Zasada działania dyferencjału samochodowego. Co to jest dyferencjał w aucie i jak działa

Mechanizm różnicowy w samochodzie spełnia następujące trzy zadania:

1. Dyferencjał przenosi moc silnika na koła samochodu.
2. Wykonuje ostatni krok w zmniejszaniu liczby obrotów na koła (pamiętamy, że pierwszy taki krok wykonuje skrzynia biegów) i w konsekwencji zwiększa moment obrotowy przenoszony na te same koła napędowe.
3. Przenoszenie mocy na koła napędowe (zawsze włączone) Liczba parzysta koła na jednej osi: dwie lub wszystkie cztery), dyferencjał pozwala każdemu z nich obracać się z różnymi prędkościami (od tego właśnie dyferencjał zasłużył na swoją nazwę).

W tym artykule dowiesz się, dlaczego Twój samochód potrzebuje różnych obrotów kół, jak jest wyposażony, czym jest dyferencjał, jak działa dyferencjał i jakie są jego główne wady. Przyjrzymy się również kilku jego rodzajom.

Do czego służy różnica?

Koła samochodu obracają się z różnymi prędkościami, zwłaszcza podczas pokonywania zakrętów. Na poniższej animacji widać, że każde koło pokonuje bardzo różną odległość, gdy samochód się skręca, a koła wewnętrzne pokonują znacznie krótszą odległość niż zewnętrzne. Ponieważ prędkość jest równa odległości podzielonej przez czas potrzebny na pokonanie tej odległości, okazuje się, że koła pokonujące krótszy dystans obracają się z mniejszą prędkością: na przykład skręcając w lewo, lewe koła będą się obracać wolniej niż właściwe i na odwrót. Należy również zauważyć, że przednie koła poruszają się w innej odległości od tej, którą jeżdżą. tylne koła.

Kliknij, aby wyświetlić animację

W przypadku samochodów z napędem tylko na jedną oś - czy to na tylne, czy na przednie - różnica w obrotach przednich kół do tyłu nie stanowi problemu. Nie ma między nimi połączenia, więc obracają się niezależnie. Ale koła napędowe są ze sobą połączone, tak że jeden silnik i przekładnia muszą napędzać oba koła, przy różnych prędkościach. A co jeśli mamy tylko jeden silnik?! Jeśli Twój samochód nie jest wyposażony w mechanizm różnicowy, koła należy zablokować razem, zmuszając je do obracania się z tą samą prędkością. Utrudniłoby to manewry na zakrętach – nawet pod małymi kątami – w tych samochodach, aby móc skręcić, jedna z opon będzie musiała się ślizgać, a druga będzie musiała się ślizgać. A przy nowoczesnych oponach i drogach asfaltowych będzie to wymagało wiele wysiłku. Siła ta musiałaby być przenoszona przez oś z jednego koła na drugie, co stanowiłoby bardzo duże obciążenie dla elementów osi.

Właśnie z tym problemem dyferencjał radzi sobie nienagannie.

Co to jest różnica?

Mechanizm różnicowy to urządzenie, które dzieli moment obrotowy silnika na dwie ścieżki z wyjściami, dzięki czemu każde wyjście może obracać się z inną prędkością.

Dyferencjał jest dostępny we wszystkich nowoczesnych samochodach osobowych i samochody ciężarowe tak jak wiele pojazdy z napędem na wszystkie koła... Ponadto wszystkie samochody z napędem na cztery koła muszą mieć dyferencjał pomiędzy każdym zestawem kół napędowych na tej samej osi, a dodatkowo potrzebują dyferencjału pomiędzy parami kół przednich i tylnych (pamiętaj o początku artykułu - ponieważ przednie koła pokonują inną odległość, w przeciwieństwie do tylnych kół podczas jazdy w kierunku innym niż prosta?).

Jednak niektórzy samochody z napędem na cztery koła nie mają różnicy między przednimi i tylnymi kołami, a zamiast tego te pary kół są ściśle ze sobą powiązane, tak że przednie i tylne koła muszą obracać się z tą samą prędkością. Dlatego producenci nie zalecają jazdy po twardych nawierzchniach takimi samochodami w trybie napęd na wszystkie koła i włącz go tylko w terenie.

Teraz dowiedzmy się, gdzie zwykle znajduje się mechanizm różnicowy w samochodzie, w zależności od rodzaju napędu samochodu:

Jak działa mechanizm różnicowy?

Zaczniemy od najprostszego typu różniczki zwanego otwarty mechanizm różnicowy... Ale najpierw musimy nauczyć się kilku terminów - spójrz na poniższy obrazek, tam znajdziesz główne elementy działania mechanizmu różnicowego:

Tak więc różnica składa się z następujących głównych części:

1. Wał napędowy - przekazuje moment obrotowy, prowadząc go ze skrzyni biegów na początek mechanizmu różnicowego
2. Koło zębate wału napędowego to małe koło zębate śrubowe w kształcie stożka, które służy do sprzężenia z mechanizmem różnicowym
3. Koło koronowe - Koło zębate napędzane, również w postaci stożka, jest napędzane (obracane) przez koło napędowe. Zębnik i napędzany zębnik razem nazywają się główne koło zębate i to oni służą ostatni krok spadek prędkości obrotowej, która ostatecznie dociera do kół (koło koronowe jest zawsze mniejsze od koła napędowego, co oznacza, że ​​koło napędzające będzie musiało wykonać znacznie więcej obrotów, podczas gdy koło napędzane wykona tylko jeden obrót wokół siebie).
4. Koła zębate osi to ostatnie koła zębate na ścieżce przenoszenia od wału napędowego do kół.
5. Satelity to mechanizm planetarny, który odgrywa kluczową rolę w zapewnieniu różnicy w obrotach kół podczas skręcania.
6. Wały osi to wały, które rozciągają się od mechanizmu różnicowego bezpośrednio do kół.

Przejdźmy teraz do kluczowego i najważniejszego zrozumienia działania mechanizmu różnicowego i spójrzmy na poniższe animacje, jak powyższe otwarte komponenty różnicowe działają w dwóch przypadkach:

• Kiedy samochód jedzie prosto.
• Kiedy samochód się skręca.

Przekonaj się sam - wszystko jest dość proste:

Kliknij przycisk „Skręć”, aby zobaczyć, jak działa mechanizm różnicowy podczas skrętu, i „Jedź prosto”, aby zobaczyć, jak poruszają się jego elementy podczas ruchu prostego

Jak widzimy, kiedy jedziemy bezpośrednio naszym samochodem, to tak naprawdę cały mechanizm różnicowy obraca się z tą samą prędkością: prędkość wału wejściowego jest równa prędkości obrotowej półosi i odpowiednio prędkości kół. Ale jak tylko trochę skręcimy kierownicą, sytuacja się zmienia i teraz główną rolę wchodzą satelity, które odblokowują się ze względu na różnicę w obciążeniu kół (gdy jedno koło próbuje się ślizgać, kręci się szybciej) i cała moc silnika teraz przez nie przechodzi. A ze względu na to, że dwa satelity są dwoma niezależnymi biegami, okazuje się, że przekazują różne prędkości obrotowe na półosie, jakby ją podwajając, ale nie dzieląc całej mocy równo, ale przekazując najwyższa moc koło, które się porusza zewnętrzna krawędź podczas skręcania samochodu i odpowiednio go bardziej kręcą (zwiększając jego liczbę obrotów). A różnica w przenoszonej mocy w tym przypadku jest tym silniejsza, im bardziej stromo obraca się maszyna (a dokładniej, im mniejszy promień skrętu tej maszyny).

Jaka jest główna wada mechanizmu różnicowego?

Otwarty mechanizm różnicowy przenosi obrót na jedno lub drugie koło w niemal dowolnym przełożeniu, w tym w przełożeniu 100% / 0% - gdy jedno z kół napędowych przejmuje na siebie cały moment obrotowy. Równocześnie rozkład takiego obrotu między koła następuje, gdy zmienia się obciążenie tych kół (a wraz z nimi półosi) – czyli koło o mniejszym obciążeniu na zakręcie otrzymuje większy obrót. Ale tutaj leży jeden znaczna wada, co ma miejsce w określonych warunkach, a mianowicie, gdy oba koła napędowe są w błocie, śniegu lub lodzie i samochód zaczyna się ślizgać – w takim przypadku koło o mniejszej przyczepności otrzyma lwią część obrotów. Mówiąc najprościej, jeśli np. utkniesz w śniegu, siedząc „na brzuchu” – gdy jedno koło jest przyklejone do powierzchni śniegu, a drugie całkowicie wisi w powietrzu, to właśnie to koło otrzyma moc dzięki odpowiedniemu rozłożeniu wzdłuż półosi dyferencjału, który jest zawieszony, i to on będzie wirował bezradnie w powietrzu. Szczególnie ostry ten problem oznacza pojazdy terenowe i terenowe.

Jakie są rodzaje różnic?

Rozwiązaniem tych problemów jest: mechanizm różnicowy zwiększone tarcie (LSD, zwany także mechanizm różnicowy o ograniczonym poślizgu). Mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu wykorzystują różne mechanizmy, aby zapewnić normalne działanie mechanizmu różnicowego w różne warunki jeździć. Gdy koło się ślizga, ten mechanizm różnicowy umożliwia przeniesienie większego momentu obrotowego na koło antypoślizgowe.

Mechanizmy różnicowe z ręcznym odłączaniem są również stosowane w SUV-ach i samochodach terenowych, które jednak bardzo często nie są zabezpieczone przed przypadkowym rozłączeniem lub rozłączeniem w niewłaściwym momencie z niewiedzy - faktem jest, że możliwość wyłączenia dyferencjału podczas jazdy pociąga za sobą jego ewentualną awarię i ten powszechny problem.

Co to jest sprzęgło wiskotyczne (sprzęgło wiskotyczne)?

Sprzęgło wiskotyczne jest najczęściej spotykane we wszystkich pojazdach z napędem na cztery koła. A jeśli przeczytałeś artykuł o zasadzie działania przemiennika momentu obrotowego, powinieneś wiedzieć, że sprzęgło wiskotyczne ma podobny schemat pracy. Jest szeroko stosowany do łączenia tylnych kół z przednimi tak, że gdy jeden zestaw kół zaczyna się ślizgać, moment obrotowy jest przenoszony na drugi zestaw, rozwiązując w ten sposób opisany powyżej problem palącego się koła.

Sprzęgło wiskotyczne ma dwa zestawy płytek wewnątrz uszczelnionej obudowy wypełnionej lepkim płynem (na przykład nieco bardziej lepkim niż olej przekładniowy). Do każdego wału wyjściowego podłączony jest jeden zestaw płytek. V normalne warunki oba zestawy płytek i ich część lepkiego płynu poruszają się z tą samą prędkością. Ale kiedy jedna oś próbuje obracać się szybciej, być może dlatego, że się ślizga, wiele płytek odpowiadających kołom tej osi obraca się szybciej niż inne. Lepka ciecz pomiędzy płytami próbuje dogonić szybsze dyski, prowadząc do tego wolniejsze dyski. Przenosi to większy moment obrotowy na wolniej obracające się koła, które nie ślizgają się.

Lepkie urządzenie sprzęgające

Gdy samochód skręca, różnica prędkości między kołami na jednej osi nie jest tak duża, jak wtedy, gdy jedno z kół po prostu się ślizga. Im szybciej płyty obracają się względem siebie, tym większy moment obrotowy jest przykładany do sprzęgła. Sprzęgło nie zapobiega obracaniu się zwojów, ponieważ ilość przenoszonego podczas skrętu momentu obrotowego jest niewielka.

Prosty eksperyment z jajkiem pomoże wyjaśnić zachowanie lepkiego sprzężenia. Jeśli położysz jajko na blacie kuchennym, muszle, białka i żółtka pozostaną nieruchome. Ale kiedy zaczniesz kręcić jajkiem, skorupka jajka poruszy się z większą prędkością niż białko, a białko trochę szybciej, zjemy żółtko, ale żółtko wtedy szybko dogoni. Nawiasem mówiąc, aby mieć pewność co do tych słów, przeprowadź eksperyment, gdy tylko będziesz miał jajko: zakręć nim wystarczająco szybko, a następnie zatrzymaj, a następnie po prostu puść jajko, a zacznie się ponownie kręcić (no cóż, a przynajmniej drgać w kierunku poprzedniego obrotu) ... W tym eksperymencie zastosowaliśmy tarcie między skorupką, białkiem jaja i żółtkiem, przykładając siłę tylko do skorupki. Najpierw właściwie odwijaliśmy skorupę iz pewnym opóźnieniem za skorupą z powodu tarcia, zaczęła się odwijać biel, a potem żółtko. A kiedy zatrzymaliśmy skorupę, to samo tarcie - między wciąż poruszającym się żółtkiem, bielą i skorupką - przyłożyło siłę do skorupy, powodując jej przyspieszenie. Tak więc w przypadku sprzęgu lepkiego siła jest przenoszona między cieczą a zestawami płytek w taki sam sposób, jak między żółtkiem, bielą i powłoką.

Co się stało różnicowy Torsen?

Dyferencjał Torsena jest czysty urządzenie mechaniczne: nie jest związany przez żadne, ani przez sprzęgła lub lepkie płyny, a w swojej istocie jest dość prostym mechanizmem, bardzo podobnym do otwartego mechanizmu różnicowego.

Torsen działa w taki sam sposób, jak otwarty mechanizm różnicowy, gdy moment obrotowy między dwoma kołami napędowymi jest równy. Ale gdy tylko jedno z kół zaczyna tracić przyczepność, różnica momentu obrotowego powoduje, że koła zębate blokują się w mechanizmie różnicowym Torsen.

Ten typ mechanizmu różnicowego jest często stosowany w mocnych i bardzo mocnych pojazdach z napędem na 4 koła. Podobnie jak sprzęgło wiskotyczne, jest często używane do przenoszenia mocy między przednimi i tylnymi kołami. W tym zastosowaniu mechanizm różnicowy Torsen przewyższa lepką mieszankę, ponieważ konsekwentnie przenosi moment obrotowy na koła przed faktycznym poślizgiem. Jeśli jednak jeden zestaw kół całkowicie straci przyczepność, mechanizm różnicowy Torsen nie będzie w stanie przenieść momentu obrotowego na drugi zestaw kół ze względu na swoją konstrukcję i sposób działania.

Tak wygląda nowoczesny dyferencjał Torsen.

Swoją drogą, prawie wszystkie Samochody Hummer użyj mechanizmu różnicowego Torsen między przodem a tylne osie... Mając to na uwadze, instrukcja obsługi Hummera oferuje nowe rozwiązanie problemu, gdy jedno koło całkowicie traci przyczepność: naciśnij pedał hamulca. Poprzez zaciągnięcie hamulca moment obrotowy jest przenoszony na koła znajdujące się w powietrzu, a następnie przenoszony na koła, które będą w stanie wyciągnąć samochód z „bałaganu”.

Kiedy samochód jest w ruchu, moment obrotowy jest przenoszony z, a następnie, poprzez główny bieg i mechanizm różnicowy, na koła napędowe. pozwala zwiększyć lub zmniejszyć przenoszony moment obrotowy i jednocześnie zmniejszyć i odpowiednio zwiększyć prędkość obrotową kół. Przełożenie w przekładni głównej dobierane jest w taki sposób, aby maksymalny moment obrotowy i prędkość obrotowa kół napędowych były jak najbardziej optymalne dla konkretny samochód... Ponadto zwolnica bardzo często jest przedmiotem tuningu samochodu.

Urządzenie z napędem końcowym

W rzeczywistości główny bieg to nic innego jak reduktor biegów, w którym koło zębate napędowe jest połączone z wałem wyjściowym skrzyni biegów, a napędzane koło zębate jest połączone z kołami samochodu. Rodzaj połączenie przekładni główne koła zębate różnią się w następujących typach:

• cylindryczny – w większości przypadków stosowany w samochodach z układ poprzeczny oraz skrzynie biegów i napęd na przednie koła;
• stożkowy - jest używany bardzo rzadko, ponieważ ma duże wymiary oraz wysoki poziom hałas;
• hipoid - najbardziej pożądana odmiana główne koło zębate, który jest używany w większości samochodów z klasycznym Napęd na tylne koła... Transmisja hipoidalna jest niewielka i cicha;
• robak - praktycznie nie używany w samochodach ze względu na pracochłonność produkcji i wysokie koszty.

Warto również zauważyć, że pojazdy z napędem na przednie i tylne koła mają: inna lokalizacja główne koło zębate. V pojazdy z napędem na przednie koła z poprzecznym układem punktu kontrolnego i jednostka mocy, cylindryczna zwolnica znajduje się bezpośrednio w obudowie skrzyni biegów.

W samochodach z klasycznym napędem na tylne koła zwolnica zainstalowany w obudowie osi napędowej i jest połączony ze skrzynią biegów za pomocą. W funkcjonalne transmisja hipoidalna samochód z napędem na tylne koła zawiera również obrót o 90 stopni dzięki przekładni zębatej stożkowej. Pomimo różne rodzaje a lokalizacja, przeznaczenie przekładni głównej pozostaje bez zmian.

Samochód różnicowy

Samochód różnicowy najczęściej łączony z przekładnią główną i znajduje się odpowiednio w obudowie skrzyni biegów lub w obudowie tylna oś... Jednak między osiami napędowymi pojazdu z napędem na wszystkie koła można również zamontować mechanizm różnicowy. Różnica jest i jest podzielona na następujące typy:

• skos - w większości przypadków montowany jest wraz z przekładnią główną między kołami jednej osi napędowej;
• cylindryczny - najczęściej używany do odsprzęgania osi wiodących samochody z napędem na cztery koła telefony komórkowe;
• ślimak - jest uniwersalny i montowany zarówno między kołami jak i między osiami napędowymi.

Głównym celem mechanizmu różnicowego jest rozłożenie momentu obrotowego między kołami samochodu i zmiana ich częstotliwości obrotów względem siebie. Na przykład obracanie auta bez dyferencjału byłoby po prostu niemożliwe, ponieważ podczas skręcania koło zewnętrzne musi koniecznie obracać się z większą częstotliwością niż koło wewnętrzne.

Dyferencjały są symetryczne i asymetryczne. Symetryczny mechanizm różnicowy przenosi równy moment obrotowy na oba koła i jest najczęściej montowany w połączeniu z przekładnią główną. Asymetryczny mechanizm różnicowy umożliwia przenoszenie momentu obrotowego w różnych proporcjach i jest ustawiony pomiędzy.

Mechanizm różnicowy składa się z obudowy, zębników i kół bocznych. Korpus jest zwykle wyrównany z napędzanym kołem zębatym przekładni głównej. Rolę odgrywają koła zębate satelitów przekładnia planetarna i podłączyć koła zębate boczne do obudowy mechanizmu różnicowego. Koła zębate półosi (słoneczne) są połączone z kołami napędowymi za pomocą półosi na połączeniach wielowypustowych.

Ze wszystkimi zaletami najprostszego mechanizmu różnicowego jest też wada... Faktem jest, że prędkość można rozłożyć na koła nie tylko w stosunku np. 50/50, 40/60 czy 35/65, ale także 0/100. Oznacza to, że absolutnie cały moment obrotowy można przenieść na jedno koło samochodu, podczas gdy drugie koło będzie absolutnie statyczne. Dzieje się tak, gdy samochód utknie w błocie lub lodzie.

Jednak współczesne dyferencjały są doskonalsze i praktycznie pozbawione tej wady. Wiele dyferencjałów ma sztywną automatyczną lub blokowanie ręczne... Ponadto nowoczesne samochody osobowe pojazdy z napędem na cztery koła dostarczane z systemem stabilność kierunkowa, który opiera się na optymalnym rozkładzie momentu obrotowego pomiędzy osiami i poszczególnymi kołami w zależności od trajektorii ruchu.

Gdy pojazd porusza się na zakrętach, koła osi napędowej pokonują drogę o różnej długości. Aby zapobiec ślizganiu się opon, koła muszą obracać się z różnymi prędkościami. Zastanów się: czym jest różnica i jak działa, jakie są odmiany.

Co to jest?

Iloczyn siły pociągowej i promienia koła daje moment obrotowy, który mechanizm różnicowy musi przenieść na koła. Gdy przyczepność jest słaba lub jedno koło jest zawieszone, moment obrotowy i przyczepność na kole są bardzo małe lub żadne, pojazd nie będzie mógł kontynuować jazdy. Jest to cecha szeroko rozpowszechnionego mechanizmu różnicowego z kołem zębatym stożkowym. Ten rodzaj mechanizmu różnicowego nazywa się symetrycznym, ponieważ równomiernie rozkłada moment obrotowy między kołami.

Dzieje się tak, ponieważ satelita działa jak dźwignia równoramienna i przenosi tylko równe siły na koła zębate osi i odpowiednio na koła napędowe. Jeśli jedno z kół ma małą przyczepność nawierzchnia drogi, wtedy efektywny moment obrotowy na nim jest odpowiednio mały, symetryczny mechanizm różnicowy dostarczy taką samą siłę na drugie koło. Oznacza to, że jeśli jedno koło się ślizga, siła trakcji na drugim wynosi zero, co negatywnie wpływa na zdolność do jazdy w terenie.

Aby ulepszyć go w samochodach, stosuje się pełne lub częściowe blokady mechanizmu różnicowego, których stopień szacuje się współczynnikiem blokowania.

Istnieje kilka rodzajów dyferencjałów.

Mechanizm różnicowy z pełnym blokowaniem

Przykład - blokowanie centralny dyferencjał na VAZ-2121. Obsługiwany przez kierowcę siłą. Prędkości kątowe kół są tu zawsze równe, co jest sprzeczne z warunkami jazdy samochodu na zakręcie, prowadzi do zużycia gumy i pogorszenia prowadzenia na twardych nawierzchniach.

Sprzęgło wiskotyczne

Zasada działania sprzęgła wiskotycznego Opiera się na specjalnych właściwościach specjalnego płynu silikonowego: wraz ze wzrostem temperatury jego lepkość nie zmniejsza się, jak np. w przypadku oleju, lecz wzrasta. Lepkie sprzęgło to cylinder wypełniony płynem silikonowym. Wewnątrz znajduje się pakiet perforowanych tarcz, połączonych przez jeden odpowiednio z wałem napędowym i napędzanym.

V przekładnia napędu na wszystkie koła w normalnych warunkach jazdy wały obracają się w przybliżeniu z tą samą prędkością: wał wejściowy jest napędzany momentem obrotowym z głównej osi napędowej, a wał wyjściowy obraca koła, z którymi jest połączony. Gdy koła głównej osi napędowej ślizgają się wał wejściowy obraca się szybciej niż wyjście (maszyna praktycznie stoi), płyn nagrzewa się od tarcia o tarcze, a sprzęgło zaczyna przenosić większy moment obrotowy na wał wyjściowy.

Znacząca wada lepkiego sprzęgła: uruchomienie sprzęgła wymaga czasu, a jego optymalna charakterystyka jest trudna do znalezienia. Dlatego wielu producentów rezygnuje ze sprzęgieł wiskotycznych na rzecz sprzęgieł wielopłytkowych sterowanych elektronicznie.

Thorsen

Tak sztywne połączenie kinematyczne pozwala na obracanie się kół samochodu z różnymi prędkościami. Siły tarcia powstające w przekładni ślimakowej z różnicy momentów na kołach realizują blokadę mechanizmu różnicowego. Wadą konstrukcyjną jest złożoność produkcji, montażu urządzenia jako całości i naprawy.

Quife

Kiedy jedno z kół zaczyna pozostawać w tyle, powiązana z nim półosiowa przekładnia zaczyna obracać się wolniej niż obudowa mechanizmu różnicowego i obracać satelitę, który się z nim zaczepia. Przenosi ruch na skojarzonego z nim satelitę, a ten z kolei na półosiową przekładnię. Zapewnia to różne obroty kół w zakręcie.

Ze względu na różnicę momentu obrotowego na kołach powstają siły tarcia, które dokonują blokowania, co zwiększa siłę trakcyjną samochodu, zwiększając jego zdolność do jazdy w terenie. Dyferencjały tego typu otrzymały najbardziej rozpowszechniony w strojeniu.

Mechanizmy planetarne należą do najbardziej skomplikowanych urządzeń. maszyny technologiczne, jazda na rowerze i pojazdy gąsienicowe... Do tej pory planetarna ma kilka projekty konstrukcyjne, ale podstawowe zasady jego modyfikacji pozostają takie same.

Urządzenie jednostkowe

Podstawą konstrukcji są tylko trzy funkcjonalne części z jedną osią obrotu. Są one reprezentowane przez nośnik i dwa koła zębate centralne. W urządzeniu przewidziano również rozbudowaną grupę ogniw pomocniczych w postaci zestawu kół zębatych jednoformatowych, wieńca zębatego i łożysk. Z tego możemy wywnioskować, że przekładnia planetarna jest mechanizmem z rodziny „skrzynek”, ale z zasadniczą różnicą. Polega na warunkowej niezależności prędkości kątowych dla każdego z głównych ogniw. Teraz warto przyjrzeć się bliżej elementom jednostki:

• Nośnik jest podstawą i obowiązkową częścią każdego układu planetarnego, również tych z łączem różnicowym. Jest to widelec przestrzenny, którego oś jest zgodna ze wspólną osią transmisji. W tym przypadku osie zębate z satelitami obracają się wokół niej w płaszczyznach kół środkowych.
• Koła zębate. Przede wszystkim należy rozdzielić grupy dużych kół centralnych i małych kół centralnych tego typu. W pierwszym przypadku mówimy o dużych kołach z zębami wewnętrznymi - ten system nazywa się epicyklem. Jeśli chodzi o małe koła zębate, różnią się one zewnętrznym ułożeniem zębów - nazywane są również kołem słonecznym.
• Satelity. Grupa kół przekładni planetarnej (rzadziej - pojedyncza) bieg), których elementy koniecznie mają zewnętrzne zęby. Satelity są umieszczone w zaczepie z obiema grupami kół centralnych. W zależności od funkcjonalności i mocy sprzętu liczba satelitów może wynosić od 2 do 6, ale najczęściej używane są 3 segmenty, ponieważ w tym przypadku nie ma potrzeby stosowania dodatkowych urządzeń równoważących.

Jak działają przekładnie planetarne

Zmiana biegu zależy od konfiguracji rozmieszczenia jednostek funkcjonalnych. Ważna będzie mobilność elementu i kierunek momentu obrotowego. Jeden z trzech elementów (nośnik, satelity, koło słoneczne) jest nieruchomy, a dwa pozostałe obracają się. Aby zablokować elementy przekładni planetarnej, zasada działania mechanizmu zapewnia połączenie i sprzęgła. O ile w mechanizmach różnicowych z przekładniami stożkowymi nie ma hamulców i sprzęgieł blokujących.

Można go aktywować na dwa sposoby. W pierwszej wersji realizowana jest następująca zasada: epicykl zatrzymuje się, na tle którego moment roboczy z jednostki napędowej jest przekazywany na podstawę koła słonecznego i usuwany z nośnika. W rezultacie zmniejszy się intensywność obrotu wału, a koło słoneczne zwiększy częstotliwość pracy. W alternatywnym schemacie koło słoneczne urządzenia jest zablokowane, a obrót przenoszony jest z nośnika na epicykl. Wynik jest taki sam, ale z niewielką różnicą. Faktem jest, że przełożenie w tym modelu roboczym będzie dążyło do jedności.

W procesie zmiany biegu na wyższy można również zrealizować kilka modeli roboczych i to dla tej samej przekładni planetarnej. Zasada działania w najprostszy schemat dalej: epicykl zostaje zablokowany, a moment obrotowy jest przenoszony z centralnego koła słonecznego i przekazywany na satelity i nośnik. W tym trybie mechanizm działa jak reduktor step-up. W innej konfiguracji koło zębate zostanie zablokowane, a moment z koła koronowego zostanie przekazany do nośnika. Również zasada działania jest podobna do pierwszej opcji, ale występuje różnica w częstotliwości obrotów. Po włączeniu biegu wstecznego moment obrotowy jest usuwany z epicyklu i przenoszony na koło słoneczne. W takim przypadku przewoźnik musi być nieruchomy.

Cechy przepływu pracy

Podstawowa różnica Mechanizmy planetarne od innych typów skrzyń biegów to wspomniana już niezależność elementów roboczych, która jest sformułowana jako dwa stopnie swobody. Oznacza to, że ze względu na zależność różniczkową do obliczenia prędkości kątowej jednego elementu układu konieczne jest uwzględnienie prędkości pozostałych dwóch węzłów przekładni. Dla porównania inni skrzynie biegów koła zębate zakładają liniową zależność między elementami przy wyznaczaniu prędkości kątowej. Innymi słowy, prędkości kątowe „skrzynki” planetarnej mogą się zmieniać na wyjściu niezależnie od dynamiczna wydajność przy wejściu. Dzięki stałym i stacjonarnym przekładniom możliwe staje się sumowanie i dystrybucja przepływów mocy.

W najprostszych mechanizmach odnotowuje się dwa stopnie swobody połączeń kół zębatych, ale działanie złożonych systemów może również przewidywać obecność trzech stopni. W tym celu mechanizm musi mieć co najmniej cztery łącza funkcjonalne, które będą ze sobą w połączeniu różnicowym. Inna sprawa, że ​​taka konfiguracja faktycznie będzie nieefektywna ze względu na niską wydajność, dlatego w praktyce aplikacje i transmisje z czterema łączami zachowują dwa stopnie swobody.

Proste i złożone przekładnie planetarne

Zauważono już jeden ze znaków podziału mechanizmów planetarnych na proste i złożone - jest to liczba działających ogniw. Co więcej, mówimy tylko o głównych węzłach, a grupy satelitów nie są brane pod uwagę. Prosty system ma zwykle trzy ogniwa, chociaż kinematyka dopuszcza wszystkie siedem. Jako przykład takiego systemu można przytoczyć zestawy jedno- i dwukoronowanych satelitów, a także sparowane zazębiające się grupy kół zębatych.

W złożonych mechanizmach podstawowych linków jest znacznie więcej niż w prostych. Przewidziano w nich co najmniej jeden bagażnik, ale może być więcej niż trzy koła centralne. Ponadto zasada działania przekładni planetarnej pozwala na zastosowanie kilku prostych jednostek nawet w ramach jednego złożonego systemu. Na przykład model z czterema łączami może mieć do trzech prostych węzłów, a model z pięcioma łączami może mieć do sześciu. Nie ma jednak mowy o całkowitej niezależności prostych układów planetarnych w ramach złożonych urządzeń. Faktem jest, że kilka z tych mechanizmów częściej ma jednego wspólnego przewoźnika.

Elementy sterowania mechanizmem

Przy zachowaniu kilku stopni swobody urządzenie może służyć jako główna, samowystarczalna funkcjonalność. Ale jeśli zostanie wybrany model z jednym masterem i jednym slave (tryb przekładni), konieczne będzie ustawienie dla nich określonych prędkości. W tym celu wykorzystywane są elementy sterujące przekładni planetarnej. Zasada ich działania polega na redystrybucji prędkości ze względu na sprzęgło i hamulec. Nadmiarowe stopnie swobody są usuwane, a główne wolne węzły stają się węzłami odniesienia.

Sprzęgła odpowiadają za podłączenie dwóch wolnych ogniw lub jednego ogniwa (również wolnego) z zewnętrznym zasilaniem. Obie konfiguracje sprzęgła w warunkach blokowania zapewniają sterowanym ogniwom określoną prędkość kątową, a nie zerową. Z założenia takie elementy są sprzęgłami wielopłytkowymi, ale czasami występują również sprzęgła konwencjonalne do przenoszenia momentu obrotowego.

Jeśli chodzi o hamulec, jego zadaniem w infrastrukturze sterowniczej przekładni planetarnej jest połączenie wolnych ogniw z korpusem mechanizmu. Ten element w warunkach blokowania nadaje wolnym linkom zero prędkość kątowa... Za pomocą urządzenie techniczne takie hamulce są podobne do sprzęgieł, ale w najprostszych wersjach - jednotarczowe, szczękowe i taśmowe.

Zastosowanie przekładni planetarnej

Po raz pierwszy jednostka ta została użyta w samochód Ford T jako dwustopniowa skrzynia biegów z nożną dźwignią zmiany biegów i hamulcami taśmowymi. W przyszłości urządzenie przeszło wiele przeobrażeń, a dziś, jak Najnowsza wersja mechanizmy tego typu można nazwać japońską przekładnią planetarną Prius. Zasada działania tego urządzenia polega na dystrybucji energii pomiędzy elektrownia(która może być hybrydą) i kołami. Podczas pracy silnik zatrzymuje się, po czym energia kierowana jest do generatora, w wyniku czego koła zaczynają się poruszać.

W takim przypadku system może być nie tylko funkcjonalnością samej transmisji. Dziś to urządzenie stosowany w skrzyniach biegów, dyferencjałach, w kompleksie schematy kinematyczne sprzęt przemysłowy, w układach napędowych sprzętu specjalnego i statków powietrznych. Zaawansowani giganci samochodów opanowują również zasady działania mechanizmu w połączeniu z napędami elektromagnetycznymi i elektromechanicznymi. Ta sama przekładnia planetarna Prius jest z powodzeniem stosowana w hybrydowe pojazdy elektryczne... W takich konstrukcjach nie ma samego gearboxa w tradycyjnym sensie, ale istnieje pozory wariatora bez przełączanie kroków- tę funkcję spełnia właśnie zestaw planetarnych przekładni, które napędzają koła i odbierają energię z silnika.

Planetarna przekładnia rowerowa

W tradycyjnym rozumieniu nie ma skrzyni biegów w transporcie rowerowym wyposażonym w mechanizmy planetarne. Są to tuleje z takim samym kołem słonecznym, do którego jest sztywno przymocowane tylne koła na ich osi. Ponadto do fiksacji używany jest nośnik, który określa kierunek ruchu satelitów i nie pozwala im rozpraszać się i blokować ze sobą. A najważniejszym elementem planetarnej „skrzynki” roweru jest przekładnia planetarna, której obrót następuje z powodu skręcania pedałów. W momencie zmiany biegów mechanizm uruchamiający tuleje (napęd wielowypustowy) zmieniają dynamikę nośnika, co daje efekt kontroli prędkości.

Oznacza to, że możemy ponownie stwierdzić, że model planetarny działa jako reduktor. W tym systemie epicykl działa jako napędzane ogniwo w łańcuchu, koło słoneczne zachowuje stan stacjonarny, a nosidełko jest zamknięte na korpusie. W takim przypadku schematy robocze tulei prostych i wielobiegowych będą takie same. Niewielka różnica polega tylko na tym, że każdy węzeł układu planetarnego ma własne, ściśle określone wskaźniki przełożeń.

Proces operacyjny

Główny środek podczas pracy ten mechanizm to po stronie użytkownika leży utrzymanie przekładni planetarnej w optymalnym stanie roboczym. Osiąga się to poprzez okresowe czyszczenie elementów i co najważniejsze poprzez smarowanie. Co należy smarować w skrzyni planetarnej? Głównie łożyska ślizgowe skrzyni biegów. Olej jest kierowany z wału korbowego do wnęki wału przekładni, wypełniając wnęki satelitów koła zębate... Dalej, w zależności od konstrukcji, wzdłuż czopów i otworów promieniowych smar techniczny trafia do łożysk kół zębatych. Dla maksymalnego rozprowadzenia oleju na całej długości łożyska poza kołki są czasami spłaszczone.

Sprzęgła są smarowane przez zanurzenie zębów kół w kąpieli płynnej lub poprzez skierowanie oleju do obszaru zaczepu przez specjalne dysze. Oznacza to, że realizowane jest smarowanie strumieniowe lub smarowanie zanurzeniowe. Ale najbardziej efektywny sposób bierze się pod uwagę rozprzestrzenianie się mgły olejowej, która jest aplikowana na elementy przekładni i łożyska. Ta metoda smarowanie odbywa się poprzez natrysk ze specjalnego pistoletu natryskowego.

Jeśli chodzi o sam skład smaru, do przekładni planetarnych zalecane są niestopowe oleje naftowe. Do stosowania nadają się na przykład preparaty przemysłowe. ogólny cel... W przypadku mechanizmów o dużej prędkości pożądane jest stosowanie specjalnych urządzeń turbinowych i lotniczych.

Awarie i naprawy mechanizmu

Najczęstszym objawem problemu z przekładnią planetarną są wibracje w obszarze kanału. Kierowcy również zauważają obcy hałas, szarpanie i drganie. Obecność pewnych objawów zależy od charakteru usterki, której przyczyn może być kilka:

• Przegrzanie mechanizmu.
• Agresywny styl jazdy z ostrym hamowaniem i przyspieszaniem.
• Brak oleju, to niski poziom czy za mało wysoka jakość.
• Niewystarczające rozgrzanie skrzyni biegów przed jazdą.
• Poślizgnięcie się na lodzie.
• Pojazd wpadający w śnieg lub błoto.
• Zużycie elementów przekładni planetarnej.

Aby naprawić przekładnię planetarną, musisz znać konkretną przyczynę jej awarii. W tym celu mechanizm jest zdemontowany. Skrzynka jest zwykle przykręcana do wnętrza wału napędowego. Konieczne jest usunięcie wsporników szybkobieżnych z jednej ze stron (w zależności od konstrukcji), a następnie odkręcenie śruby przez otwór w wale napędowym. Następnie wadliwy element jest czyszczony lub wymieniany. Zazwyczaj są to metalowe wióry, połamane zęby, zużyte osie i koła zębate.

Wniosek

Różnią się złożonością urządzenia, które ma swoje wady i zalety. Te pierwsze obejmują wyważenie obsługiwanych elementów przy stosunkowo dokładnym rozkładzie sił. Czynnik ten pozwala na rozwój niewielkich jednostek zmiany biegów, które pozwalają na zoptymalizowany układ. W przypadku roweru „planetarnego” zauważa się również zalety ergonomiczne, w tym możliwość zmiany pozycji w pozycji stojącej. Podczas jazdy po mieście jest to szczególnie przydatna cecha, ponieważ się zmienia tryby prędkości zdarza się wystarczająco często. Jeśli mówimy o wadach układów planetarnych, to przy dużych przełożeniach nadal charakteryzują się skromnymi osiągami. Ponadto system wymaga precyzyjnego montażu, ponieważ najmniejsze odchylenia zwiększają ryzyko takiego samego zużycia części.

Urządzenie i zasada działania

Przekładnia planetarna wykorzystuje system satelitarnych kół zębatych obracających się wokół centralnego koła słonecznego. Najczęściej satelity znajdują się wewnątrz dużego koła pierścieniowego (epicyklu), z którym są w stałym kontakcie. Z kolei satelity są przymocowane do nośnika.
Zmiana przełożenia przekładni planetarnej ręcznej zależy od tego, który z trzech głównych elementów - koło słoneczne, planetarne koła planetarne i koło koronowe - jest unieruchomiony, jaki moment obrotowy jest dostarczany, a który jest usuwany przez przekładnię. W każdym razie jeden z trzech głównych elementów skrzyni planetarnej (a satelity są traktowane jako jeden element z nośnikiem) będzie nieruchomy, pozostałe dwa będą się obracać. Do zatrzymania i zablokowania jednego z elementów skrzyni biegów wykorzystywany jest system hamulców taśmowych oraz sprzęgieł blokujących. Ale są mechanizmy planetarne, w których nie ma hamulców i sprzęgieł - mówimy o dyferencjałach, które również należą do mechanizmów planetarnych zbudowanych z wykorzystaniem kół zębatych stożkowych.
Istnieje wiele wariantów systemów planetarnych używanych w MCP. Opis zasady działania dotyczy najprostszy system z trzema satelitami przymocowanymi do nośnika pod kątem 120 stopni.
Niski bieg. Pierwsza opcja. Jeśli epicykl zostanie zatrzymany, moment obrotowy z silnika zostanie przyłożony do wału koła słonecznego, a moment obrotowy zostanie usunięty z nośnika, wtedy prędkość wału nośnika będzie mniejsza niż prędkość koła słonecznego.
Druga opcja. Jeśli przyłożysz moment obrotowy wału silnika do epicykla, zablokujesz koło słoneczne i usuniesz moment obrotowy z nośnika, uzyskasz ten sam efekt (ale z przełożenie blisko jedności).
Zajeździć. Pierwsza opcja. Epicykl jest zablokowany, moment obrotowy jest dostarczany do nośnika planet za pomocą satelitów i usuwany z centralnego koła słonecznego. W rezultacie skrzynia biegów działa jak bieg podwyższający.
Druga opcja. Koło słoneczne jest zablokowane, moment obrotowy jest przenoszony na jarzmo i jest usuwany z dużego koła koronowego. Efekt ten sam, skrzynia biegów pracuje w trybie nadbiegu.
Odwracać. Pierwsza opcja. Moment obrotowy jest dostarczany do koła słonecznego, usuwany z epicyklu, nośnik jest nieruchomy. W tym przypadku skrzynia działa jak skrzynia z ujemną przełożenie czyli włączony jest tryb odwracania momentu obrotowego.
Druga opcja. Moment obrotowy jest przykładany do epicyklu, usuwany z wału koła słonecznego, wspornik ponownie jest nieruchomy. Skrzynia biegów pracuje w trybie wstecznym z ujemnym przełożeniem.

Zastosowanie planetarnych MCP

V transport drogowy Ręczne (a raczej nożne) manualne skrzynie biegów wypadły z użytku w 1928 roku - wraz z zaprzestaniem produkcji legendarny samochód Ford T. W tym samochodzie zastosowano planetarną mechaniczną dwubiegową skrzynię biegów. W tym przypadku zmiana biegów odbywała się za pomocą pedałów, w tym hamulców taśmowych skrzyni. Pierwszy bieg włączano wciskając prawy pedał, drugi środkowy i odwracać- na lewym pedale (w sumie były trzy pedały, zamiast pedału "gazu" zastosowano dźwignię kolumny kierownicy).
W latach 30. i kolejnych latach MCP zostały wyparte przez półautomatyczne i automatyczne przekładnie planetarne. W półautomatach zamiast sprzęgieł stosowano sprzęgła hydrokinetyczne, w automatach - zmienniki momentu obrotowego.

Obecnie planetarne MCP są szeroko stosowane w pojazdach gąsienicowych, w tym wojskowych – w czołgach, ciągnikach i transportowcach. V turbiny lotnicze, w maszynach do cięcia metalu - jako reduktory.

Bardzo popularny planetarny skrzynia mechaniczna koła zębate osadzone w tylna piasta koło od roweru. Pudełka te są lekkie, trwałe, wydajne i łatwe w obsłudze, ponieważ nie wymagają konserwacji. Jednocześnie podnoszą koszt rowerów i nie są używane w modele sportowe- ze względu na dużą masę (ok 1,5-2 kg) i mniejszą konserwację w porównaniu do otwarte urządzenia translacja łańcucha typu równoległobok.

Zalety i wady przekładni planetarnych

Do meritum skrzynie planetarne należy przypisać zwartości. Wszystkie części przekładni planetarnej obracają się wokół jednej osi. Nie posiadają wałków, suwaków i sekwencyjnych biegów. W rezultacie takie pudełko zajmuje mniej więcej tyle samo miejsca, co sprzęgło jedno-dwutarczowe.
Jednocześnie przekładnie planetarne są w stanie przenosić bardzo duży moment obrotowy, co prowadzi do ich stosowania w ciężkim (zwłaszcza czołgowym) sprzęcie. Tę cechę tłumaczy fakt, że moment obrotowy jest równomiernie rozłożony na satelity (których może być więcej niż trzy), których zęby podlegają mniejszym obciążeniom mechanicznym w porównaniu do dwu-trzy-wałowych skrzyń biegów. Przekładnie planetarne wyróżniają się zwiększonymi zasobami i łatwością konserwacji.
Konstrukcja przekładni planetarnych ułatwia uporządkowanie układu sterowania - wyposażenie elementów przekładni w hamulce taśmowe i sprzęgła blokujące (wyjaśnijmy: te pierwsze są potrzebne do płynnego zatrzymania obrotów kół zębatych, drugie do ostatecznego zablokowania i , odpowiednio, zmiana biegów).
Wreszcie odpowiednio zaprojektowana przekładnia planetarna z odpowiednim przełożeniem ma wyższe przełożenie. przydatne działanie niż dwu-trzy-wałowe mechaniczne skrzynie biegów.
Ale jednocześnie skrzynie planetarne mają również wady. Głównym z nich jest złożoność projektowania i produkcji wielostopniowych skrzyń biegów. V pudełka automatyczne aby uzyskać trzy lub więcej stopni przełączania, należy uciec się do kaskadowych systemów planetarnych. To komplikuje skrzynię biegów, a tym samym zmniejsza jej wydajność i niezawodność.
Obecnie rozwój w dziedzinie planetarnej skrzynie samochodowe skrzynie biegów wykorzystywane są w produkcji automatycznych przekładni planetarnych, które całkowicie zastąpiły manualne skrzynie biegów tego typu. Razem z półautomatycznym i przekładnie bezstopniowe(przede wszystkim z