Планета́рный реду́ктор
,
дифференциа́льный реду́ктор
(от лат. differentia – разность, различие) — один из классов механических редукторов. Редуктор называется планетарным из-за планетарной передачи, находящейся в редукторе, передающей и преобразующей крутящий момент. Планетарный редуктор может быть с одной или более планетарными передачами.
Планетарная передача в действии. Водило остановлено.
Содержание
- 1 Устройство и принцип действия планетарного редуктора
- 2 Применение планетарных редукторов 2.1 Универсальные планетарные редукторы
- 2.2 Планетарные редукторы в грузовых лебёдках
- 2.3 Планетарные редукторы в электроинструменте
- 2.4 Планетарный редуктор в ведущих мостах и колёсах
- 2.5 Планетарные редукторы в коробке передач
- 2.6 «Редукторный стартёр» автомобильных двигателей
Устройство и принцип действия планетарного редуктора
Устройство планетарного редуктора.
- Солнечная шестерня
— в центре редуктора. - Зубчатый венец (эпици́кл)
— на периферии редуктора. - Сателли́ты
— три малые шестерни между солнечной и коронной. - Води́ло
— не показано (механически соединяет все сателлиты); сателлиты вращаются на осях водила .
В зависимости от кинематической схемы привода вращение может подводиться к любому элементу редуктора и сниматься с любого другого. При этом третий элемент должен быть заторможен. Меняя схему подвода и снятия крутящего момента в рамках одной планетарной передачи можно получать разные передаточные числа и направления вращения. Эта возможность используется в планетарных коробках передач.
Ступенчатые
Такие коробки передач обычно выполняют с зубчатым зацеплением. Число пар шестерён может колебаться от четырёх и выше. Чем больше количество передаточных чисел коробки, тем более эффективно используется мощность мотора. Выше восьмой передачи не принято устанавливать — водители начинают путаться.
Ступенчатая механическая коробка.
С увеличением массы автомобиля растёт и потребность в лучшем распределении мощности мотора на разных участках дороги и режимах движения. Порой даже КПП с 8 ступенями бывает недостаточно. Для этого на основную коробку передач устанавливают дополнительную — она носит название мультипликатор. Их общая работа позитивно сказывается на топливно-скоростных характеристиках автомобиля. Переключение коробки осуществляется специальным рычажком.
К ступенчатым коробкам передач относятся все имеющие пары шестерён коробки. Например, механическая коробка передач.
Строго говоря, большинство КПП механические (МКПП). Механическую коробку передач правильнее называть КПП с ручным переключением передач. Так уж получилось, что название «механическая» уже является устоявшимся названием.
В механической КПП есть несколько валов:
- ведущий, воспринимающий крутящий момент со сцепления;
- ведомый, на который этот момент надо передать;
- промежуточные, с помощью которых этот момент передаётся.
Устройство коробки аналогично устройству обычного редуктора. Валов может быть три и больше.
Схема устройства автомобильной коробки передач.
На всех валах шпонками закреплены шестерни коробки, входящие в зацепление с шестерными на соседних валах. Так, от шестерни на одном валу через зубчатое зацепление момент проходит свой путь от ведущего вала к ведомому. Дополнительно внутри КПП установлен вал с шестерней обратного хода. Он часто вынесен отдельно.
Так как зубчатое зацепление не может быть соединено при разных скоростях шестерён, то сперва надо синхронизировать их вращение. Для этого были изобретены синхронизаторы коробки. Синхронизаторы подводятся рычажком кулисой к нужной паре, входят в соприкосновение трущимися поверхностями, начинают вращаться и передавать момент от ведущей на ведомую шестерню до момента синхронизации скоростей и вводят их в зацепление.
Кроме классической конструкции с неподвижными валами, являющейся самой распространённой, ступенчатая коробка может иметь вращающиеся вокруг ведущего вала ведомые валы. Такая коробка называется планетарной и устанавливается на некоторые модели сверхтяжёлых грузовых автомобилей или на погрузчики.
Схема классической конструкции КПП.
Применение планетарных редукторов
Универсальные планетарные редукторы
Промышленность всего мира выпускает множество типовых серий планетарных редукторов и мотор-редукторов для использования в приводах различных общепромышленных механизмов, например отечественные 3МП[1]. В одном типоразмере обеспечиваются различные передаточные числа от единиц до десятков и сотен. Преимущества перед обычными цилиндрическими редукторами — компактность, перед червячными — большие долговечность и КПД, в зависимости от конкретных конструкций — простота изготовления, до определённых передаточных отношений — отсутствие самоторможения.
Планетарные редукторы в грузовых лебёдках
Использование планетарного редуктора в лебёдках имеет дополнительные преимущества: двигатель, компактный редуктор и барабан лежат на одной геометрической оси; можно встроить простой механизм размыкания для размотки троса на участке с небольшим моментом; хороший КПД, меньшие требования к смазке и прогнозируемое самоторможение в сравнении с червячными. Он широко применяется в навесных автомобильных электролебёдках, тельферах, небольших стационарных грузоподъёмных механизмах. В то же время другие типы редукторов имеют свои преимущества для лебёдок: для червячных это гарантированное самоторможение и малое число элементов; для цилиндрических — отсутствие массивного вращающегося водила, что упрощает изготовление механизмов очень большой мощности.
Планетарные редукторы в электроинструменте
Шуруповёрт в разобранном виде. Справа видны сателлиты и коронарная шестерня первой ступени редуктора.
Распространённый ручной электроинструмент с небольшой частотой вращения рабочего органа (шуруповёрты, гайковёрты, электроотвёртки) построен, как правило, с использованием многоступенчатого планетарного редуктора. Кроме компактности при большом передаваемом моменте, небольших требований к прочности и точности корпуса самого инструмента, такой редуктор позволяет легко ввести переключение передаточных чисел («скоростей») взаимной фиксацией элементов и ограничение момента на рабочем органе — фиксацией одной из коронных шестерен регулируемой трещёткой.
В высокоскоростном мощном инструменте (сетевые дрели, цепные пилы и т. п.) смазка осей сателлитов закладываемыми при сборке консистентными составами была бы затруднена; при этом корпус редуктора, подверженный большим динамическим нагрузкам, в них изначально делается более прочным. Поэтому вместо планетарных в них, как правило, используются обычные одно-двухступенчатые цилиндрические редукторы.
Планетарный редуктор в ведущих мостах и колёсах
Троллейбус, планетарный редуктор заднего ведущего моста. Указано отверстие для заливки трансмиссионного масла (закрыто резьбовой пробкой).
Колёсный редуктор военного автомобиля МАЗ-7310. Водило с сателлитами сняты
В ведущих мостах грузовых автомобилей МАЗ, автобусов Ikarus, ЛиАЗ прошлых лет, троллейбусов ЗиУ-9, тракторов Т-150К, К-700, тяжёлых колёсных военных и землеройных машин применяются планетарные редукторы, передающие крутящий момент от полуоси к ступице колеса. Применение планетарного редуктора в бортовой передаче (разнесённая передача) позволяет уменьшить диаметр главной передачи и, следовательно, увеличить дорожный просвет, либо применить одноступенчатую главную передачу вместо двухступенчатой. Вместе с тем облегчаются полуоси и дифференциал, передающие меньший крутящий момент.
В то же время применение планетарных колёсных редукторов увеличивает неподрессоренные массы и разносит их от продольной оси автомобиля, вводит дополнительные детали, требующие высокой точности изготовления (минимум 8 «лишних» высоконагруженных шестерен в каждом мосте и их подшипники), добавляет точки обслуживания. В случае прямозубых редукторов значительно увеличивается шум движущегося автомобиля, усиливаемый резонансами упругого и сравнительно тонкого колёсного диска. Следствием всего этого является тенденция к отказу от такой конструкции на современных массовых машинах. Также, отказ от подобных конструкций ведёт к упрощению в ремонте и обслуживании автомобиля.[2]
Благодаря удобству компоновки (осевая симметрия, разгрузка параллельно работающих шестерен, большое передаточное отношение, компактность) планетарные редукторы нашли применение в электрических и гидравлических мотор-колёсах транспортных машин и шасси специальной техники. Редуктор делает возможным сопряжение конструктивно оптимального встроенного двигателя с крупным медленно вращающимся колесом тихоходного агрегата. В мотор-колёсах карьерных самосвалов встречаются двухступенчатые редукторы.
Электровелосипед с передним мотор-колесом небольшой мощности.
С появлением сравнительно недорогих и массовых электровелосипедов требование удешевления конструкции мотор-колеса привело к использованию встроенного планетарного редуктора вместо установки магнитов ротора прямо на ступице. Такое решение увеличивает статическую тягу при меньшей массе колеса, но вызывает дополнительный шум и высокочастотные вибрации, передающиеся на раму. На текущий момент (2015 год) большинство велосипедных мотор-колёс до 500Вт — редукторные[3]. При большей мощности диаметр мотора в ступице и номинальный ток велики, как следствие — располагаемый момент и так достаточен для лёгкого аппарата. Кроме того, создание дешёвого редуктора на такую мощность уже становится проблематичным, а с ростом скорости мощного велосипеда (100 км/ч и выше[4]) вибрации от быстроходного электромотора большого диаметра могут превысить допустимые.
Планетарные редукторы в коробке передач
Автоматическая коробка передач в разрезе.
В автоматических коробках перемены передач крутящий момент передаётся от вала с солнечной шестернёй на вал связанный с водилом. Если коронная шестерня будет заторможена — тогда сателлиты будут обкатываться вокруг солнечной и коронной шестерён, приводя во вращение водило. Передаточное число редуктора будет равняться отношению числа зубьев на солнечной шестерне к числу зубьев на коронной. Если коронную шестерню отпустить (растормозить) — тогда крутящий момент будет передаваться напрямую, отношение 1:1. В современных конструкциях автоматических коробок перемены передач чаще всего встречается планетарный механизм Лапелетье (Lepelletier)[5].
Детали механической планетарной коробки передач Ford T.
Изредка встречаются и механические планетарные КПП, отличающиеся компактностью и безударностью включения, но при этом сложностью и дороговизной. Ранний вариант такого агрегата — коробка «Форда-Т». Позднее планетарные коробки применялись на танках, например, советском Т-64 60-х годов. Гораздо более широкое распространение планетарные переключатели передач получили на велосипедах. «Планетарные втулки» могут иметь до 14 скоростей (как правило — три), встроенный тормоз, при аккуратном использовании долговечны и надёжны, не требуют обслуживания, однако в целом дороже и тяжелее традиционных цепных переключателей.
«Редукторный стартёр» автомобильных двигателей
В получивших в последние годы[когда?
] распространение «редукторных» стартёрах также используется планетарный редуктор. Двигатель такого стартёра работает с меньшими механическими нагрузками, имеет меньший вес, электрически более оптимален. В целом «редукторный» стартёр имеет лучший КПД и несколько меньше нагружает аккумулятор. В силу кратковременной работы редуктор может быть выполнен с бóльшими допусками и тем самым значительно удешевлён без ущерба надёжности, что важно для сравнительно недорогой запчасти. В то же время встречаются экземпляры с пластиковой коронной шестернёй, которая, хотя и наименее нагружена из всех, при некачественном исполнении резко снижает надёжность всего стартёра.[
источник не указан 964 дня
]
Немного из истории
Первые аналоги АКПП возникают в начале 30-х годов прошлого века. Автомобили Ford-T используют планетарную механическую трансмиссию, первые «полуавтоматы» появляются в автомобилях корпораций Reo и GeneralMotors. Появление первых полноценных АКПП произошло на машинах GeneralMotors в 40-е годы. В опциях автоматическая трансмиссия появилась у автомобилей Oldsmobile, Cadillac и Pontiac.
В СССР установка АКПП была произведена на «Чайке», потом – на ГАЗе. Использовали АКПП городские ЛиАЗы и спецтранспорт. В 70-90-е годы почти не происходило применение АКПП, к ним вернулись уже в 2000-е годы, когда потребители стали выбирать иностранные авто, предлагающие и «автомат», и «механику».
Шарикоподшипник
Шарикоподшипник, анимация.
Шарикоподшипник представляет пример планетарного редуктора, в котором водилом является сепаратор, функции солнечной шестерни выполняет внутреннее кольцо, функции коронной шестерни — наружное кольцо, а сателлиты — это шарики.
На приведённой анимации обратите внимание, что скорость вращения внутреннего кольца заметно больше, чем скорость вращения сепаратора с шариками. Если отпустить наружное кольцо — то скорости вращения сравняются (будет включена «прямая» передача)
. Если затормозить водило — то будет вращаться наружное кольцо.
С использованием обыкновенных шарикоподшипников могут быть сконструированы маломощные редукторы (для научных или измерительных приборов). Например, шарикоподшипниковые планетарные редукторы используются в конструкции верньера, применяемого для точной настройки радиостанции на нужную частоту приема/передачи.
