Благодаря чему получил широкое распространение в тяжелом машиностроении. Конструкция этой модели позволяет добиться высокого передаточного числа при работе с мощнейшими силовыми установками. При этом его размеры могут быть значительно меньшими, чем габариты аналогов. Механизм назван планетарным, из-за специфического расположения конструкционных элементов, к которым относятся: сателлиты, водило, солнечная и кольцевая шестерни.

Передача усилия происходит через вал на солнечную шестерню, которая находится в зацепе со всеми сателлитами. В это время кольцевая шестерня находится в статичном положении. Модель отличается высоким КПД, и работой в диапазоне передаточного числа от 6 до 450.

Выбор типа узла всегда основывается на конструкционных требованиях к механизму, при этом выбором модели должен заниматься квалифицированный конструктор. Первое что нужно определить — какой тип передачи нужен, оптимальный размер механизма, рассчитать осевые нагрузи на валах и температурный режим работы.

От количества ступеней выбранного механизма напрямую зависит передаточное отношение. Одноступенчатые применяются для выполнения простых функций, обычно это червячный тип. Сейчас чаще можно встретить комбинированные типы передач, что позволяет значительно расширить функционал узла.

В качестве входных и выходных валов применяются стандартные прямые валы, изготовлены в форме тел вращения. От их качества напрямую зависит качество работы всего механизма, так как на них действуют множество внешних нагрузок различных типов.

Очень важно своевременно менять сальники и масло. Постоянные профилактические работы обеспечат стабильную работу и обезопасят от внезапных поломок

Для контроля уровня масла имеется специальное смотровое окно, что позволяет вовремя пополнять необходимый объем.

В целом, самостоятельно рассчитать передаточное число, подобрать подходящую модель и провести замену (ремонт) редуктора не составит труда. Главное соблюдать рекомендации специалистов и технические инструкции, указанные производителем.

Ремонт редуктора своими руками

Ремонт редуктора своими руками является весьма непростой задачей. Так, данный механизм очень непростой и состоит из множества частей. При ремонте своими руками часто можно даже при разборке не ведая, что внутри просто растерять целую кучу маленьких деталей, например, иголки моментально рассыпаются и теряются. Ремонт планетарного редуктора лучше всего оставить профессионалам.

Мы нажимаем струю масла под давлением на чашу, это толкает движение колеса. Мы видим, что сила тяги невелика, поскольку пальцем руки мы останавливаем колесо. Теперь мы видим, что тяга струи на чаше больше, и нам нужно больше силы в руке, чтобы предотвратить поворот колеса. На приведенной ниже диаграмме показана схема компонентов гидравлического преобразователя. В дополнение к характеристике насоса и турбины гидравлической муфты гидротрансформатор имеет промежуточный элемент, называемый реактором.

Колесо насоса приводится в движение непосредственно двигателем, в то время как турбина управляет первичным валом коробки передач. Реактор имеет свободный ход колеса и поддерживается полым валом, прикрепленным к корпусу коробки передач. Как насос, так и турбина и реактор имеют изогнутые лопасти, которые отвечают за правильное проведение масла.

Как и все редукторы, он может быть как одноступенчатым, так и многоступенчатым. Если Вы собираетесь приобрести механизм данного типа, то лучше всего покупать его у проверенных производителей, так как ремонт своими руками очень затруднен, а если он будет часто выходить из строя, то денег на него будет уходить много. В данной статье мы попытались собрать общую информацию по устройствам планетарного типа использующихся для производства автомобилей. Также нужно сказать, что данный вид устройства очень интенсивно внедряется во многие сферы и отрасли благодаря своим очень весомым преимуществам.

Эксплуатация Когда насос приводится в движение непосредственно при движении коленчатого вала, масло приводится от колеса насоса к колесу турбины. На выходе масла масло встречает лопасти реактора, которые имеют кривизну, противоположную кривизне насоса и турбинных колес. Этот поток масла толкает реактор вращением насоса и турбины против часовой стрелки. Поскольку реактор не может выполнить этот ход, поскольку он удерживается свободным колесом, масло затормаживается, и тяга передается через масло на насос.

Таким образом, до тех пор, пока существует разница в скорости вращения насоса и турбины, момент поворота будет больше в турбине, чем в насосе. Тогда крутящий момент, создаваемый турбиной, будет представлять собой сумму, которую передает насос через масло и дополнительный крутящий момент, который создается реакцией из реактора на насосе и который, в свою очередь, снова передается на турбину. Чем больше разность между турбиной и насосом, тем выше разность крутящего момента между входом и выходом инвертора, что в три раза превышает выход.

Практически все изобретения механики, основанные на вращательном движении, можно исторически соотнести с принципом колеса и временем его изобретения. До того, как был понят этот принцип, ничего подобного существовать не могло бы. Кто и когда первым придумал возможность соединять за счет зубцов несколько колес и вращать их друг за счет друга – неизвестно, но этот человек создал небольшую революцию.

Делаем планетарный редуктор своими руками

По мере уменьшения разности скоростей отклонение потока масла и, следовательно, дополнительная тяга на турбине уменьшается, так что коэффициент крутящего момента между выходом и входом уменьшается постепенно. Когда скорости вращения турбины и рабочего колеса выравниваются, реактор вращается даже в том же направлении без какой-либо дополнительной тяги, так что передача крутящего момента не будет увеличена преобразователем в качестве обычной гидравлической муфты. Эта ситуация называется «точкой сцепления».

Так появилась первая шестерня. Принцип шестеренчатой передачи энергии движения можно считать революционным в развитии промышленности.

Характеристики планетарного редуктора

Данное устройство получило такое распространение за счет имеющихся у него положительных качеств. К ним можно отнести такие как большие возможности передачи. Они являются достаточно компактными, и поэтому для установки данного устройства не требуется большой объем места и не затрачивается много времени. К тому же редукторы планетарного вида имеют чрезвычайно малый вес, что тоже можно отнести только к достоинствам данного оборудования. Тем не менее, требования, предъявляемые к планетарным редукторам, являются достаточно большими. При их изготовлении необходимо соблюдение абсолютной точности, поскольку зубцы должны быть плотно соприкасающимися, при этом они должны легко приводиться в движение. Данные редукторы требуют высокого внимания и являются достаточно сложными элементами при сборе.

В конструктивном плане планетарные редукторы могут быть исполнены абсолютно по-разному, их существует достаточно большое множество видов. По видам планетарные редукторы могут подразделяться на одно-, двух-, и трехступенчатые. Расположение валов у планетарных редукторов может быть как вертикальное, так и горизонтальное. В самой кинематической схеме редукторы планетарного вида могут быть объединены с передачами разных типов, например с коническими передачами, с передачами червячного типа и с цилиндрическими передачами. Планетарные редукторы так же могут различаться по виду подшипников, так в некоторых случаях это , которые используются, как правило, на высоких скоростях, и на подшипниках качения, которые соответственно работают при низких скоростях. Универсальными планетарными редукторами принято считать редукторы серии МПО.

Заголовок

Такой вид редукторов, как планетарный (планетарный мотор редуктор) относится к передачам крутящего момента посредством зубчатого (зубчатое устройство) зацепления шестерен. Как и любой другой редуктор, планетарный редуктор, предназначен для передачи крутящего момента от двигателей различных видов непосредственно к приводам, при этом происходит понижение скорости вращения валов и увеличение крутящего момента. Главное отличие, которое имеет устройство планетарного редуктора от обычных (червячного, цилиндрического, конического и т.д.) заключается в том, что он имеет перемещающиеся оси зубчатых колес.
В состав редуктора набор шестеренок — сателлитов. В связи с тем, что эти сателлиты движутся вокруг одного центрального, и все это устройство напоминает солнечную систему, то соответственно и родилось название планетарный редуктор. Маленькие шестеренки, вращающиеся вокруг одной центральной, имеют ось в центре (водило).

Преимущества планетарных устройств

По сравнению с традиционными редукторами можно выделить следующее преимущества, которые имеет это устройство: они могут создавать огромные передаточные отношения скоростей при невысоком количестве шестеренок. Шестерни механизма имеют небольшой размер благодаря их количеству. Так, одно более массивное колесо распределяет равномерно нагрузку по нескольким сателлитам. Из этого следует, что устройство получается не очень большим и громоздким. Однако, расчет и практика показывают, что при высоких передаточных числах работоспособность и коэффициент полезного действия сильно снижаются. И как вывод всего вышесказанного, основными преимуществами являются:

• Большие передаточные числа;
• Невысокая масса;
• Относительная компактность;
• Его можно чинить и собирать своими руками.

Такие преимущества требуют и соответствующего изготовления. Начиная с расчета, проектирования и заканчивая изготовлением — все должно быть прецизионно точно. Эти редукторы нашили очень широкий ряд применений в различных отраслях: прибостроительной, станкостроительной, машиностроительной и т.д. В данной статье остановимся более подробно на применении этого устройства в машиностроительной отрасли.

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:

Основные элементы представлены зубчатыми и червячными парами.
Для установки и фиксации основных деталей проводится установка центрирующих подшипников.
Для смазывания трущихся деталей корпус заполняется специальным маслом

Исключить вероятность его вытекания можно за счет уплотнений.
Сальники также являются важной частью конструкции.
Корпус состоит из двух составных элементов, за счет которых есть возможность разобрать конструкция при обслуживании или ремонте.. Схема классического устройства выглядит следующим образом:

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.

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.

Конструктивные особенности рассматриваемого механизма определили то, что он может применяться для достижения самых различных целей.

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.

Управляющие элементы планетарной передачи

Наличие у любых ПМ и их сборок двух и более степеней свободы может использоваться в некоторых типах ПП в качестве основного функционала (здесь имеются ввиду планетарные дифференциалы, разветвители потоков и суммирующие ПП). Однако для работы ПП в режиме редуктора с одним ведущим звеном и одним ведомым всем остальным свободным основным звеньям необходимо задать определённую угловую скорость (в том числе, возможно, нулевую). Лишь в таком случае лишние степени свободы будут сняты, все свободные основные звенья станут опорными, а вся подающаяся на единственное ведущее звено мощность будет снята с единственного ведомого в полном объёме (с поправкой на КПД ПП). Функцию задания необходимых угловых скоростей свободным звеньям выполняют так называемые управляющие элементы ПМ. Таковых элементов два: фрикционы и тормоза.

Фрикционы соединяют друг с другом два свободных звена ПМ, либо соединяют свободное звено с внешним подводом мощности. В обоих случаях при полной блокировке фрикционы обеспечивают паре соединённых элементов некую одинаковую ненулевую угловую скорость. Конструктивно обычно выполнены в виде многодисковых фрикционных муфт, хотя в отдельных случаях возможны и более простые муфты.

Тормоза соединяют свободные звенья ПМ с корпусом ПП. При полной блокировке тормоза обеспечивают заторможенному свободному звену нулевую угловую скорость. Конструктивно могут быть аналогичны фрикционам — в виде многодисковых фрикционнных муфт; но широко распространены и более простые конструкции — ленточные, колодочные, однодисковые.

Фрикционы и тормоза по принципу своего действия являются идеальными синхронизаторами угловых скоростей соединяемых элементов. Также они выполняют предохранительные функции и при резких ударных нагрузках могут пробуксовывать, переводя динамические нагрузки в работу сил трения. И также они могут выполнять функцию главной муфты сцепления (главного фрикциона), поэтому зачастую в механических трансмиссиях машин с ПКП главная муфта сцепления вообще не применяется. При том, что тормоза в отличие от фрикционов допускают больше вариантов фактического исполнения, конструкция и тех и других может быть совершенно одинаковой, или, по крайней мере, унифицированной, несмотря на существенное функциональное различие фрикционов и тормозов. Помимо фрикционов и тормозов в работе ПП могут быть задействованы автоматически срабатывающие механизмы свободного хода (другое их название — обгонные муфты или автологи). В русскоязычных кинематических схемах планетарных КП фрикционы, тормоза и муфты свободного хода обычно обозначаются буквами Ф, Т и М.