Планетарный механизм акпп: устройство, принцип работы и особенности

Кинематические схемы планетарных механизмов АКПП

Итак, как уже отмечалось, планетарные механизмы появились на автомобилях в начале ХХ-го столетия. И первым серийно выпускаемым автомобилем с планетарной, но не автоматической, коробкой передач был знаменитый ФОРД-Т. Это была коробка, позволяющая реализовать две передачи переднего хода, одна из которых прямая, и одну передачу заднего хода. Она состоит из двух планетарных рядов (характерной особенностью которых было положительное значение внутреннего передаточного отношения при остановленном водиле) двух ленточных тормозов и одной блокировочной муфты (рис.1). Причем водило для этих двух планетарных рядов является общим элементом, и одновременно ведущим звеном 0.

Рис.1.

   При затяжке тормоза звена 2 коробка работает в редукторном режиме, а при включении тормоза звена 1 реализуется передача заднего хода. Включение блокировочной муфты, установленной между ведущим звеном 0 и ведомым Х приводит к полной блокировки планетарного механизма, что соответствует прямой передачи. Конструкция этой коробки была далеко несовершенной, и, кроме того, наличие двух передач было явно не достаточно, но все равно она долгое время использовалась на автомобилях ФОРД-Т.

Прежде, чем рассмотреть кинематические схемы построения планетарных механизмов современных АКПП, познакомимся с основными элементами планетарных механизмов. Любой планетарный механизм (рис.2) состоит из ведущего звена (О), ведомого звена (Х), звеньев (1,2, 3,…), планетарных рядов (ПР1, ПР2,…) и трех типов элементов управления: тормозов (Т1, Т2,…), блокировочных муфт (М1, М2,…) и муфт свободного хода (А1, А2,…).

Как правило, современные АКПП состоят из двух или трех планетарных рядов. Причем, используются в основном планетарные ряды второго класса, т.е. планетарные ряды с отрицательным внутренним передаточным отношением.

Тормоз предназначен для остановки (блокировки с картером) звеньев планетарного механизма. При включении тормоза какого-либо звена его угловая скорость становится равной нулю, так, например, при включении тормоза Т1 (рис.2) угловая скорость первого звена ω₁=0. Тормоз может быть ленточным (Т1), дисковым (Т2) или в качестве тормоза может быть использована муфта свободного хода (А1).

Блокировочная муфта служит для жесткого соединения (блокировки) любых двух звеньев планетарного механизма. При ее включении угловые скорости звеньев, которые она соединяет, становятся равными. Например, включение муфты М1 (рис.

2) приведет к тому, что угловая скорость второго звена станет равной угловой скорости ведущего звена 0. В качестве блокировочных муфт в АКПП используются дисковые муфты (М1) или муфты свободного хода (А2).

Рис.2.

 

В теории планетарных механизмов планетарные коробки передач принято классифицировать по числу степеней свободы, которыми они обладают в случае полного выключения всех элементов управления. Коробки бывают:

·        двухстепенными;

·        трехстепенными;

·        четырехстепенными и т.д.

Для включения передачи в случае двухстепенной коробки передач, необходимо воздействовать на один элемент управления. Причем, если это будет блокировочная муфта, то коробка полностью заблокируется, что соответствует прямой передаче. Если коробка передач обладает тремя степенями свободы, то для включения передачи необходимо воздействовать на два элемента управления. При этом одновременное включение двух блокировочных муфт приведет к блокировке коробки передач, т.е. ее передаточное отношение будет равно 1. В случае четырехстепенной коробки передач для включения передачи необходимо воздействие на три элемента управления и т.д.

Определить количество степеней свободы любой планетарной коробки передач достаточно просто. Для этого можно воспользоваться формулой Чебышева:

W = n — k_мех

где W- число степеней свободы;

       n – число звеньев, включая ведущее и ведомое;

       k_мех – число планетарных рядов, входящих в состав планетарной коробки передач.

Так, например, коробка передач автомобиля ФОРД-Т (рис. 1) обладает двумя степенями свободы:

W=4-2=2,

а коробка передач, кинематическая схема которой представлена на рисунке 2, обладает тремя степенями свободы:

W=5-2=3.

В настоящее время в АКПП используются планетарные механизмы с тремя и четырьмя степенями свободы.

Долгое время легковые автомобили оснащались трехскоростными автоматическими коробками передач. Причем, как правило, они строились по одной из двух кинематических схем:

·        схеме Симпсона;

·        схеме, в которой используется планетарный ряд со сцепленными сателлитами.

Схема Симпсона — схема, которая состоит из двух последовательно расположенных планетарных рядов (рис.8). Оба ряда относятся ко второму классу планетарных механизмов, т. е. их внутренние передаточные отношения при остановленном водиле имеют отрицательные значения. Для  управления используются две блокировочные муфты, два ленточных тормоза и муфта свободного хода. Особенностью является объединенные в одно звено малые центральные колеса (МЦК) этих двух планетарных рядов. Большое центральное колесо (БЦК) первого планетарного ряда и общие МЦК могут через две  блокировочные муфты жестко соединяться с ведущим валом (О).  Водило второго планетарного ряда оборудовано тормозом. Ведомое звено (Х) входит в оба планетарных ряда – в первый в качестве водила, а во второй в качестве БЦК. Схема Симпсона позволяет реализовать следующие режимы:

· нейтраль;

· две понижающие передач;

· прямую передачу;

· задний ход.

 

Рис. 8.

В схеме со сцепленными сателлитами (рис.9) два планетарных ряда, также относящихся ко второму классу планетарных рядов, имеют общее водило с тремя парами сцепленных сателлитов. Каждая такая пара состоит из одного короткого и одного длинного сателлита. Каждое из двух независимых малых центральных колес имеют зацепление с одним из двух сцепленных сателлитов. Кроме того, имеется одно БЦК, которое входит в зацепление с длинными сателлитами. Для управления используются две блокировочные муфты, два тормоза и одна  обгонная муфта. Схема позволяет реализовать следующие режимы:

· нейтраль;

· две понижающие передач;

· прямую передачу;

· задний ход.

Рис. 9.

 Необходимость повышения топливной экономичности транспортных средств привело к тре­бованию дополнения трехскоростных АКПП четвертой, повышающей, пе­редачей. Здесь разработчики пошли двумя путями:

• стали искать новые кинематические схемы с це­лью получения четвертой передачи;

·        дополнили уже существующие трехскоростные схемы допол­нительным, так называемым, повышающим планетарным рядом.

Причем повышающий планетарный ряд устанавливается как перед основной коробкой передач (рис.10), так и после нее (рис.11).

Рис.10

Рис. 11.

 

В повышающем планетарном ряду ведущим звеном является водило, а ведомым — большое центральное колесо. Этот ряд, как правило, оборудован блокировочной муфтой, муфтой свободного хода, дублирующей блокировочную муфту, и тормозом малого центрального колеса. На первых трех передачах переключения происходят в основной трехступенчатой коробке передач, а повышающий планетарный ряд заблокирован с помощью муфты свободного хода или блокировочной муфты (рис.10, 11). Для получения повышающей передачи в основной коробке включается третья (прямая) передача, а повышающий планетарный ряд разблокируется и в нем включается тормоз малого центрального колеса, что соответствует формированию повышающей передачи.

Использование повышающего планетарного ряда приводит к тому, что коробка передач становится четырехстепенной:

W = n — k_мех = 7-3 = 4.

Поэтому для получения жесткой кинематической связи между ведущим и ведомым звеньями необходимо включить три элемента управления.

В настоящее время, практически, все фирмы, занимающиеся разработкой автоматических коробок передач, выпускают четырехступенчатые коробки, построенные с помощью двух планетарных рядов. Все эти коробки передач обладают тремя степенями свободы, что несколько упрощает их систему управления. Ниже представлены кинематические схемы четырехскоростных коробок передач основных фирм, занимающихся производством автоматических коробок передач.

По материалам сайта www.tahoe.ru

Более 2000 руководств по ремонту и техническому обслуживанию автомобилей различных марок

Автоматическая коробка передач — Pddtut.

com

Содержание

• 1 Автоматическая коробка передач — устройство
  • 1.1 Гидротрансформатор.
  • 1.2 Принцип работы гидротрансформатора.
  • 1.3 Планетарный редуктор.
  • 1.4 Гидравлическая система управления.
  • 1.5 Достоинства и недостатки АКПП.

Как ни странно, но в настоящее время АКПП (автоматическая коробка переключения передач) набирает популярность у автолюбителей и будущих автовладельцев. (Ваш покорный слуга относится к противникам данного вида коробок). Но об этом ниже.

Итак, АКПП…

Основное назначение АКПП — такое же, как и у механики – прием, преобразование, передача и изменения направления крутящего момента. Различаются автоматы по количеству передач, по способу переключения, по типу сцепления и по типу применяемых актуаторов.

Автоматическая коробка передач автомобиля

Работу АКПП лучше рассмотреть на конкретном примере, а именно на классической трехступенчатой коробке передач с гидравлическими актуаторами (приводами) и гидротрансформатором. Надо отметить, что существуют и преселективные АКПП.

Автоматическая коробка передач.

 

В устройство АКПП входит:

1. Гидротрансформатор – механизм, обеспечивающий преобразование, передачу крутящего момента, используя рабочую жидкость. Рабочая жидкость для АКПП обычно, готовое трансмиссионное масло для автоматических коробок передач. Но многие автолюбители используют  жидкость для гидравлических приводов большегрузной техники (веретенку), хотя это и неправильно. Веретенка не предназначена для работы в условиях высокой скорости движения шестерен.
2. Планетарный редуктор – узел, состоящий из «солнечной шестерни», сателлитов, и планетарного водила и коронной шестерни. Планетарка является главным узлом автоматической коробки.
3. Система гидравлического управления – комплекс механизмов, предназначенных для управления планетарным редуктором.

Для того чтобы более полно объяснить принцип работы АКПП начнем с гидротрансформатора.

Гидротрансформатор.

Гидротрансформатор.

Гидротрансформатор служит одновременно сцеплением и гидромуфтой для передачи крутящего момента к планетарному механизму.

Представьте себе две крыльчатки с лопастями, расположенными друг напротив друга на минимальном расстоянии и заключенных в одном корпусе. В нашем случае одна крыльчатка называется насосное колесо, которое соединено жестко с маховиком, вторая крыльчатка называется турбинным колесом и соединено посредством вала с планетарным механизмом. Между лопастными крыльчатками находится рабочая жидкость.

Принцип работы гидротрансформатора.

Во время работы двигателя, при вращении маховика вращается и насосное колесо, его лопасти подхватывают рабочую жидкость и направляют ее на лопасти турбинного колеса, под действием центробежной силы. Соответственно лопасти турбинного колеса приходят в движение, но рабочая жидкость после выполнения работы отлетает от поверхности лопастей и направляется обратно на насосное колесо, тем самым тормозя его. Но не тут то было! Для изменения направления отлетающей рабочей жидкости между колесами располагается реактор, у которого так же имеются лопасти и расположены они под определенным углом. Получается следующее —  жидкость от турбинного колеса возвращаясь через лопасти реактора ударяет вдогонку лопасти насосного колеса, тем самым увеличивая крутящий момент ДВС, потому что сейчас действуют две силы – двигателя и жидкости. Надо отметить, что при начале движения насосного колеса, реактор стоит неподвижно. Так продолжается до тех пор, пока обороты насосного не сравняются с оборотами турбинного колеса и стоящий неподвижно реактор только будет мешать своими лопастям – притормаживать обратное движение рабочей жидкости. Для исключения этого процесса в реакторе находится муфта свободного хода, которая позволяет реактору крутиться со скоростью крыльчаток, этот момент называется точкой сцепления.

Получается, что при достижении номинальных оборотов двигателя, сила от двигателя передается на планетарный механизм через… жидкость. Другими словами гидротрансформатор АКПП превращается в гидромуфту. Значит, крутящий момент уже передался дальше – на планетарный механизм?

Нет! Для того чтобы передать силу от двигателя, необходимо чтобы сработала муфта привода от ведущего вала. Но все по порядку…

Планетарный редуктор.

Планетарный редуктор состоит из:

1. планетарных элементов
2. муфт сцепления и тормозов
3. ленточных тормозов

Планетарный редуктор

Планетарный элемент представляет собой узел из солнечной шестерни, вокруг которой расположены сателлиты, которые в свою очередь крепятся на планетарное водило. Вокруг сателлитов находится коронная шестерня. Вращаясь, планетарный элемент передает крутящий момент на ведомую шестерню.

Муфта сцепления представляет собой набор дисков и пластин, чередующихся друг с другом. Чем-то муфта АКПП представляет собой сцепление мотоцикла. Пластины муфты вращаются одновременно с ведущим валом, а вот диски соединены с элементом планетарного ряда. Для трехступенчатой коробки планетарных рядов два – первой-второй передачи и второй-третьей. Привод в действие муфты обеспечивается сжатием между собой дисков и пластин, этот работу выполняет поршень. Но поршень не может сам двигаться, в действие он приводится гидравлическим давлением.

Ленточный тормоз

Ленточный тормоз выполнен в виде обхватывающей пластины одного из элементов планетарного ряда и приводится в действие гидравлическим актуатором.

Для понятия работы всей коробки разберем работу одного планетарного ряда. Представим себе, что затормозилась солнечная шестерня (в центре), значит, в работе остаются коронная и сателлиты на  планетарном водило. В этом случае скорость вращения водило будет меньше, чем скорость коронной шестерни. Если позволить солнечной шестерне вращаться с сателлитами, а затормозить водило, то коронная шестерня изменит направление вращения (задний ход). Если скорости вращения коронной шестерни, водило и солнечной шестерни, будут одинаковые, планетарный ряд будет вращаться как единое целое, то есть, не преобразовывая крутящий момент (прямая передача). После всех преобразований крутящий момент передается на ведомую шестерню и далее на хвостовик коробки. Надо отметить что мы рассматриваем принцип работы автоматической коробки передач у которой ступени расположены на одной оси, такая коробка предназначена для авто с задним приводом и передним расположением двигателя. Для переднеприводных авто, размеры коробки должны быть уменьшены, поэтому как и МКПП вводятся несколько ведомых валов.

Таким образом, затормаживая и отпуская один или несколько элементов вращения можно добиться изменения скорости вращения и изменения направления. Всем этим процессом управляет гидравлическая система управления.

Гидравлическая система управления.

Гидравлическая система управления.

Гидравлическая система управления состоит из масляного насоса, центробежного регулятора, системы клапанов, исполняющих устройств и масляных каналов. Весь процесс управления зависит от скорости вращения двигателя и нагрузки на колеса. При движении с места масляный насос создает такое давление, при котором обеспечивается алгоритм фиксации элементов планетарного ряда так, что бы крутящий момент на выходе был минимальным, это и есть первая передача (как говорилось выше – затормаживается солнечная шестерня в двух ступенях). Далее при росте оборотов, давление увеличивается и в работу входит вторая ступень на уменьшенных оборотах, первая ступень работает в режиме прямой передачи. Увеличиваем еще обороты двигателя – коробка передач начинает работать вся в режиме прямой передачи.

Как только нагрузка на колеса увеличится, то центробежный регулятор начнет понижать давление от масляного насоса и весь процесс переключения повторится с точностью до наоборот.

При включении пониженных передач на рычаге переключения, выбирается такая комбинация клапанов масляного насоса, при которой включение повышенных передач невозможно.

Достоинства и недостатки АКПП.

Главным достоинством автоматической коробки передач, конечно, служит комфорт при вождении — дамы просто в восторге! И, бесспорно, с автоматом двигатель не работает в режиме повышенных нагрузок.

Недостатки (и они очевидны) – низкий КПД, полное отсутствие «драйва» при трогании с места, большая цена, а главное – авто с автоматом нельзя завести с «толкача»!

Подводя итоги, скажем, что выбор коробки это дело вкуса и… стиля вождения!

Каковы наилучшие коэффициенты редукции?

ДОСТУПНЫЕ СООТНОШЕНИЯ

— Для одноступенчатых редукторов доступны следующие передаточные числа: 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 и 10.

— Для двухступенчатых редукторов вы можете заказать любое передаточное отношение, кратное этому. Например, вы можете выбрать соотношение 81 (9×9)

. — Также доступны 3 ступени соотношения. Например, коэффициент 300 состоит из 10x6x5 или 10*10*3

. Не все соотношения видны в даташитах, но их можно сделать стандартными. Чтобы знать, какой крутящий момент может быть обеспечен при выбранном вами соотношении, вы должны знать, что мы всегда ставим на вход самое высокое передаточное число. Например, коэффициент 35 состоит из 7×5, поэтому 7 будет коэффициентом ввода, а 5 — коэффициентом вывода. Значение крутящего момента, которое вы ищете, представляет собой крутящий момент передаточного отношения 5.9.0007

НЕ ВСЕ ПЕРЕДАЧИ ОДИНАКОВЫ В ПЛАНЕТАРНОЙ КОРОБКЕ ПЕРЕДАЧ

Допустимые номинальные и максимальные крутящие моменты зависят от передаточного отношения. Из-за планетарного принципа снижения скорости не все передаточные числа одинаковы, и не все передаточные числа могут обеспечить одинаковую производительность.

Передаточное число — это отношение числа зубьев солнечной шестерни к числу зубьев других внутренних шестерен (планетарных и кольцевых шестерен). В планетарном редукторе с передаточным отношением 10 солнечная шестерня будет иметь небольшое количество зубьев, а планетарная шестерня будет иметь большое количество зубьев. В редукторе с передаточным числом 3 солнечная шестерня будет иметь большое количество зубьев, а планетарная шестерня будет маленькой. Этот факт влияет на выбор наилучшего соотношения.

Давайте сравним последствия использования коэффициента 10 или коэффициента 3.

При передаточном отношении 10 (как на картинке) только одна часть будет вращаться быстро: солнечная шестерня. Его размер мал по сравнению с размером 3 планетарных шестерен. Следовательно, мы можем сказать, что передаточное отношение 10 является идеальным при непрерывном вращении (поскольку планетарные шестерни вращаются медленно, температура не будет нарастать на уровне игольчатых подшипников внутри планетарных шестерен), но передаточное число 10 не будет работать так хорошо при быстрых реверсах. условий (поскольку солнечная шестерня маленькая, а другие элементы (такие как планеты или водило планетарной передачи) тяжелые, она может страдать от усталостного повреждения быстрее, чем другие передаточные числа, во время реверсирования). В отличие от планетарных шестерен, солнечная шестерня передает всю мощность двигателя!

— В передаточном отношении 3 принцип противоположный: солнечная шестерня большая, а планетарная шестерня маленькая и легкая. Слабым элементом будут не сателлиты или солнечная шестерня, а внутренний зубчатый венец, который может страдать от абразивного износа при разгоне. Кроме того, в случае непрерывного вращения игольчатые подшипники внутри сателлитов будут вращаться быстро, что может привести к перегреву.

В ПОИСКЕ СИЛЬНЫХ СООТНОШЕНИЙ

— Общепризнанно, что «сильными» передаточными числами являются передаточные числа 5 и 6, поскольку они будут безопасно работать как при непрерывном вращении, так и при быстром реверсировании.

— Ratio 4 будет хорошо работать в условиях быстрых разворотов. И планетарная шестерня, и солнечная шестерня будут иметь большое количество зубьев.

— Передаточное отношение 10 может показаться удобным для использования на первый взгляд, но это самая слабая конструкция, которую вы можете получить в одноступенчатом планетарном редукторе.

Если вы можете изменить количество зубьев выходного компонента (например, шкива или шестерни при использовании зубчатой ​​рейки), вы можете подумать об изменении количества зубьев, чтобы получить передаточное число от 4 до 8 в планетарном редукторе. От 4 до 6 предпочтительнее при частом ускорении, от 6 до 8 при вращении в течение более длительного периода. Если вы не можете использовать коэффициент 8 вместо коэффициента 10, возможно, вам подойдет коэффициент 12, и вам понравится сила коэффициента 3 или 4, используемого на его выходе.

Мы будем рады оптимизировать внутреннюю конструкцию редуктора в соответствии с вашими требованиями. Например, соотношение 36 можно составить из 4×9 или 6×6. Мы выберем 6×6 в случае непрерывного вращения или 4×9 в случае быстрых разворотов… если получим информацию! Так что не стесняйтесь обращаться к нам, мы будем рады помочь!

Производители планетарных редукторов, Поставщик планетарных редукторов с высоким крутящим моментом — SGR

Планетарная коробка передач

Планетарный редуктор SGR (серия N) отличается компактными размерами, низким уровнем шума и отличной долговечностью. Каждая коробка передач SGR спроектирована таким образом, чтобы обеспечить пропорциональное распределение крутящего момента с высокой несущей способностью на низкоскоростном валу.

Все планетарные редукторы закалены для обеспечения высокой твердости поверхности. Это гарантирует эффективность трансмиссии на протяжении всего срока службы нашей планетарной коробки передач.

У нас есть 16 моделей планетарных редукторов для различных диапазонов крутящего момента. Каждая модель имеет от 1 до 5 ступеней редуктора для разных передаточных чисел. Нужна ли вам линейная или прямоугольная планетарная передача. Они доступны как в мужской, так и в женской конфигурации.

Меню продуктов

Серия N: Рядный планетарный редуктор

Рядный планетарный редуктор SGR (серия NE) поставляется в прочном и точном корпусе из чугуна с шаровидным графитом. Благодаря малошумной работе и высокому качеству производственного процесса (ISO 9001:2008, сертификаты SGS и CE). ) рассчитан на высокую эффективность (более 95%) и приложений с более высокой удельной мощностью. Они имеют модульную конструкцию, поэтому их можно штабелировать в зависимости от конкретных требований заказчика.

Узнать больше

Серия N3: 3-ступенчатый планетарный редуктор

3-ступенчатый планетарный редуктор SGR (серия N3) имеет широкий диапазон конструкций низкоскоростных валов, таких как: цилиндрический со шпонкой, шлицевой, полый со стяжной муфтой или шлицевый полый вал.

Подробнее

Серия N4: 4-ступенчатый планетарный редуктор

Наш 4-ступенчатый планетарный редуктор (серия N4) оснащен подшипником для тяжелых условий эксплуатации на низком валу. Мы разработали его, чтобы нести огромную радиальную нагрузку.

Подробнее

Серия N5: 5-ступенчатый планетарный редуктор

Наш 5-ступенчатый планетарный редуктор (серия N5) представляет собой высокоточное и качественное оборудование для управления движением, соответствующее стандартам ISO 9001:2008, SGS и CE. .

Узнать больше

Серия NCE: Угловой планетарный редуктор

SGR Угловой планетарный редуктор (серия NCE) имеет компактную конструкцию и является идеальным выбором в условиях ограниченного пространства.

Узнать больше

Серия N+C: планетарно-червячный редуктор

Планетарно-червячный редуктор серии N+C представляет собой специальную конструкцию SGR для клиентов, которым требуется низкая скорость при высоком крутящем моменте.