Дифференциал предназначен для передачи, изменения и распределения крутящего момента между двумя потребителями и обеспечения, при необходимости, их вращения с разными угловыми скоростями.
Дифференциал является одним из основных конструктивных элементов трансмиссии . Расположение дифференциала в трансмиссии автомобиля:
Дифференциалы, используемые для привода ведущих колес, называются межколесными. Межосевой дифференциал устанавливается между ведущими мостами полноприводного автомобиля.
Конструктивно дифференциал построен на основе планетарного редуктора. В зависимости от вида зубчатой передач, используемой в редукторе, различают следующие виды дифференциалов: конический, цилиндрический и червячный.
Конический дифференциал применяется в основном в качестве межколесного дифференциала. Цилиндрический дифференциал устанавливается чаще между осями полноприводных автомобилей. Червячный дифференциал, ввиду своей универсальности, может устанавливаться как между колесами, так и между осями.
Устройство дифференциала рассмотрено на примере самого распространенного конического дифференциала. Составные части дифференциала являются характерными и для других видов дифференциалов. Конический дифференциал представляет собой планетарный редуктор и включает полуосевые шестерни с сателлитами, помещенные в корпус.
Корпус (другое наименование – чашка дифференциала) воспринимает крутящий момент от главной передачи и передает его через сателлиты на полуосевые шестерни. На корпусе жестко закреплена ведомая шестерня главной передачи. Внутри корпуса установлены оси, на которых вращаются сателлиты.
Сателлиты, играющие роль планетарной шестерни, обеспечивают соединение корпуса и полуосевых шестерен. В зависимости от величины передаваемого крутящего момента в конструкции дифференциала используется два или четыре сателлита. В легковых автомобилях применяется, как правило, два сателлита.
Полуосевые шестерни (солнечные шестерни) передают крутящий момент на ведущие колеса через полуоси, с которыми имеют шлицевое соединение. Правая и левая полуосевые шестерни могут иметь равное или различное число зубьев. Шестерни с равным числом зубьев образуют симметричный дифференциал, тогда как неравное количество зубьев характерно для несимметричного дифференциала.
Симметричный дифференциал распределяет крутящий момент по осям в равных соотношениях, независимо от величины угловых скоростей ведущих колес. Благодаря этим свойствам симметричный дифференциал используется в качестве межколесного дифференциала.
Несимметричный дифференциал делит крутящий момент в определенном соотношении, поэтому устанавливается между ведущими осями автомобиля.
Работа дифференциала
В работе симметричного межколесного дифференциала можно выделить три характерных режима:
- прямолинейное движение;
- движение в повороте;
- движение по скользкой дороге.
При прямолинейном движении колеса встречают равное сопротивление дороги. Крутящий момент от главной передачи передается на корпус дифференциала, вместе с которым перемещаются сателлиты. Сателлиты, обегая полуосевые шестерни, передают крутящий момент на ведущие колеса в равном соотношении. Так как сателлиты на осях не вращаются, полуосевые шестерни движутся с равной угловой скоростью. При этом частота вращения каждой из шестерен равна частоте вращения ведомой шестерни главной передачи.
При движении в повороте внутреннее ведущее колесо (расположенное ближе к центру поворота) встречает большее сопротивление, чем наружное колесо. Внутренняя полуосевая шестерня замедляется и заставляет сателлиты вращаться вокруг своей оси, которые в свою очередь увеличивают частоту вращения наружной полуосевой шестерни. Движение ведущих колес с разными угловыми скоростями позволяет проходить поворот без пробуксовки. При этом, в сумме частоты вращения внутренней и наружной полуосевых шестерен всегда равна удвоенной частоте вращения ведомой шестерни главной передачи. Крутящий момент, независимо от разных угловых скоростей, распределяется на ведущие колеса в равном соотношении.
При движении по скользкой дороге одно из колес встречает большее сопротивление, тогда как другое проскальзывает - буксует. Дифференциал, в силу своей конструкции, заставляет вращаться буксующее колесо с увеличивающейся скоростью. Другое колесо при этом останавливается. Сила тяги на буксующем колесе, по причине низкой силы сцепления, мала, поэтому и крутящий момент на этом колесе тоже мал. А так как дифференциал у нас симметричный, то на другом колесе крутящий момент тоже будет небольшим. Тупиковая ситуация – автомобиль не может сдвинуться с места.
Для продолжения движения необходимо увеличить крутящий момент на свободном колесе. Это осуществляется с помощью
Если говорить об автомобильных коробках передач, то наиболее распространенным вариантом всегда считался механический вид этого устройства, а коробка автомат ассоциировалась скорее с женщиной-водителем. Однако, в последнее время АКПП завоевывает все большую популярность не только у женщин, но и у представителей мужского пола.
Естественно, у каждого из видов имеются свои преимущества и недостатки, поэтому оценивать их как безусловно хороший или несомненно плохой, конечно же нельзя. В данной статье, мы попытаемся немного разобраться в работе автоматической КПП, уделив особое внимание некоторым ее составляющим, а точнее, так называемым сателлитам КПП.
Что такое сателлиты коробки передач?
В автомобильной практике, под понятием «сателлит» подразумевают один из элементов , называемый еще планетарной шестерней. С конструктивной точки зрения – это зубчатое колесо планетарной передачи, оборудованное подвижной осью вращения. Как правило, данная деталь размещается в месте стыка с солнечной шестерней. Солнечная шестерня – центральный элемент, вокруг которой и вращаются зубчатые колеса. Благодаря такой конструкции, принцип работы сателлита напоминает нашу Солнечную систему, вокруг которой вращаются планеты, от сюда и название передачи – планетарная.
Планетарная передача самая важная часть КПП , ведь именно она обеспечивает весь диапазон рабочих взаимоотношений автоматической передаточной коробки, а остальные устройства только помогают качественному ее функционированию.
В наше время, указанный вид получил широкое распространение не только в автомобильном мире, но еще и в повседневной жизнедеятельности человека. К примеру, планетарная передача является основой работы многих электрических шуруповертов.
В автомобильной коробке автомат, как правило, расположено две таких передачи, которые объединены в один компонент. Сюда входят солнечная шестерня (размещена в центре), водило и кольцевая шестерня. Каждая составляющая может играть роль входной или выходной шестерни, или же вообще блокироваться. Передаточное отношение определяется выбором функции каждого компонента.
Такая система присутствует на многих АКПП и считается наиболее долговечной, так как из-за незначительной активности зубьев они редко выходят из строя. Кроме того, планетарная передача отличается простотой и компактностью, что позволяет более плавно переключать скорости, избегая разрывов в передачи мощности силового агрегата транспортного средства.
Замена сателлит коробки передач
Когда на шестернях дифференциала (в том числе и сателлитах) появляются трещины или начинают крошится зубья – это верный признак того, что указанный элемент подлежит замене. В случае незначительных повреждений поверхностей скольжения, присутствующий дефект можно устранить путем шлифовки мелкозернистой шкуркой, с последующей полировкой.
Выполняя замену сателлита коробки передач, необходимо выполнить ряд последовательных действий. Для начала выверните болты крепления ведомой шестерни главной передачи, при помощи которых она крепится к коробке дифференциала. Взаимное расположение коробки и шестерни стоит пометить.
Затем, установите под шестерню какой-то упор и выпрессуйте из нее коробку дифференциала.
Выполнить эту задачу поможет молоток и выколотка из мягкого металла, через которую будут наноситься удары. Дальше, пользуясь бородком, выбивают фиксирующий штифт оси сателлитов и достают его из коробки. Теперь, когда он в руках, можно без проблем снять ось сателлитов, а за ней, проворачивая шестерни дифференциала, вынуть из коробки и сами сателлиты, вместе с полуосевыми шестернями и опорными шайбами. Проведите осмотр рабочих поверхностей деталей зубьев сателлитов, шлицов и зубьев полуосевых шестерен. Если теория о сильном износе их рабочих поверхностей подтвердилась и Вы заметили, что зубья и правда начали крошится, то процедуру замены лучше не откладывать.
На данном этапе, все, что нужно – это установить на место вышедших из строя деталей, новые элементы и собрать все в обратной последовательности.
Принцип работы сателлитов в коробке передач
Чтобы разобраться в принципе работы сателлитов коробки передач, рассмотрим ее более детально. Функционирование АКПП обеспечивается работой двух основных составляющих – гидромуфтой
и уже упомянутой планетарной передачей
.
Гидромуфта представлена в виде двух лопастных колес, которые помещены в единый корпус, заполненный специальным маслом. Одно из колес – насосное, соединено с коленчатым валом двигателя, а второе – турбинное, непосредственно взаимодействует с трансмиссией.
Когда насосное колесо начинает вращаться, отбрасываемые потоки масла способствуют раскручиванию турбинного колеса, что позволяет передавать крутящий момент в соотношении 1:1. В случае с автомобилем, такой вариант совершенно не подходит, ведь здесь нужно, что бы крутящий момент мог меняться в широких диапазонах.
Поэтому, учитывая данный факт, между насосным и турбинным колесами начали устанавливать дополнительное колесо – реакторное, способное подстраиваться под рабочие режимы движения машины, что выражается либо в его вращении, либо в неподвижности. В неподвижном состоянии, реактор увеличивает скорость потока рабочей жидкости, которая циркулирует между колесами, а чем выше скорость ее движения, тем большее воздействие оказывается на турбинное колесо.
Таким образом, на турбинном колесе увеличивается, тоесть мы влияем на его трансформацию. Благодаря этому, устройство с тремя колесами, можно назвать уже не гидромуфтой, а гидротрансформатором.
Однако, и он не способен полностью трансформировать скорость вращения в нужных пределах. Кроме того, обеспечить движение автомобиля задним ходом, ему также не под силу. Именно поэтому, такое устройство дополняют набором из отдельных планетарных передач, обладающих разным передаточным коэффициентом. Со стороны это может выглядеть так, как будто несколько одноступенчатых КПП поместили в один общий корпус.
Планетарная передача – это механическая система, которая состоит из нескольких шестерен – сателлитов, вращающихся кругом центральной шестерни. Все вместе, сателлиты фиксируются благодаря водилу, а внешняя кольцевая шестерня, имеет внутренние зацепление с планетарными шестернями. Закрепленные на водиле сателлиты, вращаются кругом центральной шестерни, а внешняя шестерня, движется вокруг сателлитов. Разница передаточных отношений достигается путем фиксации разных деталей относительно друг друга.
За переключение передач отвечает система управления, которая изначально была полностью гидравлической, но в современном мире, на помощь ей пришла электроника.
Но почему же, в автоматической коробке передач, чаще всего, применяется именно планетарная передача? Можно же попробовать использовать валы с закрепленными на них шестернями (как в механической коробке)? Ту дело в том, что описанный тип передачи более компактный и обеспечивает быстрое, а главное плавное переключение скорости, без разрыва в передаче мощности мотора. Более того, за счет передачи нагрузки несколькими сателлитами, снижается напряжение зубьев, что обеспечивает сравнительно большую долговечность планетарных передач.
В одинарном варианте такой передачи, крутящий момент передается посредством двух ее элементов: один из которых ведущий, а второй – ведомый. Третий составляющий элемент остается в неподвижном состоянии.
Двухступенчатая планетарная передача представляет собой две объединенные передачи. Она состоит из одной кольцевой шестерни (всегда выходной), двух солнечных и двух наборов сателлитов. Расположение сателлитов в водиле выполнено таким образом, что один размещен ниже второго и не сопрягается с кольцевой шестерней, соединяясь только с другим сателлитом, посредством которого и достигается указанное соединение. Меньшие шестерни, сопрягаются исключительно с меньшей солнечной шестерней, а большие – соответственно, с большей шестерней, а также с меньшими сателлитами.
Преимущества и недостатки использования планетарных механизмов в КПП
Использование планетарных механизмов в КПП имеет ряд преимуществ, среди которых выделяют:
- сравнительно меньшие габариты трансмиссии;
Высокую надежность работы (работоспособность сохраняется даже в случае потери нескольких зубьев центральных колес);
Высокий коэффициент полезного действия при сравнительно больших передаточных числах;
Отсутствие поперечных нагрузок на основных валах;
Возможность отсоединения вала силового агрегата от трансмиссии, конечно, лишь при условии использования фрикционов передаточной коробки (в этом случае, коробка передач одновременно выполняет роль главного фрикциона);
Сравнительно высокую скорость переключения передач, что существенно повышает средний темп движения транспортного средства.
Однако, наряду с преимуществами, также, существуют и некоторые «минусы» применения планетарной передачи в КПП. Основными из них считаются необходимость в повышенном уровне точности изготовления, что объясняется наличием избыточных связей («лишних» сателлитов), и резкое снижение коэффициента полезного действия при работе с большими передаточными числами.
Зачастую, те планетарные передачи, в состав которых входят эпициклические колеса, имеют сравнительно больший уровень КПД, нежели те, которые состоят только лишь из колес внешнего зацепления. По этой причине, в планетарных КПП, применяются самые простые планетарные ряды с эпициклом. Количество переключений одного ряда, как правило, не превышает трех, что значительно упрощает систему управления фрикционами и тормозами. Кроме того, число планетарных рядов одной коробки передач, также, чаще всего, не превышает трех.
Наличие особенностей в проектировании и расчете таких передач, связано с присутствием избыточных кинематических связей (сателлитов). Гранично возможное число сателлитов в одном ряду, ограничивается условием соседства, которое гласит, что их количество должно быть таким, что бы они не соприкасались друг с другом.
Правда в реальности, число сателлитов редко превышает шесть, что объясняется трудностью равномерного распределения нагрузки между ними в случае большого их количества. Вторым необходимым условием существования и нормального функционирования планетарного ряда, является соблюдение условия соосности, а точнее соосности центральных колес, водила и эпицикла. В случае простого планетарного ряда, такое условие выражается в равенстве межосевых расстояний зацепления солнечного колеса и сателлита, а также зацепления сателлита и эпицикла.
Разветвление потока мощности при передаче силовых нагрузок посредством сателлитов, требует принятия определенных мер касательно обеспечения равномерности распределения поступающих нагрузок между всеми сателлитами. Среди основных причин отсутствия такой равномерности, выделяют следующие: неточности, допущенные при изготовлении зубчатых колес; разное межосевое расстояние сателлитов; перекос геометрии осей сателлитов (оси сателлитов и главная ось передачи непараллельные друг другу) и т.д.
В случае отсутствия обеспечения равномерного распределения нагрузки, расхождение в ее величине, у некоторых сателлитов, может достигать показателя в 70%. Выравнивания поступающей нагрузки между всеми сателлитами, можно достигнуть одним из следующих способов:
За счет повышения точности изготовления деталей планетарной передачи
Путем создания плавающего типа водила или одного из центробежных колес, благодаря чему они смогут иметь некую радиальную подвижность относительно корпуса и сопряженных элементов;
За счет применения упругих элементов конструкции (например, за счет использования обода эпицикла с повышенной гибкостью и осей сателлитов с малой жесткостью).
Расчет прочности описанного типа передач, производят по формулах, используемых в работе с цилиндрическими передачами. Определяя расчетный момент, который действует в зубчатом зацеплении, учитывают количество сателлитов, отвечающих за передачу рабочих нагрузок, а также неравномерность нагрузки на их зубья.
При изготовлении элементов планетарных передач, используются такие же материалы, как и при создании обычных зубчатых передач. Зачастую, это машиностроительные и легированные стали углеродистого происхождения, которые дополнительно подвергаются улучшенной термической обработке.
Подписывайтесь на наши ленты в
Планетарные механизмы относятся к наиболее сложным устройствам При небольших размерах конструкция характеризуется высокой функциональностью, что объясняет ее широкое применение в технологических машинах, велосипедной и гусеничной технике. На сегодняшний день планетарная имеет несколько конструкционных исполнений, но основные принципы работы ее модификаций остаются прежними.
Устройство агрегата
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 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 и муфт. Разве что в дифференциальных устройствах с коническими шестернями тормоза и блокировочные муфты отсутствуют.
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.
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
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.
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.
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
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.
Устройство и принцип работы
В планетарной МКП используется система шестерен-сателлитов, вращающихся вокруг центральной солнечной шестерни. Чаще всего сателлиты размещены внутри большой коронной шестерни (эпицикла), с которой находятся в постоянном зацеплении. В свою очередь сателлиты закреплены на водиле.
Изменение передаточного отношения планетарной МКП зависит от того, какой из трех основных элементов - солнечная шестерня, сателлиты с водилом и коронная шестерня - закреплен неподвижно, на какой подается крутящий момент и с какого элемента снимается трансмиссией. В любом случае один из трех основных элементов планетарной коробки (а сателлиты рассматриваются как одно целое с водилом) будет неподвижен, два других будут вращаться. Для остановки и блокировки одного из элементов КП используется система ленточных тормозов и блокировочных муфт. Но есть планетарные механизмы, в которых тормоза и муфты отсутствуют - речь идет о дифференциалах , которые тоже относятся к планетарным механизмам, построенным с применением конических шестерен.
Вариантов планетарных систем, применяемых в МКП, достаточно много. Описание принципа работы касается простейшей системы с тремя сателлитами, закрепленными на водиле под углом в 120 градусов.
Понижающая передача. Первый вариант. Если остановить эпицикл, крутящий момент от двигателя подавать на вал солнечной шестерни, а снимать крутящий момент с водила, то в результате частота вращения вала водила будет меньше, чем частота вращения солнечной шестерни.
Второй вариант. Если подать вращающий момент вала двигателя на эпицикл, заблокировать солнечную шестерню, а крутящий момент снимать с водила, получится тот же эффект (но с передаточным числом близким к единице).
Повышающая передача. Первый вариант. Эпицикл заблокирован, крутящий момент подается на водило с сателлитами, а снимается с центральной солнечной шестерни. В результате КП работает в качестве повышающего редуктора.
Второй вариант. Солнечная шестерня блокирована, крутящий момент подается на водило, снимается с большой коронной шестерни. Эффект получается такой же, КП работает в режиме повышающей передачи.
Задний ход. Первый вариант. Крутящий момент подается на солнечную шестерню, снимается с эпицикла, водило закреплено неподвижно. С этом случае КП работает в качестве редуктора с отрицательным передаточным отношением, то есть включен режим реверса крутящего момента.
Второй вариант. Крутящий момент подается на эпицикл, снимается с вала солнечной шестерни, водило, опять же, закреплено неподвижно. КП работает в реверсивном режиме с отрицательным передаточным отношением.
Применение планетарных МКП
В автомобильном транспорте МКП с ручным (а точнее, с ножным) управлением вышли из употребления еще в 1928 году - с прекращением выпуска легендарного автомобиля марки Ford T. В этой машине применялась планетарная механическая двухступенчатая коробка передач. При этом переключение передач производилось педалями, которые включали ленточные тормоза коробки. Первая передача включалась нажатием на правую педаль, вторая - на среднюю и задний ход - на левую педаль (всего было три педали, вместо педали "газа" использовался подрулевой рычаг).
В 30-е и последующие годы МКП была вытеснена полуавтоматическими и автоматическими планетарными КП. В полуавтоматах вместо сцепления использовались гидромуфты, в автоматах - гидротрансформаторы.
Сегодня планетарные МКП широко используются в гусеничной технике, в том числе и военной - в танках, тягачах, транспортерах. В авиационных турбинах, в металлорежущих станках - в качестве редукторов.
Очень популярны планетарные механический коробки передач, встроенные в заднюю втулку велосипедного колеса. Эти коробки легки, долговечны, эффективны и просты в эксплуатации, поскольку не требуют какого-либо обслуживания. В то же время они повышают стоимость велосипедов и не применяются в спортивных моделях - из-за большой массы (порядка 1,5-2 кг) и меньшей ремонтопригодности по сравнению с открытыми устройствами перевода цепи параллелограммного типа.
Достоинства и недостатки планетарных КП
К достоинствам планетарных коробок следует отнести компактность. Все детали планетарной КП вращаются вокруг одной оси. В них нет валов, ползунов и последовательно расположенных шестерен. В результате такая коробка занимает примерно столько же места, сколько одно-двухдисковое сцепление.
В то же время планетарные коробки способны передавать очень большой крутящий момент, что обуславливает их применение в тяжелой (в частности, танковой) технике. Эта особенность объясняется тем, что крутящий момент равномерно распределяется на сателлиты (которых может быть больше трех), зубья которых испытывают меньшие по сравнению с двух-трехвальными КП механические нагрузки. Планетарные коробки отличаются повышенным ресурсом и простотой обслуживания.
Конструкция планетарных коробок позволяет легко организовать систему управления - оснастить элементы КП ленточными тормозами и блокировочными муфтами (поясним: первые нужны для плавной остановки вращения шестерен, вторые - для окончательной блокировки и, соответственно, переключения передачи).
Наконец, правильно спроектированная планетарная КП с верно подобранным передаточным отношением шестерен имеет более высокий коэффициент полезного действия, чем двух-трехвальные механические КП.
Но вместе с тем есть у планетарных коробок и недостатки. Главный из них - сложность с проектирования и производства многоступенчатых КП. В автоматических коробках для получения трех и более ступеней переключения приходится прибегать к каскадным планетарным системами. Это усложняет КП и, соответственно, снижает ее КПД и надежность.
В наши дни наработки в области планетарных автомобильных коробок передач используются в производстве автоматических планетарных коробок, которые полностью вытеснили механические КП этого типа. Вместе с полуавтоматическими и бесступенчатыми трансмиссиями (прежде всего, с
Дифференциал - механизм распределения крутящего момента входного вала между двумя выходными полуосями ведущих колес или, на автомобилях повышенной проходимости,для распределения крутящего момента между передней и задней ведущими осями.
Это часть трансмиссии, которая на автомобилях классической и переднеприводной компоновки обычно выполняется в виде единого блока с главной передачей ,а на внедорожниках встраивается в раздаточную коробку
Свободный дифференциал всегда делит поступающий на него крутящий момент поровну - не зависимо от того, с равными или с разными скоростями вращаются ведущие колеса (или ведущие оси).
Назначение дифференциала
При движении автомобиля по криволинейным участкам дороги - например, в поворотах - колеса ведущей оси катятся по окружностям разной длины. Внешнее (по отношению к центру поворота автомобиля) колесо проходит больший путь, чем внутреннее. Эта разница тем больше, чем круче поворот. Аналогичная проблема возникает и в движении по прямой, если используются ведущие колеса разной размерности и т.п. Если в этих ситуациях колеса соединить жесткой осью,окажется, что одно колесо вращается быстрей, чем нужно для прохождения заданной траектории,а другое медленней. Значит, оба колеса будут пробуксовывать, испытывать повышенные нагрузки, сильней нагреваться и изнашиваться. Увеличится и расход топлива. Наконец, это нарушает курсовую устойчивость автомобиля и ведет к его заносу или сносу - особенно, на скользких дорогах.
Для компенсации разницы проходимого ведущими колесами пути используется особый механизм - дифференциал. Простейший, свободный дифференциал уравнивает крутящие моменты (или тяговые силы) обоих ведущих колес, и если скорости их вращения (или линейного движения) разные, то и мощности на них пропорциональны этой разнице. Колесо, вращающееся быстрей, тратит на это несколько большую мощность, чем то, которое вращается медленней.
Таким образом дифференциал предназначен для обеспечения вращения ведущих колес с разными угловыми скоростями при постоянно передаче крутящего момента на оба колеса ведущей оси. Эта же логика присутствует и в работе межосевого дифференциала.
Устройство и принцип действия
Дифференциал классической конструкции устроен просто. Например, на заднеприводном автомобиле вращение от ведомого вала коробки передач передается через карданный вал на ведущую коническую шестерню главной передачи, которая находится в постоянном зацеплении с ведомой шестерней главной передачи. Ведомая шестерня является одновременно корпусом дифференциала, в котором перпендикулярно оси ведомой шестерни закреплена ось сателлитов - малых конических шестерен. Последние вращаются вместе с корпусом дифференциала относительно оси ведомой шестерней главной передачи. Сателлиты находятся в постоянном зацеплении с коническими шестернями левой и правой полуосей ведущих колес.
При прямолинейном движении автомобиля сателлиты относительно собственной оси не вращаются. Но каждый, подобно равноплечему рычагу, делит крутящий момент ведомой шестерни главной передачи поровну между шестернями полуосей.
Когда автомобиль движется по криволинейной траектории, внутреннее по отношению к центру описываемой автомобилем окружности колесо вращается медленней,наружное быстрей - при этом сателлиты вращаются вокруг своей оси, обегая шестерни полуосей. Но принцип деления момента поровну между колесами - сохраняется. Мощность же, подаваемая на колеса, перераспределяется,- ведь она равна произведению крутящего момента на угловую скорость колеса. Если радиус поворота настолько мал, что внутреннее колесо останавливается, тогда внешнее вращается с вдвое большей скоростью, чем при движении автомобиля по прямолинейной траектории. Итак, дифференциал не меняет крутящий момент, но перераспределяет между колесами мощность. Последняя всегда больше на том колесе, которое вращается быстрее.
Применение дифференциалов
В автомобилях с одной ведущей осью устанавливается один дифференциал, объединенный с главной передачей. В автомобилях с двумя и более ведущими осями дифференциалы устанавливаются в каждую ведущую ось (например, в трехосном грузовике или автобусе с двумя задними ведущими осями дифференциалы установлены в среднюю и заднюю оси). В автомобилях с подключаемым полным приводом дифференциалы устанавливаются в каждую ведущую ось (у двухосного полноприводного джипа с подключаемым передним ведущим мостом два дифференциала - по одному в каждой ведущей оси), но эксплуатация этих машин с постоянно подключенной передней осью не рекомендуется по причине повышенного износа главных передач и колес из-за неравномерно распределяемой мощности между осями. В свою очередь в автомобилях повышенной проходимости с постоянно подключенными ведущими осями применяют три дифференциала - по одному в каждой ведущей оси и один межосевой, установленный в раздаточной коробке. Межосевой дифференциал распределяет мощность между ведущими осями в зависимости от длины проходимого колесами оси пути. К примеру, передние колеса могут преодолевать возвышение, задние еще двигаться по прямой - передние колеса описывают более длинный путь, чем задние, соответственно, межосевой дифференциал обеспечивает передачу большей части мощности двигателя на переднюю ось, чем на заднюю. На многоосных транспортных средствах с несколькими ведущими осями применяют межтележечный дифференциал.
Дифференциал не применяется на транспортных средствах с одним ведущим колесом - в частности, на мотоциклах и трициклах с двумя передними управляемыми колесами. Если трицикл построен по схеме с одним передним управляемым колесом и двумя ведущими задними, то на нем применяют автомобильный ведущий мост с дифференциалом. Обычно подобные трициклы строят по индивидуальным заказам на базе популярных тяжелых моделей (пример - кастомные трициклы на базе «Харлей-Дэвидсон»).
На гоночных автомобилях на основе серийных моделей (например, на раллийных или для кольцевых гонок) дифференциал перед гонками блокируют, поскольку повороты такие машины проходят на большой скорости и с заносом. В данном случае склонность автомобиля к заносу из-за отсутствия дифференциала считается преимуществом.
Недостаток дифференциала
Главным недостатком дифференциала классической конструкции является проблема пробуксовки колеса, потерявшего контакт с поверхностью дорожного полотна. Когда одно из ведущих колес вращается в вывешенном состоянии его скорость вдвое больше, чем была бы при этих же оборотах ведомой шестерни дифференциала при нормальном движении по прямой. Зато второе колесо вообще не вращается. Причина проста. Момент сопротивления вращению вывешенного колеса ничтожен, соответственно мал и подводимый к нему крутящий момент. Значит, столь же мал крутящий момент и на противоположном колесе - оно стоит. Если же одно из колес буксует - с повышенными оборотами, но с существенным сопротивлением (например, в грязи, песке и т.п.), то такой же крутящий момент поступает и на другое, не буксующее, колесо. В результате автомобиль может двигаться с небольшой скоростью. При этом на буксующее колесо подается более высокая мощность - она тратится на нагрев шины, дороги и т.д.
Эффект пробуксовки снижает проходимость автомобиля со свободным дифференциалом. Для решения этой проблемы автомобили оснащают механизмами блокировки дифференциала - ручной или автоматической - различной конструкции.
Механизмы блокировки дифференциала
- Ручная блокировка дифференциала
Самым простым способом блокировки дифференциала является применение механизма с ручным управлением. Этот вид блокировки применяется на автомобилях повышенной проходимости. Блокировка производится блокировочными муфтами, которые фиксируют сателлиты. Дифференциал отключается. К достоинствам данного типа блокировки можно отнести простоту и надежность конструкции, к недостаткам - необходимость точно оценивать дорожную обстановку и отключать блокировку дифференциала при движении по качественным дорогам во избежание поломок главной передачи и ведущего моста в целом.- Блокировка дифференциала с электронным управлением
На современных полноприводных легковых автомобилях повышенной проходимости с развитым компьютерным управлением работой агрегатов и механизмов устанавливают антипробуксовочную систему с электронным управлением. Как только бортовой компьютер автомобиля (или электронный блок антипробуксовочной системы) получает от датчика вращения сигнал о том, что одно колесо оси вращается значительно быстрей второго, свободное колесо притормаживается рабочим тормозом - благодаря свободному дифференциалу мощность передается на колесо, которое не утратило контакта с дорожным покрытием. Эта система требует наличия системы раздельного привода тормозов всех четырех колес и точной отладки датчиков. Антипробуксовочные системы позволяют достаточно тонко регулировать распределение мощности в зависимости от состояния дорожного покрытия и избежать потерь мощности двигателя при срабатывании дифференциала. С другой стороны, управляющая система из датчиков и исполнительных приводов тормозов (на соленоидах) обладает инерционностью, поэтому работает с некоторым запозданием, что приходится учитывать водителю.
На гоночных автомобилях иногда применяются фрикционные дифференциалы с тормозными ленточными механизмами, управляемыми электроникой.
- Автоматическая блокировка с применением фрикционной муфты
На спортивные автомобили, выпускаемые малыми сериями или по заказу, иногда устанавливают фрикционные самоблокирующиеся дифференциалы. На серийных машинах эти дифференциалы редкость, поскольку они требуют особого обслуживания и подвержены интенсивному износу. Фрикционные муфты устанавливаются между полуосевыми шестернями и корпусом дифференциала. При прямолинейном движении автомобиля полуоси вращаются с одинаковой угловой скоростью - сила трения во фрикционных муфтах равна нулю, дифференциал распределяет мощность между колесами ведущей оси поровну. Как только одна из полуосей начинает вращаться быстрей, диски фрикционной муфты сближаются, за счет возникающих сил трения муфта притормаживает вращение свободной полуоси. Этот тип дифференциала отличается невысокой эффективностью при большой разнице в угловых скоростях ведущих колес (например, на поворотах с малым радиусом закругления).
