O princípio de funcionamento de um diferencial automóvel. O que é um diferencial em um carro e como funciona

O diferencial de um carro atende às três tarefas a seguir:

1. O diferencial transfere a potência do motor para as rodas do carro.
2. Ele dá o último passo para reduzir o número de rotações nas rodas (lembramos que a caixa de câmbio dá o primeiro passo) e, portanto, aumentar o torque transmitido às mesmas rodas motrizes.
3. Transferindo energia para as rodas motrizes (sempre ligado numero par rodas no mesmo eixo: dois ou quatro), o diferencial permite que cada uma gire em velocidades diferentes (é exatamente disso que o diferencial ganhou o nome).

Neste artigo, você descobrirá por que seu carro precisa de diferentes rotações, como são fornecidas, o que é um diferencial, como funciona um diferencial e quais são suas principais desvantagens. Também veremos vários de seus tipos.

Para que serve um diferencial?

As rodas dos carros giram em velocidades diferentes, especialmente nas curvas. Você pode ver na animação abaixo que cada roda percorre uma distância muito diferente conforme o carro gira, e que as rodas internas percorrem uma distância muito menor do que as externas. Como a velocidade é igual à distância dividida pelo tempo necessário para percorrer essa distância, verifica-se que as rodas que percorrem uma distância menor giram em uma velocidade menor: por exemplo, ao virar à esquerda, as rodas esquerdas irão girar mais devagar do que o os corretos e vice-versa. Deve-se observar também que as rodas dianteiras estão percorrendo uma distância diferente daquela que dirigem. rodas traseiras.

Clique para ver a animação

Para carros com apenas um eixo de tração - seja nas rodas traseiras ou nas rodas dianteiras - a diferença na rotação das rodas dianteiras para trás não é um problema. Não há conexão entre eles, então eles giram independentemente. Mas as rodas motrizes estão interconectadas de modo que um motor e uma transmissão devem movimentar as duas rodas, embora em velocidades de rotação diferentes. Mas e se tivermos apenas um motor ?! Se o seu carro não estiver equipado com diferencial, as rodas devem ser travadas juntas, sendo forçadas a girar na mesma velocidade. Isso tornaria as manobras em curvas - mesmo com um ângulo leve - difíceis: nesses carros, para poder virar, um dos pneus terá que escorregar, ou o outro terá que escorregar. E com pneus modernos e estradas de asfalto, isso exigirá muito esforço. Essa força teria que ser transferida através do eixo de uma roda para a outra, colocando assim uma carga muito pesada nos componentes do eixo.

É com esse problema que o diferencial lida de forma impecável.

O que é um diferencial?

Diferencialé um dispositivo que divide o torque do motor em dois caminhos com saídas, o que permite que cada saída gire em uma velocidade diferente.

O diferencial está disponível em todos os carros de passeio modernos e caminhões assim como muitos veículos com tração nas quatro rodas... Além disso, todos os carros com tração nas quatro rodas devem ter um diferencial entre cada conjunto de rodas motrizes no mesmo eixo, e, além disso, precisam de um diferencial entre os pares de rodas dianteiras e traseiras (lembre-se do início do artigo - porque as dianteiras as rodas cobrem uma distância diferente das rodas traseiras ao dirigir em uma direção diferente de uma linha reta?).

No entanto, alguns carros com tração nas quatro rodas não têm um diferencial entre as rodas dianteiras e traseiras e, em vez disso, esses pares de rodas estão intimamente ligados, de modo que as rodas dianteiras e traseiras devem girar na mesma velocidade. É por isso que os fabricantes não recomendam dirigir em superfícies duras nesses carros no modo tração nas quatro rodas, e ligue-o apenas fora da estrada.

Agora vamos descobrir onde o diferencial geralmente está localizado no carro, dependendo do tipo de direção do carro:

Como funciona um diferencial?

Começaremos com o tipo mais simples de diferencial chamado diferencial aberto... Mas primeiro temos que aprender alguns termos - olhe para a figura abaixo, lá você encontrará os principais componentes da operação diferencial:

Assim, o diferencial consiste nas seguintes partes principais:

1. Eixo de transmissão - transmite torque, conduzindo-o desde a caixa de engrenagens até o início do diferencial
2. A engrenagem de transmissão do eixo de transmissão é uma pequena engrenagem helicoidal em forma de cone que é usada para acoplar ao mecanismo diferencial
3. Engrenagem anelar - Uma engrenagem acionada, também em forma de cone, é acionada (girada) pela engrenagem motriz. A engrenagem do pinhão e o pinhão acionado, tomados em conjunto, são chamados engrenagem principal e são eles que servem a última etapa uma diminuição da velocidade de rotação, que acaba atingindo as rodas (a coroa é sempre menor que a engrenagem motriz, o que significa que a engrenagem motriz terá que fazer muito mais rotações enquanto a engrenagem acionada dá apenas uma volta em torno de si mesma).
4. As engrenagens do eixo são as últimas no caminho de transmissão do eixo de transmissão para as rodas.
5. Os satélites são um mecanismo planetário que desempenha um papel fundamental em garantir a diferença na rotação das rodas ao girar.
6. Os semi-eixos são eixos que se estendem do diferencial diretamente às rodas.

Agora, vamos avançar para a compreensão chave e mais importante de como o diferencial funciona e olhar para as animações abaixo, como os componentes diferenciais abertos acima funcionam em dois casos:

• Quando o carro está indo direto.
• Quando o carro gira.

Veja você mesmo - tudo é muito simples:

Clique no botão "Virar" para ver como o diferencial funciona durante uma curva e "Dirigir em linha reta" para ver como seus componentes se movem durante um movimento reto

Como vemos, quando dirigimos diretamente em nosso carro, então, de fato, todo o mecanismo diferencial gira na mesma velocidade: a velocidade do eixo de entrada é igual à velocidade de rotação dos semieixos e, consequentemente, a velocidade da roda. Mas assim que giramos um pouco o volante, a situação muda, e agora os satélites entram em seu papel principal, que são destravados pela diferença de carga nas rodas (quando uma roda tenta escorregar, girando mais rápido) , e toda a potência do motor agora passa por eles. E pelo fato de os dois satélites serem duas engrenagens independentes, verifica-se que transmitem diferentes velocidades de rotação aos semieixos, como se o duplicassem, mas não dividindo toda a potência igualmente, mas transmitindo maior poder a roda que se move borda externa ao girar o carro e, consequentemente, girá-lo mais (aumentando o número de rotações). E a diferença na potência transmitida é quanto mais forte, quanto mais inclinada a máquina gira (mais precisamente, menor é o raio de rotação desta máquina).

Qual é a principal desvantagem do diferencial?

Um diferencial aberto transfere a rotação para uma ou outra roda em quase qualquer proporção, incluindo uma proporção de 100% / 0% - quando uma das rodas motrizes assume todo o torque sobre si mesma. Ao mesmo tempo, a distribuição dessa rotação entre as rodas ocorre quando a carga nessas rodas (e com elas no semieixo) muda - ou seja, uma roda com carga menor em uma curva recebe mais rotação. Mas aqui está um desvantagem significativa, que ocorre sob certas condições, ou seja, quando ambas as rodas motrizes estão na lama, neve ou gelo, e o carro começa a escorregar - neste caso, a roda que tem menos aderência na superfície receberá a maior parte da rotação. Simplificando, se, por exemplo, você está preso na neve, sentado "na barriga" - quando uma roda está aderida à superfície da neve, e a segunda está completamente suspensa no ar, então apenas essa roda receberá potência devido à distribuição correspondente ao longo dos semieixos diferenciais, que está suspensa e é ela que vai girar desamparadamente no ar. Especialmente agudo este problema significa veículos todo-o-terreno e veículos todo-o-terreno.

Que tipos de diferenciais existem?

A solução para esses problemas é diferencial aumento do atrito (LSD, também chamado diferencial de deslizamento limitado) Diferenciais de deslizamento limitado usam mecanismos diferentes para fornecer ação diferencial normal em condições diferentes andar de. Quando a roda desliza, esse diferencial permite que mais torque seja transferido para a roda antideslizante.

Em SUVs e veículos todo-o-terreno também são utilizados diferenciais com desengate manual, que, no entanto, muitas vezes não são protegidos de desconexões acidentais ou no momento errado por desconhecimento - fato é que a possibilidade de desabilitar o diferencial na go acarreta seu possível colapso e este problema comum.

O que é um acoplamento viscoso (acoplamento viscoso)?

O acoplamento viscoso é mais freqüentemente encontrado em todos os veículos com tração nas quatro rodas. E, se você leu um artigo sobre o princípio de operação de um conversor de torque, saiba que o acoplamento viscoso tem um esquema operacional semelhante. É amplamente utilizado para ligar as rodas traseiras às dianteiras de modo que quando um conjunto de rodas começa a escorregar, o torque é transferido para o outro conjunto, resolvendo assim o problema da roda em chamas descrito acima.

Uma embreagem viscosa tem dois conjuntos de placas dentro de uma carcaça vedada que é preenchida com um fluido viscoso (um pouco mais viscoso do que o óleo de transmissão, por exemplo). Um conjunto de placas é conectado a cada eixo de saída. V condições normais ambos os conjuntos de placas e sua porção do fluido viscoso se movem na mesma velocidade. Mas quando um eixo tenta girar mais rápido, talvez porque escorrega, a pluralidade de placas correspondentes às rodas desse eixo gira mais rápido do que as outras. O fluido viscoso entre as placas tenta alcançar os discos mais rápidos, impulsionando os discos mais lentos. Isso transfere mais torque para as rodas giratórias mais lentas, que não escorregam.

Dispositivo de acoplamento viscoso

Quando o carro faz uma curva, a diferença de velocidade entre as rodas de um eixo não é tão grande quanto quando uma das rodas simplesmente escorrega. Quanto mais rápido as placas giram em relação umas às outras, mais torque é aplicado à embreagem. A embreagem não impede que as voltas girem, porque a quantidade de torque transmitida durante a volta é pequena.

Um experimento simples com um ovo ajudará a explicar o comportamento do acoplamento viscoso. Se você colocar um ovo na bancada da cozinha, as cascas, claras e gemas ficarão imóveis. Mas quando você começa a girar o ovo, a casca do ovo se move a uma velocidade maior do que a clara, e a clara um pouco mais rápido, comemos a gema, mas a gema então se recupera rapidamente. A propósito, para ter certeza dessas palavras, conduza um experimento assim que tiver um ovo: gire rápido o suficiente, pare, depois solte o ovo e ele começará a girar novamente (bem, ou pelo menos contração na direção da rotação anterior) ... Neste experimento, utilizou-se o atrito entre a casca, clara do ovo e gema, aplicando força apenas na casca. Primeiro, nós realmente desenrolamos a casca e, com algum atraso atrás da casca, devido à fricção, a clara começou a se desenrolar e, em seguida, a gema. E quando paramos a casca, o mesmo atrito - entre a gema ainda em movimento, a clara e a casca - aplicou força na casca, fazendo com que ela acelerasse. Assim, no caso de um acoplamento viscoso, a força é transferida entre o líquido e os conjuntos de pratos da mesma forma que entre a gema, a clara e a casca.

O que diferencial Torsen?

O diferencial da Torsen é puro dispositivo mecânico: não está amarrado por nenhum, assim como por acoplamentos ou fluidos viscosos, e em sua essência é um mecanismo bastante simples, muito semelhante a um diferencial aberto.

O Torsen funciona da mesma maneira que um diferencial aberto quando a quantidade de torque entre as duas rodas motrizes é igual. Mas assim que uma das rodas começa a perder tração, a diferença de torque faz com que as engrenagens travem juntas no diferencial Torsen.

Esse diferencial é freqüentemente usado em veículos com tração nas quatro rodas potentes e muito potentes. Como o acoplamento viscoso, é freqüentemente usado para transferir força entre as rodas dianteiras e traseiras. E nesta aplicação, o diferencial Torsen supera o conforto viscoso porque transfere torque para as rodas de forma consistente antes de o deslizamento realmente começar. No entanto, se um conjunto de rodas perder totalmente a tração, o diferencial Torsen não será capaz de transferir torque para o outro conjunto de rodas devido ao seu design e à forma como funciona.

É assim que se parece um diferencial moderno da Torsen.

A propósito, quase todos Carros Hummer use um diferencial Torsen entre a frente e eixos traseiros... Ao mesmo tempo, o manual do usuário do Hummer oferece uma nova solução para o problema quando uma roda perde completamente a tração: pressione o pedal do freio. Ao aplicar o freio, o torque é aplicado nas rodas, que estão no ar, e depois transferido para as rodas, que poderão tirar o carro da “bagunça”.

Quando o carro está em movimento, o torque é transmitido de e, através da engrenagem principal e diferencial, para as rodas motrizes. permite aumentar ou diminuir o torque transmitido e ao mesmo tempo reduzir e aumentar consequentemente a velocidade de rotação das rodas. A relação de transmissão na engrenagem principal é selecionada de tal forma que o torque máximo e a velocidade de rotação das rodas motrizes estão nos valores mais ideais para carro específico... Além disso, a direção final é frequentemente objeto de ajuste do carro.

Dispositivo de direção final

Na verdade, a engrenagem principal nada mais é do que uma engrenagem redutora, na qual a engrenagem motriz é conectada ao eixo secundário da caixa de câmbio, e a engrenagem acionada é conectada às rodas do carro. Modelo conexão dentada as engrenagens principais diferem nos seguintes tipos:

• cilíndrico - na maioria dos casos, é usado em carros com arranjo transversal e caixas de câmbio e tração dianteira;
• cônico - é usado muito raramente, pois tem grandes dimensões e alto nível barulho;
• hipóide - a variedade mais exigida engrenagem principal, que é usado na maioria dos carros com Tração Traseira... A transmissão hipóide é pequena em tamanho e baixo ruído;
• worm - praticamente não utilizado em automóveis devido à laboriosidade de fabricação e alto custo.

Também é importante notar que os veículos com tração dianteira e traseira têm localização diferente engrenagem principal. V veículos com tração dianteira com uma disposição transversal do posto de controle e unidade de energia, o comando final cilíndrico está localizado diretamente na caixa da caixa de engrenagens.

Em carros com tração traseira clássica, a tração final instalado na carcaça do eixo motor e é conectado à caixa de velocidades por meio de. Para o funcional transmissão hipóide carro com tração traseira também inclui uma reversão de rotação de 90 graus devido às engrenagens cônicas. Apesar de Vários tipos e a localização, a finalidade da engrenagem principal permanece inalterada.

Carro diferencial

Carro diferencial mais frequentemente combinado com a engrenagem principal e está localizado, respectivamente, na caixa da caixa de engrenagens ou na caixa eixo traseiro... No entanto, um diferencial também pode ser instalado entre os eixos de tração de um veículo com tração nas quatro rodas. O diferencial é e se divide nos seguintes tipos:

• chanfrado - na maioria dos casos é instalado junto com a engrenagem principal entre as rodas de um eixo motriz;
• cilíndrico - mais frequentemente usado para desacoplar eixos principais carros com tração nas quatro rodas celulares;
• engrenagem helicoidal - é universal e é instalada tanto entre as rodas quanto entre os eixos motores.

O principal objetivo do diferencial é distribuir o torque entre as rodas do carro e alterar sua frequência de rotação entre si. Por exemplo virar o carro sem diferencial seria simplesmente impossível, uma vez que ao girar, a roda externa deve necessariamente girar em uma frequência mais alta do que a interna.

Os diferenciais são simétricos e assimétricos. O diferencial simétrico transmite torque igual para ambas as rodas e é mais frequentemente instalado em conjunto com o comando final. Um diferencial assimétrico permite a transmissão de torque em diferentes proporções e é definido entre eles.

O diferencial consiste em uma carcaça, engrenagens de pinhão e engrenagens laterais. O corpo é geralmente alinhado com a engrenagem acionada do comando final. As engrenagens dos satélites desempenham um papel caixa de engrenagem planetária e conecte as engrenagens laterais à caixa do diferencial. As engrenagens de meio eixo (sol) são conectadas às rodas motrizes por meio de semieixos em juntas estriadas.

Com todas as vantagens do diferencial mais simples também há uma desvantagem... O fato é que a velocidade pode ser distribuída às rodas não apenas em uma proporção, por exemplo, 50/50, 40/60 ou 35/65, mas também 0/100. Ou seja, absolutamente todo o torque pode ser transmitido para uma roda do carro, enquanto a segunda roda ficará absolutamente estática. Isso acontece se o carro ficar preso na lama ou no gelo.

Porém, os diferenciais modernos são mais perfeitos e praticamente desprovidos dessa desvantagem. Muitos diferenciais possuem uma automática rígida ou bloqueio manual... Além disso, carros modernos veículos com tração nas quatro rodas fornecido com o sistema estabilidade direcional, que se baseia na distribuição ideal de torque entre os eixos e as rodas individuais, dependendo da trajetória.

Quando o veículo se move em curvas, as rodas do eixo motor cobrem um caminho de comprimentos diferentes. Para evitar que os pneus escorreguem, as rodas devem girar em velocidades diferentes. Considere: o que é um diferencial e como funciona, quais são as variedades.

O que é isso?

O produto da força de tração pelo raio da roda dá o torque que o diferencial deve transmitir às rodas. Quando a tração é fraca ou uma roda está suspensa, o torque e a tração na roda são muito poucos ou nenhuma, o veículo não será capaz de continuar dirigindo. Esta é uma característica do diferencial de engrenagem cônica amplamente difundido. Esse tipo de diferencial é denominado simétrico, pois distribui o torque igualmente entre as rodas.

Isso ocorre porque o satélite funciona como uma alavanca de braço igual e transfere apenas forças iguais para as engrenagens do eixo e, consequentemente, para as rodas motrizes. Se uma das rodas tiver pouca aderência superfície da estrada, então o torque efetivo sobre ele é pequeno, respectivamente, o diferencial simétrico fornecerá a mesma força para a outra roda. Ou seja, se uma roda está escorregando, a força de tração na segunda é zero, o que afeta negativamente a habilidade de cross-country.

Para melhorá-lo nos carros, são usados ​​bloqueios de diferencial total ou parcial, cujo grau é estimado pelo coeficiente de bloqueio.

Existem vários tipos de diferenciais.

Diferencial com bloqueio total

Exemplo - bloqueio diferencial central no VAZ-2121. Operado à força pelo motorista. As velocidades angulares das rodas são sempre iguais aqui, o que contradiz as condições de direção do carro ao longo da curva, leva ao desgaste da borracha e deterioração do manuseio em superfícies duras.

Acoplamento viscoso

O princípio de operação do acoplamento viscoso Baseia-se nas propriedades especiais de um fluido de silicone especial: quando a temperatura sobe, sua viscosidade não diminui, como, por exemplo, com o óleo, mas aumenta. O acoplamento viscoso é um cilindro cheio de fluido de silicone. Em seu interior está um pacote de discos perfurados, conectados por um, respectivamente, aos eixos acionador e acionado.

V transmissão com tração nas quatro rodas sob condições normais de direção, os eixos giram aproximadamente à mesma velocidade: o eixo de entrada é acionado pelo torque do eixo de tração principal e o eixo de saída gira as rodas às quais está conectado. Quando as rodas do eixo motriz principal escorregam eixo de entrada gira mais rápido que a saída (a máquina está praticamente parada), o fluido esquenta com o atrito contra os discos e a embreagem começa a transmitir mais torque ao eixo de saída.

Uma desvantagem significativa do acoplamento viscoso: a atuação do acoplamento leva tempo e sua característica ótima é difícil de encontrar. Portanto, muitos fabricantes estão abandonando o uso de embreagens viscosas em favor de embreagens de placas múltiplas controladas eletronicamente.

Thorsen

Essa conexão cinemática rígida permite que as rodas do carro girem em velocidades diferentes. As forças de atrito que surgem na engrenagem helicoidal da diferença de momentos nas rodas realizam o bloqueio do diferencial. A falha de projeto é a complexidade de fabricação, montagem da unidade como um todo e reparo.

Quife

Quando uma das rodas começa a ficar para trás, a engrenagem de meio eixo associada a ela começa a girar mais lentamente do que a caixa do diferencial e girar o satélite que a engata. Ele transfere o movimento para o satélite a ele associado, e este, por sua vez, para a engrenagem de meio eixo. Isso garante diferentes rpm da roda no canto.

Devido à diferença de torque nas rodas, ocorrem forças de atrito, que realizam bloqueios, o que aumenta a força de tração do carro, aumentando sua capacidade de cross-country. Diferenciais deste tipo receberam mais difundido em sintonia.

As engrenagens planetárias estão entre os dispositivos mais complexos. maquinas tecnologicas, andar de bicicleta e veículos rastreados... Até o momento, o planetário tem vários projetos estruturais, mas os princípios básicos de suas modificações permanecem os mesmos.

Dispositivo de unidade

A base da estrutura é formada por apenas três partes funcionais com um eixo de rotação. Eles são representados por um transportador e duas rodas centrais dentadas. O dispositivo também fornece um extenso grupo de elos auxiliares na forma de um conjunto de engrenagens de formato único, coroa e rolamentos. Disto podemos concluir que a caixa de engrenagens planetárias é um mecanismo da família das "caixas" de engrenagens, mas com uma diferença fundamental. Consiste na independência condicional das velocidades angulares para cada um dos elos principais. Agora vale a pena dar uma olhada mais de perto nos elementos da unidade:

• O portador é a base e parte obrigatória de qualquer sistema planetário, inclusive daqueles com elo diferencial. Este é um garfo espacial, o eixo do qual está alinhado com o eixo de transmissão comum. Nesse caso, os eixos dentados com satélites giram em torno dele nos planos das rodas centrais.
• Rodas de engrenagem. Em primeiro lugar, os grupos de rodas centrais grandes e pequenas deste tipo devem ser separados. No primeiro caso, estamos falando de grandes rodas com dentes internos - este sistemaé chamado de epiciclo. Já as pequenas engrenagens diferem na disposição externa dos dentes - também são chamadas de engrenagem solar.
• Satélites. O grupo de rodas da caixa de engrenagens planetárias (menos frequentemente - único engrenagem), cujos elementos têm necessariamente dentes externos. Os satélites estão localizados em um engate com os dois grupos de rodas centrais. Dependendo da funcionalidade e potência do equipamento, o número de satélites pode variar de 2 a 6, mas na maioria das vezes são utilizados 3 segmentos, já que neste caso não há necessidade de dispositivos de balanceamento adicionais.

Como funcionam as caixas de engrenagens planetárias

A mudança de marcha depende da configuração da colocação das unidades funcionais. A mobilidade do elemento e a direção do torque serão importantes. Um dos três componentes (portador, satélites, engrenagem solar) é fixado em uma posição estacionária e os outros dois giram. Para bloquear os elementos da caixa de engrenagem planetária, o princípio de funcionamento do mecanismo prevê a conexão e os acoplamentos. A menos que em dispositivos diferenciais com engrenagens cônicas, não há freios e embreagens de travamento.

Ele pode ser ativado de duas maneiras. Na primeira versão, o seguinte princípio é implementado: o epiciclo pára, tendo como pano de fundo o momento de trabalho da unidade motriz é encaminhado para a base da engrenagem solar e retirado do suporte. Como resultado, a intensidade da rotação do eixo diminuirá e a engrenagem solar aumentará a frequência de operação. Em um esquema alternativo, a engrenagem solar do dispositivo é bloqueada e a rotação é transmitida do portador para o epiciclo. O resultado é o mesmo, mas com uma pequena diferença. O fato é que a relação de transmissão neste modelo de trabalho tenderá para a unidade.

No processo de upshift, vários modelos de trabalho também podem ser realizados, e para a mesma caixa de engrenagens planetárias. O princípio de operação em o esquema mais simples a seguir: o epiciclo é bloqueado e o torque é transferido da engrenagem solar central e transmitido aos satélites e à transportadora. Neste modo, o mecanismo funciona como um redutor de aumento. Em outra configuração, a engrenagem será bloqueada e o momento será encaminhado da coroa para o transportador. Além disso, o princípio de operação é semelhante ao da primeira opção, mas há uma diferença na velocidade. Quando a marcha à ré é engatada, o torque é removido do epiciclo e transmitido à engrenagem solar. Nesse caso, o transportador deve estar parado.

Recursos do fluxo de trabalho

A diferença fundamental Mecanismos planetários de outros tipos de redutores é a já mencionada independência dos elementos de trabalho, que é formulada como dois graus de liberdade. Isso significa que, devido à relação diferencial, para calcular a velocidade angular de um componente do sistema, é necessário levar em consideração as velocidades dos outros dois nós da engrenagem. Para comparação, outros caixas de engrenagens as engrenagens assumem uma relação linear entre os elementos na determinação da velocidade angular. Em outras palavras, as velocidades angulares da "caixa" planetária podem mudar na saída, independentemente de desempenho dinâmico na entrada. Com engrenagens fixas e estacionárias, é possível resumir e distribuir os fluxos de potência.

Nos mecanismos mais simples, há dois graus de liberdade nas ligações de engrenagem, mas a operação de sistemas complexos também pode prever a presença de três graus. Para isso, o mecanismo deve ter pelo menos quatro links funcionais, que estarão em uma conexão diferencial entre si. Outra coisa é que tal configuração na verdade será ineficaz devido à baixa eficiência, pois, na prática, a aplicação e a transmissão com quatro links mantêm dois graus de liberdade.

Engrenagens planetárias simples e complexas

Um dos sinais da divisão dos mecanismos planetários em simples e complexos já foi notado - este é o número de links em funcionamento. Além disso, estamos falando apenas sobre os nós principais, e grupos de satélites não são levados em consideração. Um sistema simples geralmente tem três links, embora todos os sete sejam permitidos pela cinemática. Como exemplo de tal sistema, pode-se citar conjuntos de satélites com uma e duas coroas, bem como grupos de engrenagens emparelhados.

Em mecanismos complexos, existem links muito mais básicos do que em simples. Neles há pelo menos um suporte, mas pode haver mais de três rodas centrais. Além disso, o princípio de operação da caixa de engrenagem planetária torna possível usar várias unidades simples, mesmo dentro da estrutura de um sistema complexo. Por exemplo, um modelo de quatro links pode ter até três nós simples e um modelo de cinco links pode ter até seis. No entanto, não se fala de completa independência de sistemas planetários simples dentro da estrutura de dispositivos complexos. O fato é que vários desses mecanismos são mais propensos a ter uma portadora comum.

Elementos de controle do mecanismo

Embora mantenha vários graus de liberdade, o dispositivo pode ser usado como a principal funcionalidade autossuficiente. Mas se um modelo com um mestre e um escravo for selecionado (modo de engrenagem), será necessário definir certas velocidades para eles. Para isso, são utilizados os elementos de controle da caixa de engrenagem planetária. Seu princípio de operação é redistribuir as velocidades devido à embreagem e ao freio. Os graus de liberdade em excesso são removidos e os nós livres principais tornam-se nós de referência.

As embreagens são responsáveis ​​por conectar dois links livres ou um link (também gratuito) a uma fonte de alimentação externa. Ambas as configurações de embreagem em condições de bloqueio fornecem os links controlados com uma certa velocidade angular, e não zero. Por design, tais elementos são embreagens multi-placa, mas às vezes embreagens comuns para transmissão de torque também são encontradas.

No que diz respeito ao freio, sua função na infraestrutura de controle de uma caixa de engrenagem planetária é conectar os elos livres ao corpo do mecanismo. Este elemento, em condições de bloqueio, concede links livres com zero velocidade angular... Por dispositivo técnico esses freios são semelhantes às embreagens, mas nas versões mais simples - disco único, sapato e fita.

Aplicação de engrenagem planetária

Pela primeira vez, esta unidade foi usada em Carro ford T como uma caixa de câmbio de dois estágios com pedal e freios de banda. No futuro, o dispositivo passou por muitas transformações, e hoje, como versão mais recente mecanismos deste tipo pode ser chamada de caixa de engrenagens planetárias Prius japonesa. O princípio de funcionamento desta unidade é distribuir energia entre usina elétrica(que pode ser híbrido) e rodas. Durante a operação, o motor para, após o que a energia é direcionada para o gerador, como resultado do que as rodas começam a se mover.

Ao mesmo tempo, o sistema pode não ser apenas a funcionalidade da caixa de câmbio sozinha. Hoje este aparelho usado em caixas de câmbio, diferenciais, em complexo diagramas cinemáticos equipamento industrial, nos sistemas de acionamento de equipamentos especiais e aeronaves. Os gigantes automotivos avançados também estão dominando os princípios de operação do mecanismo em combinação com acionamentos eletromagnéticos e eletromecânicos. A mesma caixa de engrenagens planetárias Prius é usada com sucesso em veículos elétricos híbridos... Não há caixa de engrenagens em si no sentido tradicional em tais projetos, mas há uma aparência de um variador sem mudança de passo- um complexo de engrenagens planetárias, que movimenta as rodas e recebe energia do motor, apenas desempenha essa função.

Caixa de velocidades planetária para bicicletas

No sentido tradicional, não existe caixa de câmbio no transporte de bicicletas provida de mecanismos planetários. Estas são buchas com a mesma engrenagem solar rigidamente fixada ao rodas traseiras em seu eixo. Além disso, para a fixação, é utilizada uma portadora, que determina a direção do movimento dos satélites e não permite que eles se dispersem e se interliguem. E o elemento mais importante da "caixa" planetária de uma bicicleta é representado por uma engrenagem epicicloidal, cuja rotação ocorre devido à torção dos pedais. No momento da mudança de marcha mecanismo de atuação buchas (spline drive) altera a dinâmica do portador, o que dá o efeito de controle de velocidade.

Ou seja, podemos novamente concluir que o modelo planetário funciona como redutor. Neste sistema, o epiciclo atua como um elo acionado na corrente, a engrenagem solar retém estado estacionário, e o portador é fechado no corpo. Nesse caso, os diagramas de trabalho das buchas simples e multi-velocidades serão os mesmos. Uma pequena diferença reside apenas no fato de que cada nó do sistema planetário tem seus próprios indicadores estritamente definidos de relações de transmissão.

Processo operacional

A principal medida durante a operação este mecanismo cabe ao usuário manter a engrenagem planetária ajustada em ótimas condições de funcionamento. Isso é obtido por meio da limpeza periódica dos elementos e, o mais importante, por meio da lubrificação. O que deve ser lubrificado na caixa planetária? Principalmente rolamentos deslizantes da caixa de engrenagens. O óleo é direcionado do virabrequim para a cavidade do eixo da engrenagem, enchendo as cavidades dos satélites com rodas de engrenagem... Além disso, dependendo do projeto, ao longo dos munhões e orifícios radiais lubrificante técnico vai para os rolamentos das engrenagens. Para distribuição máxima de óleo ao longo do comprimento do mancal lado de fora os pinos às vezes são achatados.

As embreagens são lubrificadas mergulhando os dentes das rodas em um banho líquido ou direcionando o óleo para a área do engate através de bicos especiais. Ou seja, a lubrificação a jato ou a lubrificação por imersão é realizada. Mas o mais forma efetivaé considerada a propagação da névoa de óleo, que é aplicada aos elementos de engrenagens e rolamentos. Este método a lubrificação é realizada por pulverização de uma pistola de pulverização especial.

Quanto à própria composição do lubrificante, óleos de petróleo não ligados são recomendados para engrenagens planetárias. Por exemplo, formulações industriais são adequadas para uso. propósito geral... Para mecanismos de alta velocidade, é desejável usar turbinas especiais e instalações de aviação.

Mau funcionamento e reparos do mecanismo

O sintoma mais comum de um problema de engrenagem planetária é a vibração na área do duto. Os motoristas também observam ruído estranho, sacudindo e se contorcendo. A presença de certos sintomas depende da natureza do mau funcionamento, para o qual pode haver vários motivos:

• Superaquecimento do mecanismo.
• Estilo de direção agressivo com travagem e aceleração bruscas.
• Falta de óleo nível baixo ou não o suficiente alta qualidade.
• Aquecimento insuficiente da caixa de câmbio antes de dirigir.
• Escorregando no gelo.
• Veículo entrando na neve ou lama.
• Desgaste dos elementos da engrenagem planetária.

Para reparar uma caixa de engrenagens planetárias, você precisa saber a causa específica de sua falha. Para isso, o mecanismo é desmontado. A caixa é geralmente aparafusada no interior do eixo de transmissão. É necessário remover os suportes de alta velocidade de um lado (dependendo do projeto) e, em seguida, desparafusar o parafuso através do orifício no eixo de transmissão. Em seguida, o elemento defeituoso é limpo ou substituído. Normalmente, são lascas de metal, dentes quebrados, eixos e engrenagens desgastados.

Conclusão

Diferem na complexidade do dispositivo, que tem seus prós e contras. Os primeiros incluem o equilíbrio dos elementos atendidos com uma distribuição de forças relativamente precisa. Este fator permite o desenvolvimento de unidades de câmbio de tamanho modesto que permitem um layout otimizado. No caso de uma bicicleta "planetária", as vantagens ergonômicas também são notadas, incluindo a capacidade de alternar na posição em pé. Ao dirigir pela cidade, esta é uma qualidade especialmente útil, uma vez que mudar modos de velocidade acontece com bastante frequência. Se falamos sobre as desvantagens dos sistemas planetários, então, com grandes relações de transmissão, eles ainda são caracterizados por um desempenho modesto. Além disso, o sistema exige uma montagem precisa, pois os menores desvios aumentam o risco do mesmo desgaste das peças.

Dispositivo e princípio de operação

A caixa de engrenagens planetárias usa um sistema de engrenagens satélites girando em torno de uma engrenagem solar central. Na maioria das vezes, os satélites estão localizados dentro de uma grande engrenagem de anel (epiciclo), com a qual estão em constante engajamento. Por sua vez, os satélites são acoplados à operadora.
A mudança na relação de engrenagens da caixa de câmbio manual planetária depende de qual dos três elementos principais - a engrenagem solar, as engrenagens planetárias planetárias e a coroa dentada - é fixa imóvel, qual torque é fornecido e qual elemento é removido pela transmissão. Em qualquer caso, um dos três elementos principais da caixa planetária (e os satélites são considerados uma peça com o portador) será estacionário, os outros dois irão girar. Para parar e bloquear um dos elementos da caixa de câmbio, um sistema de freios de banda e embreagens de bloqueio é usado. Mas existem mecanismos planetários em que não há freios e embreagens - estamos falando de diferenciais, que também pertencem a mecanismos planetários construídos com engrenagens cônicas.
Existem muitas variantes de sistemas planetários usados ​​no MCP. A descrição do princípio operacional diz respeito o sistema mais simples com três satélites anexados ao portador em um ângulo de 120 graus.
Marcha baixa. Primeira opção. Se o epiciclo for parado, o torque do motor for aplicado ao eixo da engrenagem solar e o torque for removido do suporte, a velocidade do eixo do suporte será menor que a velocidade da engrenagem solar.
Segunda opçao. Se você aplicar o torque do eixo do motor ao epiciclo, bloquear a engrenagem solar e remover o torque do transportador, obterá o mesmo efeito (mas com relação de engrenagem perto da unidade).
Overdrive. Primeira opção. O epiciclo é travado, o torque é fornecido ao transportador planetário com os satélites e é removido da engrenagem solar central. Como resultado, a caixa de câmbio funciona como uma engrenagem de aumento.
Segunda opçao. A engrenagem solar é travada, o torque é aplicado ao suporte, removido da grande coroa. O efeito é o mesmo, a caixa de câmbio opera no modo overdrive.
Reverter. Primeira opção. O torque é aplicado na engrenagem solar, retirada do epiciclo, o portador fica imóvel e imóvel. Neste caso, a caixa de câmbio funciona como uma caixa de câmbio com um negativo relação de engrenagem, ou seja, o modo de reversão de torque está ativado.
Segunda opçao. O torque é aplicado ao epiciclo, retirado do eixo da engrenagem solar, o portador, novamente, fica imóvel imóvel. A caixa de câmbio opera em modo reverso com uma relação de marcha negativa.

Aplicação de MCPs planetários

V transporte rodoviário MCP com controle manual (ou melhor, com pé) caiu em desuso em 1928 - com a cessação da produção carro lendário Ford T. Este carro usava uma transmissão mecânica planetária de duas velocidades. Nesse caso, a troca de marchas era feita por pedais, que incluíam os freios de banda da caixa. A primeira marcha foi acionada pressionando o pedal direito, a segunda - no meio e reverter- no pedal esquerdo (eram três pedais no total, em vez do pedal "acelerador", foi usada a alavanca da coluna de direção).
Na década de 30 e nos anos subsequentes, o MCP foi suplantado por caixas de engrenagens planetárias semiautomáticas e automáticas. Em máquinas semiautomáticas, acoplamentos de fluido foram usados ​​em vez de embreagens, em máquinas automáticas - conversores de torque.

Hoje, os MCPs planetários são amplamente usados ​​em veículos com esteiras, inclusive militares - em tanques, tratores e transportadores. V turbinas de aeronaves, em máquinas de corte de metal - como redutores.

Planetário muito popular caixa mecânica engrenagens embutidas em cubo traseiro Roda de bicicleta. Essas caixas são leves, duráveis, eficientes e fáceis de operar, pois não requerem manutenção. Ao mesmo tempo, aumentam o custo das bicicletas e não são utilizadas em modelos de esportes- devido à grande massa (cerca de 1,5-2 kg) e menor capacidade de manutenção em comparação com dispositivos abertos tradução de uma cadeia do tipo paralelogramo.

Vantagens e desvantagens das caixas de engrenagens planetárias

Ao mérito caixas planetárias compacidade deve ser atribuída. Todas as partes da caixa de engrenagens planetárias giram em torno de um eixo. Eles não têm eixos, controles deslizantes e engrenagens localizadas sequencialmente. Como resultado, essa caixa ocupa aproximadamente a mesma quantidade de espaço que uma embreagem de um ou dois discos.
Ao mesmo tempo, as caixas de engrenagens planetárias são capazes de transmitir um torque muito grande, o que leva à sua utilização em equipamentos pesados ​​(em particular, tanques). Esta característica é explicada pelo fato de que o torque é uniformemente distribuído aos satélites (dos quais pode haver mais de três), cujos dentes sofrem menos cargas mecânicas em comparação com caixas de engrenagens de dois ou três eixos. As caixas de engrenagens planetárias se distinguem por seus recursos aumentados e facilidade de manutenção.
O design das caixas de engrenagens planetárias facilita a organização do sistema de controle - equipar os elementos da caixa de engrenagens com freios de banda e embreagens de bloqueio (vamos explicar: os primeiros são necessários para parar suavemente a rotação das engrenagens, os últimos são necessários para a final bloqueio e, conseqüentemente, mudança de marcha).
Finalmente, uma caixa de engrenagens planetárias adequadamente projetada com a relação de engrenagem correta tem uma relação mais alta. ação útil do que caixas de engrenagens mecânicas de dois e três eixos.
Mas, ao mesmo tempo, as caixas planetárias também têm desvantagens. O principal deles é a complexidade do projeto e da produção de caixas de engrenagens de vários estágios. V caixas automáticas para obter três ou mais estágios de comutação, é necessário recorrer a sistemas planetários em cascata. Isso complica a caixa de engrenagens e, conseqüentemente, reduz sua eficiência e confiabilidade.
Hoje, os desenvolvimentos no campo da planetária caixas de carro As caixas de engrenagens são utilizadas na produção de caixas de engrenagens planetárias automáticas, que substituíram completamente as caixas de engrenagens mecânicas deste tipo. Junto com semi-automático e transmissões continuamente variáveis(em primeiro lugar, com