Principiul de funcționare al unui diferențial de automobile. Ce este un diferențial într-o mașină și cum funcționează

Diferențialul dintr-o mașină funcționează pentru a îndeplini următoarele trei sarcini:

1. Diferențialul transferă puterea motorului pe roțile mașinii.
2. Face ultimul pas în reducerea numărului de rotații la roți (ne amintim că cutia de viteze face primul astfel de pas) și, prin urmare, creșterea cuplului transmis la aceleași roți motrice.
3. Transferul puterii pe roțile motoare (întotdeauna pornit număr par roți pe aceeași punte: două sau toate patru), diferențialul permite ca fiecare dintre ele să se rotească la viteze diferite (tocmai din acest lucru și-a câștigat numele diferențialul).

În acest articol, veți afla de ce mașina dvs. are nevoie de rotații rotative diferite, cum este furnizată, ce este diferențialul, cum funcționează un diferențial și care sunt principalele sale dezavantaje. Vom analiza, de asemenea, câteva dintre tipurile sale.

Pentru ce este un diferențial?

Roțile mașinii se rotesc la viteze diferite, mai ales în viraje. Puteți vedea în animația de mai jos că fiecare roată parcurge o distanță foarte diferită pe măsură ce mașina se rotește și că roțile interioare parcurg o distanță mult mai mică decât cele exterioare. Deoarece viteza este egală cu distanța împărțită la timpul necesar pentru a parcurge această distanță, se dovedește că roțile care parcurg o distanță mai mică se rotesc cu o viteză mai mică: de exemplu, când se întoarce la stânga, roțile din stânga se vor roti mai lent decât cele potrivite și invers. De asemenea, trebuie remarcat faptul că roțile din față conduc o distanță diferită de cea pe care o conduc. rotile din spate.

Faceți clic pentru a vizualiza animația

Pentru mașinile cu o singură tracțiune pe osie - fie la roțile din spate, fie la roțile din față - diferența de rotație a roților din față spre spate nu este o problemă. Nu există nicio legătură între ele, așa că se rotesc independent. Dar roțile motoare sunt interconectate, astfel încât un motor și o transmisie trebuie să conducă ambele roți, în timp ce la viteze diferite. Dar dacă avem un singur motor?! În cazul în care mașina dvs. nu este echipată cu un diferențial, roțile ar trebui să fie blocate împreună, fiind forțate să se rotească cu aceeași viteză. Acest lucru ar face dificile manevrele în viraje - chiar și la unghiuri mici - în aceste mașini, pentru a putea roti, una dintre anvelope va trebui neapărat să alunece, sau cealaltă va trebui să alunece. Și cu anvelopele moderne și drumurile asfaltate, acest lucru va necesita mult efort. Această forță ar trebui transferată prin ax de la o roată la cealaltă, punând astfel o povară foarte grea asupra componentelor axei.

Cu această problemă diferențialul se descurcă impecabil.

Ce este un diferențial?

Diferenţial este un dispozitiv care împarte cuplul motorului în două căi cu ieșiri, care permite fiecărei ieșiri să se rotească cu o viteză diferită.

Diferențialul este disponibil pentru toate autoturismele moderne și camioane precum și multe vehicule cu tracțiune integrală... Mai mult, toate mașinile cu tracțiune integrală trebuie să aibă un diferențial între fiecare set de roți motrice pe aceeași axă și, în plus, au nevoie de un diferențial între perechile de roți față și spate (amintiți-vă de începutul articolului - deoarece partea din față roțile acoperă o distanță diferită de roțile din spate atunci când circulați într-o altă direcție decât o linie dreaptă?).

Cu toate acestea, unele mașini cu tracțiune integrală nu au diferențial între roțile din față și cele din spate și, în schimb, aceste perechi de roți sunt strâns legate între ele, astfel încât roțile din față și cea din spate trebuie să se rotească cu aceeași viteză. De aceea, producătorii nu recomandă conducerea pe suprafețe dure pe astfel de mașini în modul tractiune intergrala, și porniți-l numai în off-road.

Acum, să aflăm unde se află de obicei diferențialul în mașină, în funcție de tipul de unitate al mașinii:

Cum funcționează un diferențial?

Vom începe cu cel mai simplu tip de diferențial numit diferențial deschis... Dar mai întâi trebuie să învățăm câțiva termeni - uitați-vă la imaginea de mai jos, acolo veți găsi principalele componente ale operației diferențiale:

Astfel, diferențialul constă din următoarele părți principale:

1. Arborele de transmisie - transmite cuplul, conducându-l de la cutia de viteze la începutul diferențialului
2. Angrenajul de antrenare al arborelui de antrenare este un angrenaj elicoidal mic sub forma unui con care este folosit pentru a se cupla la mecanismul diferențial
3. Angrenaj inelar - Un angrenaj antrenat, de asemenea, sub forma unui con, este acționat (rotit) de angrenajul de acționare. Pinionul pinion și pinionul condus, luate împreună, sunt numite echipament principalși ei sunt cei care slujesc ultimul pas o scădere a vitezei de rotație, care ajunge în cele din urmă la roți (angrenajul inelar este întotdeauna mai mic decât angrenajul motric, ceea ce înseamnă că angrenajul motric va trebui să facă mult mai multe rotații în timp ce angrenajul condus face o singură rotație în jurul său).
4. Angrenajele osiei sunt ultimele vitezele din calea de transmisie de la arborele de antrenare la roți.
5. Sateliții sunt un mecanism planetar care joacă un rol cheie în asigurarea diferenței de rotație a roții la rotire.
6. Arborii axului sunt arbori care se extind de la diferențial direct la roți.

Acum să trecem la cheia și cea mai importantă înțelegere a modului în care funcționează diferențialul și să analizăm animațiile de mai jos, cum funcționează componentele diferențiale deschise de mai sus în două cazuri:

• Când mașina merge direct.
• Când mașina se întoarce.

Vedeți singur - totul este destul de simplu:

Faceți clic pe butonul „Întoarcere” pentru a vedea cum funcționează diferențialul în timpul unui viraj și pe „Conduceți drept” pentru a vedea cum se mișcă componentele sale în timpul unei mișcări drepte

După cum putem vedea, atunci când conducem direct în mașină, atunci de fapt întregul mecanism diferențial se rotește cu aceeași viteză: viteza arborelui de intrare este egală cu viteza de rotație a semi-axelor și, în consecință, viteza roții. Dar de îndată ce întoarcem puțin volanul, situația se schimbă, iar acum sateliții intră în rolul lor principal, care sunt deblocați din cauza diferenței de sarcină pe roți (când o roată încearcă să alunece, rotind mai repede) , iar toată puterea motorului trece acum prin ele. Și datorită faptului că cei doi sateliți sunt două trepte de viteză independente, se dovedește că transmit viteze de rotație diferite către arborii axelor, ca și când ar dubla-l, dar nu împărțind întreaga putere în mod egal, ci transmitând cea mai mare putere roata care merge mai departe marginea exterioarăîn timp ce rotiți mașina și, în consecință, o rotiți mai mult (crescând numărul de rotații). Și diferența de putere transmisă este cu atât mai puternică, cu cât mașina se întoarce mai abrupt (mai precis, cu atât raza de virare a acestei mașini este mai mică).

Care este principalul dezavantaj al diferențialului?

Un diferențial deschis transferă rotația pe una sau alta roată în aproape orice raport, inclusiv un raport 100% / 0% - atunci când una dintre roțile motoare ia tot cuplul asupra sa. În același timp, distribuția unei astfel de rotații între roți are loc atunci când se schimbă sarcina pe aceste roți (și împreună cu acestea pe axul axei) - adică o roată cu o sarcină mai mică într-o rotație primește mai multă rotație. Dar aici se află unul dezavantaj semnificativ, care apare în anumite condiții, și anume, atunci când ambele roți motrice sunt în noroi, zăpadă sau gheață, iar mașina începe să alunece - în acest caz, roata cu aderență mai mică va primi partea leului din rotație. Pur și simplu, dacă, de exemplu, sunteți blocat în zăpadă, așezat „pe burtă” - când o roată este aderată la suprafața zăpezii, iar a doua este complet atârnată în aer, atunci doar acea roată va primi puterea datorată la distribuția adecvată de-a lungul arborilor axului diferențial, care este suspendat, și acesta se va roti neputincios în aer. Mai ales acută această problemă standuri pentru vehicule de teren și vehicule de teren.

Ce tipuri de diferențiale există?

Soluția la aceste probleme este diferenţial frecare crescută (LSD, numit și diferențial cu alunecare limitată). Diferențialele cu alunecare limitată utilizează mecanisme diferite pentru a asigura o acțiune diferențială normală în condiții diferite plimbare. Când roata alunecă, acest diferențial permite transferul unui cuplu mai mare la roata antiderapantă.

Pe SUV-uri și vehicule de teren, se utilizează, de asemenea, diferențiale cu decuplare manuală, care, însă, de multe ori nu sunt protejate împotriva deconectării accidentale sau deconectării la momentul nepotrivit din cauza ignoranței - faptul este că posibilitatea de a dezactiva diferențialul de pe go implică posibila sa defalcare și această problemă comună.

Ce este o cuplare vâscoasă (cuplare vâscoasă)?

Cuplarea vâscoasă se găsește cel mai adesea la toate vehiculele cu tracțiune integrală. Și, dacă ați citit un articol despre principiul funcționării unui convertor de cuplu, atunci ar trebui să știți că cuplajul vâscos are o schemă de funcționare similară. Este utilizat pe scară largă pentru a lega roțile din spate de față, astfel încât, atunci când un set de roți începe să alunece, cuplul va fi transferat către celălalt set, rezolvând astfel problema roții de ardere descrisă mai sus.

Un ambreiaj vâscos are două seturi de plăci în interiorul unei carcase etanșe care este umplută cu un fluid vâscos (puțin mai vâscos decât uleiul de transmisie, de exemplu). Un set de plăci este conectat la fiecare arbore de ieșire. V condiții normale ambele seturi de plăci și porțiunea lor de fluid vâscos se mișcă cu aceeași viteză. Dar când o axă încearcă să se rotească mai repede, poate pentru că alunecă, pluralitatea plăcilor corespunzătoare roților acelei osii se rotesc mai repede decât celelalte. Fluidul vâscos dintre plăci încearcă să prindă discurile mai rapide, conducând astfel discurile mai lente. Acest lucru transferă un cuplu mai mare roților care se rotesc mai lent, care nu alunecă.

Dispozitiv de cuplare vâscos

Când mașina se învârte, diferența de viteză între roțile pe o axă nu este la fel de mare ca atunci când una dintre roți alunecă pur și simplu. Cu cât plăcile se rotesc mai repede una cu cealaltă, cu atât cuplul este mai mare aplicat ambreiajului. Ambreiajul nu împiedică întoarcerea virajelor, deoarece cuplul transmis în timpul virajului este mic.

Un experiment simplu cu un ou va ajuta la explicarea comportamentului cuplării vâscoase. Dacă așezați un ou pe blatul bucătăriei, cojile, albușurile și gălbenușurile vor rămâne imobile. Dar când începeți să învârtiți oul, coaja oului se va mișca cu o viteză mai mare decât albul, iar albul puțin mai repede, mâncăm gălbenușul, dar gălbenușul se va prinde apoi rapid. Apropo, pentru a fi sigur de aceste cuvinte, efectuați un experiment de îndată ce aveți un ou: rotiți-l suficient de repede, apoi opriți-l, apoi eliberați oul și va începe să se rotească din nou (bine, sau cel puțin în direcția rotației anterioare) ... În acest experiment, am folosit frecare între coajă, albuș de ou și gălbenuș, aplicând forță doar coajei. În primul rând, am desfăcut de fapt cochilia și, cu o oarecare întârziere în spatele cochiliei, din cauza fricțiunii, albul a început să se desfacă, apoi gălbenușul. Și când am oprit coaja, aceeași frecare - între gălbenușul încă în mișcare, alb și coajă - a aplicat forță coajei, determinând accelerarea acesteia. Deci, în cazul unei cuplări vâscoase, forța este transferată între lichid și seturile de plăci în același mod ca între gălbenuș, alb și coajă.

Ce diferențial Torsen?

Diferențialul Torsen este pur dispozitiv mecanic: nu este legat de niciunul, precum și de cuplaje sau fluide vâscoase și, în esența sa, este un mecanism destul de simplu, foarte asemănător cu un diferențial deschis.

Torsen funcționează la fel ca un diferențial deschis atunci când cuplul dintre cele două roți motoare este egal. Dar de îndată ce una dintre roți începe să piardă tracțiunea, diferența de cuplu determină blocarea angrenajelor în diferențialul Torsen.

Acest tip de diferențial este adesea utilizat la vehiculele 4WD puternice și foarte puternice. Ca și cuplajul vâscos, este adesea folosit pentru a transfera puterea între roțile din față și spate. Și în această aplicație, diferențialul Torsen depășește confortul vâscos, deoarece transferă cuplul constant pe roți înainte de a începe efectiv alunecarea. Cu toate acestea, dacă un set de roți își pierde complet tracțiunea, diferențialul Torsen nu va putea transfera cuplul către celălalt set de roți datorită designului său și a modului în care funcționează.

Așa arată un diferențial modern Torsen.

Apropo, aproape toate Mașini Hummer folosiți un diferențial Torsen între față și osii spate... În același timp, manualul de utilizare Hummer oferă o nouă soluție la problema atunci când o roată își pierde complet tracțiunea: apăsați pedala de frână. Prin acționarea frânei, cuplul este aplicat pe roțile care se află în aer și apoi transferat pe roți, care vor putea scoate mașina din „mizerie”.

Când mașina se mișcă, cuplul este transmis de la și apoi, prin treapta principală și diferențial, la roțile motoare. vă permite să măriți sau să micșorați cuplul transmis și, în același timp, să reduceți și, în consecință, să măriți viteza de rotație a roților. Raportul de transmisie din treapta principală este selectat în așa fel încât cuplul maxim și viteza de rotație a roților motoare să fie la cele mai optime valori pentru mașină specifică... În plus, unitatea finală este foarte des subiectul reglării mașinii.

Dispozitiv final de acționare

De fapt, angrenajul principal nu este altceva decât un angrenaj de reducere a angrenajului, în care angrenajul de acționare este conectat la arborele de ieșire al cutiei de viteze, iar angrenajul condus este conectat la roțile mașinii. Tip conexiune dințată angrenajele principale diferă în următoarele tipuri:

• cilindric - în majoritatea cazurilor se folosește la mașini cu aranjament transversalși cutii de viteze și tracțiune față;
• conic - este folosit foarte rar, așa cum a făcut-o dimensiuni mariși nivel inalt zgomot;
• hipoid - cel mai solicitat soi echipament principal, care este folosit pe majoritatea mașinilor cu piese clasice tracțiunea spate... Transmisia hipoidă are dimensiuni reduse și zgomot redus;
• vierme - practic nu se folosește la mașini datorită laboriosității fabricării și costurilor ridicate.

De asemenea, este demn de remarcat faptul că vehiculele cu tracțiune față și tracțiune spate au locație diferită echipament principal. V vehicule cu tracțiune față cu o dispunere transversală a punctului de control și unitate de putere, unitatea cilindrică finală este situată direct în carcasa cutiei de viteze.

La autovehiculele cu tracțiune spate clasică, tracțiunea finală instalat în carcasa axului motorși este conectat la cutia de viteze prin intermediul. În funcțional transmisie hipoidă mașină cu tracțiune spate include, de asemenea, o rotație de rotație de 90 de grade datorită angrenajelor conice. În ciuda Tipuri variate iar amplasamentul, scopul angrenajului principal rămâne neschimbat.

Mașină diferențială

Mașină diferențială cel mai adesea combinat cu angrenajul principal și se află, respectiv, în carcasa cutiei de viteze sau în carcasă puntea spate... Cu toate acestea, un diferențial poate fi instalat și între axele motoare ale unui vehicul cu tracțiune integrală. Diferențialul este și este împărțit în următoarele tipuri:

• teșit - în majoritatea cazurilor este instalat împreună cu angrenajul principal între roțile unei axe motrice;
• cilindric - cel mai adesea folosit pentru decuplarea axelor principale mașini cu tracțiune integrală telefoane mobile;
• angrenaj melcat - este universal și este instalat atât între roți, cât și între axele motoare.

Scopul principal al diferențialului este de a distribui cuplul între roțile mașinii și de a le schimba frecvența de rotație una față de cealaltă. De exemplu rotirea mașinii fără diferențial ar fi pur și simplu imposibilă, deoarece la rotire, roata exterioară trebuie să se rotească în mod necesar la o frecvență mai mare decât cea interioară.

Diferențialele sunt simetrice și asimetrice. Diferențialul simetric transmite un cuplu egal ambelor roți și este instalat cel mai adesea împreună cu tracțiunea finală. Un diferențial asimetric permite transmiterea cuplului în diferite proporții și este setat între.

Diferențialul constă dintr-o carcasă, roți dințate și roți dințate laterale. Caroseria este de obicei aliniată cu angrenajul antrenat al transmisiei finale. Angrenajele sateliților joacă un rol cutie de viteze planetarăși conectați roțile dințate laterale la carcasa diferențialului. Angrenajele cu jumătate de ax (soare) sunt conectate la roțile motoare prin intermediul unor arbori pe jumătăți pe îmbinări striate.

Cu toate avantajele celui mai simplu diferențial există și un dezavantaj... Faptul este că viteza poate fi distribuită roților nu numai într-un raport, de exemplu, 50/50, 40/60 sau 35/65, ci și 0/100. Adică, absolut tot cuplul poate fi transmis către o roată a mașinii, în timp ce a doua roată va fi absolut statică. Acest lucru se întâmplă dacă mașina este blocată în noroi sau gheață.

Cu toate acestea, diferențialele moderne sunt mai perfecte și sunt practic lipsite de acest dezavantaj. Multe diferențiale au o rigidă automată sau blocare manuală... În plus, mașinile moderne vehicule cu tracțiune integrală furnizat împreună cu sistemul stabilitate direcțională, care se bazează pe distribuția optimă a cuplului între osii și roți individuale, în funcție de traiectorie.

Când vehiculul se deplasează în viraje, roțile axului motor acoperă o cale de diferite lungimi. Pentru a preveni alunecarea anvelopelor, roțile trebuie să se rotească la viteze diferite. Luați în considerare: ce este un diferențial și cum funcționează, care sunt soiurile.

Ce este?

Produsul forței de tracțiune și raza roții oferă cuplul pe care diferențialul trebuie să îl transmită roților. Când tracțiunea este slabă sau o roată este suspendată, cuplul și tracțiunea la roată sunt foarte mici sau nu, vehiculul nu va putea continua să conducă. Aceasta este o caracteristică a diferențialului de transmisie conic răspândit. Acest tip de diferențial se numește simetric, deoarece distribuie cuplul în mod egal între roți.

Acest lucru se datorează faptului că satelitul funcționează ca o pârghie cu braț egal și transferă doar forțe egale la angrenajele osiei și, în consecință, la roțile motoare. Dacă una dintre roți are o aderență redusă suprafața drumului, atunci cuplul efectiv pe acesta este mic, respectiv diferențialul simetric va furniza aceeași forță celeilalte roți. Adică, dacă o roată alunecă, forța de tracțiune pe a doua este zero, ceea ce afectează negativ abilitatea de cross-country.

Pentru a-l îmbunătăți pe mașini, se utilizează blocaje diferențiale complete sau parțiale, al căror grad este estimat de coeficientul de blocare.

Există mai multe tipuri de diferențiale.

Diferențial cu blocare completă

Exemplu - blocare diferențial de centru pe VAZ-2121. Operat de șofer cu forța. Viteza unghiulară a roților este întotdeauna egală aici, ceea ce contrazice condițiile de conducere ale mașinii de-a lungul curbei, duce la uzura cauciucului și deteriorarea manevrabilității pe suprafețe dure.

Cuplare vâscoasă

Principiul de funcționare al cuplajului vâscos Se bazează pe proprietățile speciale ale unui fluid siliconic special: când temperatura crește, vâscozitatea acestuia nu scade, ca, de exemplu, cu uleiul, ci crește. Cuplajul vâscos este un cilindru umplut cu fluid siliconic. În interior se află un pachet de discuri perforate, conectate printr-unul, respectiv, cu arborii de acționare și de acționare.

V transmisie cu tracțiune integralăîn condiții normale de conducere, arborii se rotesc aproximativ la aceeași viteză: arborele de intrare este acționat de cuplul de pe puntea principală de antrenare, iar arborele de ieșire rotește roțile la care este conectat. Când alunecă roțile axului principal de acționare arbore de intrare se rotește mai repede decât puterea (mașina este practic oprită), fluidul se încălzește din frecare împotriva discurilor, iar ambreiajul începe să transmită mai mult cuplu arborelui de ieșire.

Un dezavantaj semnificativ al cuplajului vâscos: este nevoie de timp pentru ca cuplajul să funcționeze, iar caracteristica sa optimă este dificil de selectat. Prin urmare, mulți producători abandonează utilizarea ambreiajelor vâscoase în favoarea ambreiajelor cu plăci multiple controlate electronic.

Înțepeniți

O astfel de conexiune cinematică rigidă permite roților mașinii să se rotească la viteze diferite. Forțele de frecare care apar în angrenajul melcat din diferența momentelor de pe roți efectuează blocarea diferențială. Defectul de proiectare este complexitatea producției, asamblării unității în ansamblu și a reparației.

Quife

Când una dintre roți începe să rămână în urmă, angrenajul cu jumătate de axă asociat cu aceasta începe să se rotească mai lent decât carcasa diferențială și să rotească satelitul care se angajează cu ea. Transferă mișcarea către satelitul asociat cu acesta și, la rândul său, la angrenajul cu jumătate de ax. Acest lucru asigură rotații diferite ale roții în colț.

Datorită diferenței de cuplu pe roți, apar forțe de frecare, care efectuează blocarea, ceea ce crește forța de tracțiune a mașinii, crescând capacitatea sa de traversare. Diferențiale de acest tip au primit cel mai răspânditîn acordare.

Angrenajele planetare se numără printre cele mai complexe dispozitive. mașini tehnologice, ciclism și vehicule pe șenile... Până în prezent, planeta are mai multe modele structurale, dar principiile de bază ale modificărilor sale rămân aceleași.

Dispozitiv de unitate

Baza structurii este formată din doar trei părți funcționale cu o singură axă de rotație. Sunt reprezentate de un suport și două roți centrale dințate. Dispozitivul asigură, de asemenea, un grup extins de legături auxiliare sub forma unui set de roți dințate cu un singur format, roți dințate și rulmenți. Din aceasta putem concluziona că cutia de viteze planetară este un mecanism din familia „cutiilor” de viteze, dar cu o diferență fundamentală. Constă în independența condiționată a vitezei unghiulare pentru fiecare dintre legăturile principale. Acum merită să aruncăm o privire mai atentă asupra elementelor unității:

• Purtătorul este baza și o parte obligatorie a oricărui sistem planetar, inclusiv cele cu o legătură diferențială. Aceasta este o furcă spațială, a cărei axă este aliniată cu axa comună de transmisie. În acest caz, axele dințate cu sateliți se rotesc în jurul său în planurile roților centrale.
• Roți dințate. În primul rând, grupurile de roți centrale mari și centrale mici de acest tip ar trebui separate. În primul caz, vorbim despre roți mari cu dinți interni - acest sistem se numește epiciclu. În ceea ce privește roțile dințate mici, acestea diferă în ceea ce privește dispunerea externă a dinților - sunt numite și angrenaje solare.
• Sateliți. Grupul de roți al cutiei de viteze planetare (mai rar - unic Angrenaj), ale cărui elemente au în mod necesar dinți externi. Sateliții sunt localizați într-un cârlig cu ambele grupuri de roți centrale. În funcție de funcționalitatea și puterea echipamentului, numărul sateliților poate varia de la 2 la 6, dar cel mai adesea sunt utilizate 3 segmente, deoarece în acest caz nu este nevoie de dispozitive de echilibrare suplimentare.

Cum funcționează cutiile de viteze planetare

Schimbarea vitezelor depinde de configurația amplasării unităților funcționale. Mobilitatea elementului și direcția cuplului vor fi importante. Una dintre cele trei componente (purtător, sateliți, echipament solar) este fixată într-o poziție staționară, iar celelalte două se rotesc. Pentru a bloca elementele cutiei de viteze planetare, principiul de funcționare al mecanismului asigură conexiunea și cuplajele. Cu excepția cazului în dispozitivele diferențiale cu angrenaje conice, nu există frâne și ambreiaje de blocare.

Poate fi activat în două moduri. În prima versiune, este implementat următorul principiu: epiciclul se oprește, pe fondul căruia momentul de lucru de la unitatea de putere este redirecționat la baza reductorului solar și îndepărtat de pe suport. Ca urmare, intensitatea de rotație a arborelui va scădea, iar angrenajul solar va crește frecvența de funcționare. Într-o schemă alternativă, dispozitivul solar al dispozitivului este blocat, iar rotația este transmisă de la purtător la epiciclu. Rezultatul este același, dar cu o ușoară diferență. Faptul este că raportul de transmisie în acest model de lucru va tinde spre unitate.

În procesul de ascensiune, pot fi realizate mai multe modele de lucru și pentru aceeași cutie de viteze planetară. Principiul de funcționare în cea mai simplă schemă următor: epiciclul este blocat, iar cuplul este transferat de la angrenajul central al soarelui și transmis sateliților și purtătorului. În acest mod, mecanismul funcționează ca un reductor pas cu pas. Într-o altă configurație, angrenajul va fi blocat, iar momentul este transmis de la angrenajul inelar la suport. De asemenea, principiul de funcționare este similar cu prima opțiune, dar există o diferență în viteză. Când treapta de marșarier este cuplată, cuplul este îndepărtat din epiciclu și transmis transmisiei solare. În acest caz, transportatorul trebuie să fie staționar.

Caracteristicile fluxului de lucru

Diferența fundamentală mecanismele planetare față de alte tipuri de cutii de viteze reprezintă independența deja menționată a elementelor de lucru, care este formulată ca două grade de libertate. Aceasta înseamnă că, datorită relației diferențiale, pentru a calcula viteza unghiulară a unei componente a sistemului, este necesar să se țină seama de viteza celorlalte două noduri ale angrenajului. Pentru comparație, altele cutii de viteze uneltele presupun o relație liniară între elemente în determinarea vitezei unghiulare. Cu alte cuvinte, viteza unghiulară a „cutiei” planetare poate varia la ieșire, indiferent de performanță dinamică la intrare. Cu angrenaje fixe și staționare, devine posibilă rezumarea și distribuirea fluxurilor de energie.

În cele mai simple mecanisme, se notează două grade de libertate a legăturilor de transmisie, dar funcționarea sistemelor complexe poate prevedea și prezența a trei grade. Pentru aceasta, mecanismul trebuie să aibă cel puțin patru legături funcționale, care vor fi într-o conexiune diferențială între ele. Un alt lucru este că o astfel de configurație va fi de fapt ineficientă datorită eficienței reduse, prin urmare, în practică, aplicația și transmisia cu patru legături păstrează două grade de libertate.

Angrenaje planetare simple și complexe

Unul dintre semnele divizării mecanismelor planetare în simple și complexe a fost deja remarcat - acesta este numărul de legături de lucru. Mai mult, vorbim doar despre nodurile principale, iar grupurile de sateliți nu sunt luate în considerare. Un sistem simplu are de obicei trei legături, deși toate cele șapte sunt permise de cinematică. Ca exemplu al unui astfel de sistem, se pot cita seturi de sateliți cu una și două coroane, precum și grupuri de roți dințate intermezate.

În mecanismele complexe, există legături mult mai elementare decât în ​​cele simple. În ele este prevăzut cel puțin un purtător, dar pot exista mai mult de trei roți centrale. Mai mult, principiul de funcționare al cutiei de viteze planetare face posibilă utilizarea mai multor unități simple chiar și în cadrul unui sistem complex. De exemplu, un model cu patru legături poate avea până la trei noduri simple, iar un model cu cinci legături poate avea până la șase. Cu toate acestea, nu se vorbește despre independența completă a sistemelor planetare simple în cadrul dispozitivelor complexe. Faptul este că mai multe dintre aceste mecanisme sunt mai susceptibile de a avea un purtător comun.

Elemente de control al mecanismului

În timp ce menține mai multe grade de libertate, dispozitivul poate fi folosit ca funcționalitate principală de auto-suficientă. Dar dacă este selectat un model cu un maestru și un singur sclav (modul de viteză), atunci va fi necesar să le setați anumite viteze. Pentru aceasta se utilizează elementele de comandă ale cutiei de viteze planetare. Principiul lor de funcționare este redistribuirea vitezelor datorate ambreiajului și frânei. Gradele de libertate în exces sunt eliminate, iar principalele noduri libere devin noduri de referință.

Ambreiajele sunt responsabile pentru conectarea a două legături gratuite sau a unei legături (de asemenea gratuite) cu o sursă de alimentare externă. Ambele configurații ale ambreiajului în condiții de blocare asigură legăturile controlate cu o anumită viteză unghiulară și nu zero. Prin proiectare, astfel de elemente sunt ambreiaje cu mai multe plăci, dar uneori se găsesc ambreiașe obișnuite pentru transmisia cuplului.

În ceea ce privește frâna, sarcina sa în infrastructura de control a unei cutii de viteze planetare este de a conecta legăturile libere la corpul mecanismului. Acest element, în condiții de blocare, conferă legături gratuite cu zero viteză unghiulară... De dispozitiv tehnic astfel de frâne sunt similare cu ambreiajele, dar în cele mai simple versiuni - single-disc, pantof și bandă.

Aplicarea angrenajului planetar

Pentru prima dată această unitate a fost utilizată în Mașină Ford T ca o cutie de viteze în două trepte, cu schimbarea picioarelor și frâne cu bandă. În viitor, dispozitivul a suferit multe transformări, iar astăzi cea mai nouă versiune mecanisme de acest tip poate fi numit cutia de viteze planetară Prius japoneză. Principiul de funcționare al acestei unități este de a distribui energie între centrală electrică(care poate fi hibrid) și roți. În timpul funcționării, motorul se oprește, după care energia este direcționată către generator, în urma căreia roțile încep să se miște.

În același timp, sistemul poate fi nu numai funcționalitatea cutiei de viteze. Azi acest aparat folosit în cutii de viteze, diferențiale, în complex diagrame cinematice echipament industrial, în sistemele de acționare ale echipamentelor și aeronavelor speciale. Giganții auto avansați stăpânesc, de asemenea, principiile de funcționare ale mecanismului în combinație cu acționările electromagnetice și electromecanice. Aceeași cutie de viteze planetară Prius este utilizată cu succes în vehicule electrice hibride... Nu există o cutie de viteze în sine în sens tradițional în astfel de modele, dar există o aparență de variator fără comutare în trepte- un complex de angrenaje planetare, care antrenează roțile și primește energie de la motor, doar îndeplinește această funcție.

Cutie de viteze planetară pentru biciclete

În sens tradițional, nu există o cutie de viteze în transportul de biciclete prevăzut cu mecanisme planetare. Acestea sunt bucșe cu același echipament solar care este fixat rigid de rotile din spate pe axa lor. De asemenea, pentru fixare, se folosește un purtător, care determină direcția de mișcare a sateliților și nu le permite să se disperseze și să se interconecteze între ei. Iar cel mai important element al „cutiei” planetare a bicicletei este reprezentat de angrenajul epiciclic, a cărui rotație are loc datorită torsiunii pedalelor. În momentul schimbării vitezelor mecanism de acționare bucșele (acționarea splinei) schimbă dinamica suportului, ceea ce dă efectul controlului vitezei.

Adică putem concluziona din nou că modelul planetar funcționează ca un reductor. În acest sistem, epiciclul acționează ca o verigă condusă în lanț, angrenajul solar rămâne stare staționară, iar purtătorul este închis pe corp. În acest caz, diagramele de lucru ale bucșelor simple și cu mai multe viteze vor fi aceleași. O mică diferență constă doar în faptul că fiecare nod al sistemului planetar are propriii indicatori strict definiți ai raporturilor de transmisie.

Proces operațional

Măsura principală în timpul funcționării acest mecanism este din partea utilizatorului să mențină setul de angrenaje planetare într-o stare optimă de lucru. Acest lucru se realizează prin curățarea periodică a elementelor și, cel mai important, prin lubrifiere. Ce trebuie lubrifiat în cutia planetară? În principal lagăre glisante ale cutiei de viteze. Uleiul este direcționat de la arborele cotit în cavitatea arborelui angrenajului, umplând cavitățile sateliților cu roți dințate... Mai mult, în funcție de proiectare, de-a lungul canelurilor și găurilor radiale lubrifiant tehnic merge la rulmenții angrenajelor. Pentru distribuția maximă a uleiului pe lungimea rulmentului in afara ace sunt uneori turtite.

Ambreiajele sunt lubrifiate fie prin scufundarea dinților roții într-o baie lichidă, fie prin direcționarea uleiului în zona cuplajului prin duze speciale. Adică, se realizează lubrifiere cu jet sau lubrifiere prin scufundare. Dar cel mai mult mod eficient se ia în considerare răspândirea ceții de ulei, care se aplică elementelor de angrenare și rulmenților. Aceasta metoda lubrifierea se realizează prin pulverizare dintr-un pistol special.

În ceea ce privește compoziția de lubrifiant în sine, uleiurile de petrol nealiate sunt recomandate pentru angrenajele planetare. De exemplu, formulările industriale sunt potrivite pentru utilizare. scop general... Pentru mecanismele de mare viteză, este de dorit să se utilizeze facilități speciale de turbină și aviație.

Defecțiuni și reparații ale mecanismului

Cel mai frecvent simptom al unei probleme a angrenajului planetar este vibrația în zona canalului. Șoferii notează, de asemenea zgomot străin, smucitură și zvâcniri. Prezența anumitor simptome depinde de natura defecțiunii, pentru care pot exista mai multe motive:

• Supraîncălzirea mecanismului.
• Stil de conducere agresiv, cu frânare puternică și accelerație.
• Lipsa de ulei nivel scăzut sau nu suficient calitate superioară.
• Încălzirea insuficientă a cutiei de viteze înainte de a conduce.
• Alunecând pe gheață.
• Vehiculul pătrunde în zăpadă sau noroi.
• Uzura elementelor de angrenaje planetare.

Pentru a repara o cutie de viteze planetară, trebuie să cunoașteți cauza specifică a defectării acesteia. Pentru aceasta, mecanismul este demontat. Cutia este de obicei înșurubată la interiorul arborelui de acționare. Este necesar să scoateți suporturile de mare viteză dintr-o parte (în funcție de proiectare) și apoi deșurubați șurubul prin orificiul din arborele de acționare. Apoi, elementul defect este curățat sau înlocuit. De obicei, acestea sunt așchii de metal, dinți rupți, osii uzate și angrenaje.

Concluzie

Diferă în complexitatea dispozitivului, care are avantajele și dezavantajele sale. Primele includ echilibrul elementelor deservite cu o distribuție relativ precisă a forțelor. Acest factor permite dezvoltarea unor unități de schimbare a vitezelor de dimensiuni modeste, care să permită un aspect optimizat. În cazul unei biciclete „planetare”, se remarcă și avantaje ergonomice, inclusiv capacitatea de a trece în poziție în picioare. Când conduceți prin oraș, aceasta este o calitate deosebit de utilă, de când se schimbă moduri de viteză se întâmplă destul de des. Dacă vorbim despre dezavantajele sistemelor planetare, atunci cu rapoarte de transmisie mari, acestea sunt încă caracterizate de performanțe modeste. De asemenea, sistemul necesită asamblare precisă, deoarece cele mai mici abateri cresc riscul aceleiași uzuri a pieselor.

Dispozitivul și principiul de funcționare

Cutia de viteze planetară folosește un sistem de angrenaje prin satelit care se rotesc în jurul unei roți solare centrale. Cel mai adesea, sateliții sunt localizați în interiorul unui angrenaj inelar mare (epiciclu), cu care se află într-un angajament constant. La rândul lor, sateliții sunt atașați la purtător.
Schimbarea raportului de transmisie al cutiei de viteze manuale planetare depinde de care dintre cele trei elemente principale - angrenajul solar, angrenajele planetare planetare și angrenajul inelar - este fixat nemodificat, care cuplu este furnizat și ce element este îndepărtat prin transmisie. În orice caz, unul dintre cele trei elemente principale ale cutiei planetare (și sateliții sunt considerați ca o singură bucată cu suportul) va fi staționar, celelalte două se vor roti. Pentru a opri și a bloca unul dintre elementele cutiei de viteze, se utilizează un sistem de frâne cu bandă și ambreiaje de blocare. Dar există mecanisme planetare în care nu există frâne și ambreiaje - vorbim despre diferențiale, care aparțin și mecanismelor planetare construite folosind angrenaje conice.
Există multe variante ale sistemelor planetare utilizate în MCP. Descrierea principiului de funcționare se referă cel mai simplu sistem cu trei sateliți atașați la purtător la un unghi de 120 de grade.
Treapta redusă. Prima opțiune. Dacă epiciclul este oprit, cuplul de la motor se aplică pe arborele roții solare, iar cuplul este îndepărtat de pe suport, atunci turația arborelui purtător va fi mai mică decât turația transmisiei solare.
A doua opțiune. Dacă aplicați cuplul arborelui motorului pe epiciclu, blocați angrenajul solar și scoateți cuplul de pe suport, obțineți același efect (dar cu raport de transmisie aproape de unitate).
Overdrive. Prima opțiune. Epiciclul este blocat, cuplul este furnizat transportatorului planetei cu sateliți și este îndepărtat de la uneltele solare centrale. Ca urmare, cutia de viteze funcționează ca o treaptă de viteză.
A doua opțiune. Angrenajul solar este blocat, cuplul este aplicat pe suport, îndepărtat de pe angrenajul mare. Efectul este același, cutia de viteze funcționează în modul overdrive.
Verso. Prima opțiune. Cuplul este aplicat pe dispozitivul solar, scos din epiciclu, suportul este fixat nemișcat. În acest caz, cutia de viteze funcționează ca o cutie de viteze cu un negativ raport de transmisie, adică modul de inversare a cuplului este activat.
A doua opțiune. Cuplul este aplicat pe epiciclu, îndepărtat de pe arborele transmisiei solare, suportul, din nou, este fixat nemișcat. Cutia de viteze funcționează în modul invers, cu un raport de transmisie negativ.

Aplicarea MCP planetare

V transport rutier MCP cu control manual (sau mai bine zis, cu picior) a căzut din uz în 1928 - odată cu încetarea producției mașină legendară marca Ford T. Această mașină a folosit o transmisie mecanică planetară cu două trepte. În acest caz, schimbarea treptelor de viteză a fost efectuată de pedale, care includeau frânele de bandă ale cutiei. Prima treaptă de viteză a fost pornită apăsând pedala dreaptă, a doua - pe mijloc și verso- pe pedala stângă (în total erau trei pedale, în loc de pedala „gaz” s-a folosit pârghia coloanei de direcție).
În anii 30 și anii următori, MCP a fost înlocuit de cutii de viteze planetare semi-automate și automate. La mașinile semiautomate, cuplajele de fluid au fost folosite în locul ambreiajelor, la mașinile automate - convertizoarele de cuplu.

Astăzi, MCP-urile planetare sunt utilizate pe scară largă în vehiculele cu șenile, inclusiv în cele militare - în tancuri, tractoare și transportoare. V turbine de aeronave, în mașinile de tăiat metalul - ca reductoare.

Foarte popular planetar cutie mecanică unelte încorporate în butuc spate roata bicicletei. Aceste cutii sunt ușoare, durabile, eficiente și ușor de utilizat, deoarece nu necesită nicio întreținere. În același timp, acestea măresc costul bicicletelor și nu sunt utilizate în modele sportive- datorită masei mari (aproximativ 1,5-2 kg) și a mentenabilității mai mici în comparație cu dispozitive deschise traducerea unui lanț de tip paralelogram.

Avantajele și dezavantajele cutiilor de viteze planetare

La merite cutii planetare ar trebui atribuită compactitatea. Toate părțile cutiei de viteze planetare se rotesc în jurul unei axe. Nu au arbori, glisante și angrenaje localizate secvențial. Ca urmare, o astfel de cutie ocupă aproximativ aceeași cantitate de spațiu ca un ambreiaj cu una sau două plăci.
În același timp, cutiile de viteze planetare sunt capabile să transmită un cuplu foarte mare, ceea ce duce la utilizarea lor în echipamente grele (în special în rezervoare). Această caracteristică se explică prin faptul că cuplul este distribuit uniform către sateliți (dintre care pot fi mai mulți de trei), dinții cărora experimentează mai puține sarcini mecanice în comparație cu cutiile de viteze cu doi-trei arbori. Reductoarele planetare se disting prin resursele crescute și ușurința de întreținere.
Proiectarea cutiilor de viteze planetare facilitează organizarea sistemului de control - echiparea elementelor cutiei de viteze cu frâne cu bandă și ambreiaje de blocare (să explicăm: primele sunt necesare pentru a opri fără probleme rotația angrenajelor, cele din urmă sunt necesare pentru final blocarea și, în consecință, schimbarea vitezei).
În cele din urmă, o cutie de viteze planetară proiectată corespunzător cu raportul de transmisie corect are un raport mai mare. acțiune utilă decât cutii de viteze mecanice cu doi-trei arbori.
Dar, în același timp, și cutiile planetare au dezavantaje. Principala este complexitatea proiectării și producției cutiilor de viteze în mai multe etape. V cutii automate pentru a obține trei sau mai multe etape de comutare, trebuie să recurgeți la sistemele planetare în cascadă. Acest lucru complică cutia de viteze și, prin urmare, reduce eficiența și fiabilitatea acesteia.
Astăzi, evoluțiile în domeniul planetarului cutii auto cutiile de viteze sunt utilizate la producerea cutiilor de viteze planetare automate, care au înlocuit complet cutiile de viteze manuale de acest tip. Împreună cu semiautomat și transmisii variabile continuu(în primul rând cu