double arrow

Общие сведения. Изучение конструкции, принципа работы и кинематики планетарных рядов автоматических коробок перемены передач (АКПП)

1

Лабораторная работа № 3

Изучение конструкции, принципа работы и кинематики планетарных рядов автоматических коробок перемены передач (АКПП)

Цель работы:

- изучение конструкций планетарных рядов АКПП;

- изучение кинематических возможностей планетарного ряда;

- определение передаточных отношений планетарного механизма.

Лабораторное оборудование: планетарный механизм автоматической коробки передач (Volgswagen, AG4 096, тип 01М).

Общие сведения

Планетарными называют передачи, имеющие зубчатые колёса с подвижными осями – сателлитами (от лат. " satellitum " – спутник).

Планетарная передача (рис. 3.1) состоит из малого центрального колеса 1 (" солнечная " шестерня), которое находится в постоянном зацеплении с шестернями – сателлитами 4, которые в свою очередь находятся в постоянном зацеплении с большим центральным колесом 2, называемым эпициклом. Оси сателлитов закреплены на элементе передачи, называемом водилой 3. Центральное колесо, водило и эпицикл вращаются относительно одной общей оси, называемой основной осью, в то время, как сателлиты планетарной передачи вращаются относительно собственных осей и вместе с водилом относительно общей основной оси.

В планетарной передаче вращающий момент передаётся с помощью двух из трёх элементов (центрального колеса, эпицикла или водила) при одном неподвижном. В этом проявляется одно из главных преимуществ планетарного ряда – широкие кинематические возможности, которые позволяют получать большие передаточные числа без применения многоступенчатых передач. Для простейшего планетарного ряда, изображенного на рис. 3.1, возможны шесть включений с различными передаточными отношениями, в зависимости от того, какой из элементов неподвижен.

Рис. 3.1. Схема простейшей планетарной передачи:

1 – центральное колесо; 2 – эпицикл; 3 – водило; 4 – сателлит

Помимо широких кинематических возможностей (большие передаточные числа – до тысячи и более) планетарная передача обладает следующими преимуществами:

- компактность (единая ось вращения всех элементов передачи);

- возможность передачи бóльших крутящих моментов в сравнении с другими зубчатыми передачами, так как крутящий момент передаётся несколькими симметрично расположенными сателлитами, что позволяет значительно снизить контактные напряжения на поверхностях зубьев;

- расположение элементов планетарной передачи позволяет достаточно просто организовать управление работой механизма (имеется в виду оборудование ленточными тормозами и блокировочными муфтами);

- работа с мéньшим шумом, чем обычные зубчатые передачи (повышенная плавность внутреннего зацепления, мéньшие размеры колёс, замыкание сил в механизме и передача мéньших сил на корпус).

Основными недостатками планетарных передач являются:

- значительное снижение КПД передачи при увеличении передаточного отношения;

- высокие требования к точности изготовления и монтажа.

Основным параметром, определяющим свойства планетарного ряда, является внутреннее передаточное отношение u 1-2 частоты вращения центрального колеса ω 1 к частоте вращения эпицикла ω 2. Для этого всему планетарному механизму мысленно сообщают вращение с угловой скоростью, равной по направлению и значению угловой скорости ω 3 водила 3 (приведённый планетарный механизм). В этом случае планетарный механизм представляет собой обычную зубчатую передачу с неподвижными осями, и внутреннее передаточное отношение u 1-2 будет равно:

u 1-2 = = , (3.1)

где (ω 1ω 3) и (ω 2ω 3) – угловые скорости центрального колеса 1 и эпицикла 2 относительно условно неподвижного водила 3; z 1 и z 2 – числа зубьев центрального колеса 1 и эпицикла 2.

Уравнение (3.1) может быть записано в другом виде:

u 1-2 = ,

(1 – u 1-2) ω 3 = ω 1u 1-2 ω 2. (3.2)

Внутреннее передаточное отношение любого планетарного механизма – это отношение частоты вращения ω 1 центрального колеса к частоте вращения ω 2 эпицикла при остановленном водиле. В случае, если при передаче вращения центральное колесо и эпицикл вращаются в разные стороны, внутреннее передаточное отношение будет со знаком " минус ", если вращение происходит в одном направлении – со знаком " плюс ".

Уравнение (3.1) является общим уравнением кинематической связи для любого планетарного механизма (уравнение Виллиса). Для схемы, изображённой на рис. 3.1, эпицикл, как правило, неподвижен. Тогда, согласно уравнению Виллиса, передаточное отношение u 1-3 в направлении силового потока от центрального колеса 1 к водилу 3 будет равно:

ω 2 = 0, = , +1 = ,

u 1-3 = 1 + .

Для передачи силового потока в направлении от водила 3 к центральному колесу 1 передаточное отношение u 3-1 будет равно:

u 3-1 = .

На основании уравнения (3.2) можно записать уравнение кинематической связи в общем виде:

(1 – upq) ωr = ωpupq ωq, или upq = , (3.3)

где p, q, r – обозначения основных звеньев.

3.2. Свойства планетарного механизма

Свойства планетарного механизма определяют, исходя из общего уравнения кинематической связи (3.2):

- свойство блокировки планетарной передачи – если угловые скорости двух основных звеньев планетарной передачи равны, то и угловая скорость третьего звена будет равна угловой скорости этих двух звеньев. Пусть ω 1 = ω 3, тогда:

(1 – u 1-2) ω 3 = ω 1u 1-2 ω 2,

ω 3u 1-2 ω 3 = ω 1u 1-2 ω 2,

u 1-2 ω 3 = u 1-2 ω 2, и ω 3 = ω 2 = ω 1 .

Если установить блокировочную муфту между любыми двумя основными звеньями планетарной передачи (например, между малым центральным колесом и эпициклом, рис. 3.2), то при её включении механизм будет заблокирован и его внутреннее передаточное отношение будет равно единице.

Рис. 3.2. Схема планетарной передачи с блокировочной муфтой:

1 – малое центральное колесо; 2 – эпицикл; 3 – водило; 4 – сателлит; 5 - блокировочная муфта

- свойство работать в режиме понижающей (в режиме редуктора) или повышающей (в режиме мультипликатора) передачи – в зависимости от выбора одного основного звена в качестве ведущего, второго – в качестве ведомого при неподвижном третьем основном звене, планетарная передача может работать как с повышением крутящего момента, так и с понижением.

Рассмотрим это свойство на примере простейшей планетарной передачи.

а) б) в)

Рис. 3.3. Схема простейшего планетарного ряда с различным включением:

а) – при неподвижном эпицикле; б) – при неподвижном малом центральном колесе;

в) – при неподвижном водиле;

1 – малое центральное колесо; 2 – эпицикл; 3 – водило; 4 - сателлит

Если необходимо составить уравнение кинематической связи в направлении силового потока, например, от водила 3 к малому центральному колесу 1 (рис. 3.3, а), то, согласно уравнению (13), upqu 3-1, p → 3, q → 1, значит, r → 2. В этом случае уравнение кинематической связи примет вид:

u 3-1 = , ω 2 = 0, u 3-1 = .

Так как ω 1 > ω 3, и u 3-1 < 1, то передача – повышающая. При направлении силового потока в противоположном направлении, от малого центрального колеса 1 к водилу 3, передача будет понижающей:

u 1-3 = , ω 2 = 0, u 1-3 = > 1;

- свойство реверсивности: свойство планетарной передачи изменять направление вращения выходного звена в зависимости от останова того или иного основного звена. Например, при неподвижном эпицикле 2 (рис. 3.3, а) направления вращения малого центрального колеса 1 и водила 3 будут совпадать, а при неподвижном водиле 2 (рис. 3.3, в) будут направлены в противоположные стороны.

3.3. Типы планетарных механизмов

Планетарный механизм АКПП может содержать несколько последовательно расположенных планетарных рядов (как правило, два ряда для 4-х скоростной и три ряда для 5-ти скоростной АКПП). Различные варианты соединения планетарных рядов названы по имени их изобретателей.

Планетарный механизм Равиньё состоит из двух соосно расположенных центральных колёс, эпицикла и водила с двумя группами сателлитов. Ряд Равиньё часто называют полуторным рядом.

Планетарный механизм Уилсона состоит из трёх планетарных рядов, причём эпицикл первого планетарного ряда, водило второго и эпицикл третьего постоянно соединены между собой, образуя единое целое. Кроме того, второй и третий ряды имеют общее центральное колесо. Механизм Уилсона обеспечивает пять прямых передач и передачу заднего хода.

Планетарный механизм Лепелетье состоит из простого планетарного ряда и пристыкованный за ним планетарный ряд Равиньё. Механизм Лепелетье обеспечивает шесть передач переднего хода и одну заднего.

Планетарный механизм Симпсона (рис. 3.4) состоит из двух понижающих планетарных рядов (редукторов), который часто называют двойным рядом. Особенностью механизма является объединённые в одно звено малые центральные колёса 1 этих двух планетарных рядов. Эпицикл 2.1 первого планетарного ряда и общие малые центральные колёса могут через две блокировочные муфты 5.1 и 5.2 жёстко соединяться с ведущим валом. Водило 3.2 второго планетарного ряда оборудовано тормозом Т 2. Ведомое звено входит в оба планетарных ряда – в первый в качестве водила 3.1, а во второй – в качестве эпицикла 2.2. Схема Симпсона позволяет реализовать следующие режимы:

- нейтраль;

- две понижающие передачи (1-ая и 2-ая передачи);

- прямую передачу (3-тья передача);

- задний ход.

Рис. 3.4. Схема планетарного механизма Симпсона:

1 –малые центральные колёса; 2.1 и 2.2 - эпицикл; 3.1 и 3.2 – водило; 4.1 и 4.2 – сателлиты; 5.1 и 5.2 – блокировочная муфта; 6 – обгонная муфта

Рассмотрим последовательность работы планетарного механизма Симпсона.

Рис. 3.5. Схема включения 1-ой передачи

При включении 1-ой передачи (рис. 3.5):

- с помощью блокировочной муфты 5.2 ведущим звеном будет эпицикл 2.1, который приводит во вращение в том же направлении сателлит 4.1;

- сателлит 4.1 приводит во вращение в противоположном направлении сдвоенное малое центральное колесо 1;

- сдвоенное малое центральное колесо 1 приводит во вращение сателлит 4.2, который при остановленном с помощью тормоза Т 2 водиле 3.2 приводит во вращение эпицикл 2.2;

- водило 3.1 и эпицикл 2.2, являющиеся ведомыми звеньями, вращаются в ту же сторону, что и ведомое звено – эпицикл 2.1.

Рис. 3.6. Схема включения 2-ой передачи

При включении 2-ой передачи (рис. 3.6):

- с помощью блокировочной муфты 5.2 ведущим звеном будет эпицикл 2.1, который приводит во вращение в том же направлении сателлит 4.1;

- сдвоенное малое центральное колесо 1 остановлено с помощью тормоза Т 1;

- сателлит 4.1, вращаясь вокруг неподвижной шестерни малого центрального колеса 1, приводит во вращение водило 3.1;

- водило 3.1, являясь ведомым звеном, вращается в том же направлении, что и ведущее звено – эпицикл 2.1.

Рис. 3.7. Схема включения передачи заднего хода

При включении 3-ей, прямой передачи, происходит срабатывание блокировочных муфт 5.1 и 5.2;

При включении передачи заднего хода (рис. 3.7):

- с помощью блокировочной муфты 5.1 ведущим звеном будет сдвоенное малое центральное колесо 1;

- малое центральное колесо 1 приводит во вращение сателлиты 4.1 и 4.2 в противоположном направлении;

- в том же направлении, что и сателлиты, вращаются водило 3.1 и эпицикл 2.2;

- эпицикл 2.2, являясь ведомым звеном, вращается в противоположном ведущему звену направлении.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  


1

Сейчас читают про: