Планетарная КПП что это такое и как работает планетарная трансмиссия

Группа B.

Группа втулок B: Втулки с общим передаточным отношением между 200% и 300%

Классификация внутри группы B исходя из общего передаточного отношения:

1. Sram / P5
2. Shimano / Nexus Inter-7
3. Sram / P5 Cargo
4. Sturmey Archer / 5

У втулки Shimano Nexus Inter-7 наименьший шаг между передачами: 13,8% и 17,3,%. Разница между ними приблизительно одинаковая. Шаг передач превосходно смотрится на графике. Эта ситуация свидетельствует об идеально спроектированной конструкции втулки.

Sram P5 Cargo обладает шагами между 16,6% и 28,6%. Довольно существенный разброс шагов, отображающий нацеленность втулки на тяжёлый режим эксплуатации. Эта втулка подходит под самые жесткие условия эксплуатации.

Втулка Sram P5 является полной противоположностью, так как втулка нацелена прежде всего комфорт, а не жесткий режим эксплуатации. В результате имеет шаги 23,4% и 28,1%. И в сравнении с Sram P5 Cargo разница между передачами не кажется уже такой значительной.

И наконец у Sturmey Archer 5 наименьший шаг 17,9% и наибольший 27%.

Выводы.

Общие отличия по размеру шага между передачами и размеру шагов в сравнении друг с другом в группе B очень огромные. Если бы вы выбирали планетарную втулку только исходя из этих критериев, то учтите следующую классификацию:

1. Shimano / Nexus Inter-7
2. Sturmey Archer / 5
3. Sram / P5
4. Sram / P5 Cargo

Общее положение в группе B:

1. Shimano / Nexus Inter-7
2. Sram / P5
3. Sturmey Archer / 5
4. Sram / P5 Cargo

Планетарный механизм назначение и устройство

В устройстве трансмиссии планетарный механизм позволяет изменять скорость, а также при необходимости направление вращения выходного вала. При этом в работе механизма можно выделить зависимость, что чем ниже будет скорость вращения выходного вала, тем большим будет на нем крутящий момент.

Итак, планетарная передача в основе имеет несколько вращающихся шестерен. Шестерни бывают следующих видов:

• солнечная шестерня;
• коронная шестерня
• сателлиты;

Само свое название планетарный механизм получил благодаря особенности размещения шестерен (подобно планетам вокруг солнца). Схема устройства предполагает, что в центре расположена солнечная шестерня, вокруг которой вращаются сателлиты. Сателлиты связаны между собой водилом, снаружи сателлитов установлена коронная шестерня. Указанные виды шестерен связаны с входным или выходным валом.

Общий принцип работы планетарной передачи состоит в том, чтобы одна из шестерен (солнечная, коронная или водило) имела жесткую фиксацию. В этом случае элемент становится передающим.

В качестве примера можно представить, если закреплена коронная шестерня, тогда входной вал передает крутящий момент на солнечную шестерню. От солнечной шестерни идет передача момента дальше на сателлиты. Сателлиты проходят по коронной шестерне и вращают водило.

Водило, в свою очередь, передает крутящий момент на выходной вал коробки. По такому принципу построена планетарная коробка передач, куда также включены специальные системы торможения (тормоза) и блокировки элементов планетарного механизма.

С учетом особенностей конструкции можно выделить два типа планетарных передач:

• в первом типе блокируется только один тип шестерен (одноступенчатая планетарная передача);
• во втором возможна блокировка разных видов шестерен (многоступенчатая планетарка);

Также планетарный ряд может быть как с закрепленным элементом, так и с дифференциальным. Во втором случае  ни один из элементов не зафиксирован жестко, что позволяет изменять вращение отдельно (посредством усилий, которые прикладываются к валам). Данный механизм позволяет вращаться наименее нагруженному валу с наибольшей скоростью.

Где используется планетарный механизм в автомобиле

Начнем с того, что планетарная передача используется в устройстве различных типов техники. Что касается автоиндустрии, чаще всего планетарный механизм лежит в основе  дифференциала автомобиля.

Дифференциал стоит на каждой ведущей оси. Именно в дифференциале использован такой тип планетарной передачи, где ни один из элементов не имеет жесткой фиксации. Через входной вал момент передается на шестерню (не коронную, так как зубья расположены не вниз, а по сторонам). Шестерня передает момент на сателлиты, к которым присоединены 2 солнечные шестерни.

Принцип работы таков, что сателлиты вращаются с одинаковой скоростью, однако солнечные шестерни могут иметь разную скорость вращения, причем отличную друг от друга. Однако если сложить скорости, сумма всегда является одинаковой.

Идем далее. Планетарная передача также лежит в основе гидромеханической планетарной коробки передач АКПП. Если просто, общий принцип работы также основывается на вращении трех типов шестерен. При этом устройство намного сложнее, так как современная коробка передач требует от 5-и до 6-и передач для движения вперед. Вполне очевидно, что на одном планетарном механизме невозможно реализовать такую задачу.

В устройстве современной трансмиссии инженеры используют целый планетарный ряд АКПП. Планетарные ряды фактически являются связанными между собой несколькими планетарными механизмами. Благодаря такой конструкции можно гибко реализовать диапазон передаточного соотношения от 0.7:1 (для повышенных передач) и 4.5:1 (на пониженных). Передаточное соотношение, например, 0.7:1, означает, что на один оборот выходного вала входной вал делает 0.7 оборота. 

Также в устройстве АКПП имеются специальные тормозные механизмы, которые нужны для переключения передач. Указанные механизмы (тормоза АКПП) имеют возможность притормозить вращение шестерен, а также полностью их заблокировать для подключения других элементов.

Как правильно переключать передачи при движении на велосипеде

Странно? Ничуть. Планетарный механизм имеет сходство с механической КПП машины, а там ведь тоже при переходе с одной передачи на другую газ отпускается. А «газ» для велосипедиста – это кручение педалей.

Переходить с одной передачи на другую нужно немного заранее, и делается это так:

• Велосипед движется накатом, усилия на педали минимальны.
• С помощью ручки переключается передача.
• Через несколько оборотов колес (около 2 секунд) можно педалировать.

Езда в гору сопровождается переходом на пониженную передачу, то есть передаточное отношение должно быть меньше, чем до перехода. На трехскоростных планетарках это просто: перейти на первую передачу. С другими вариантами вполне нормальным будет переключиться, например, с третьей на вторую.

На повышение нужно идти последовательно, то есть сначала первая, затем вторая и так далее. При сбросе скоростей можно перешагивать. В однообразных условиях, где нельзя развить скорость (тротуар с пешеходами, например), лучше применять только главную передачу без переключений.

Складные велосипеды с планетарной втулкой

Многие производители складных велосипедов комплектуют планетарной втулкой. На этих очень удобно ездить, и есть возможность равномерного регулирования распределения нагрузки во время езды. Кроме этого, они имеют целый ряд преимуществ. В связи с этим, следует рассмотреть самые известные модели этих велосипедов.

Обзор и сравнение моделей

1. Складной велосипед FORWARD Enigma 154.
   Он очень удобный и легкий. Он адаптирован под любые дороги – его можно использовать для езды, как на городских дорогах, так и на дорогах за городом. Благодаря установленной на нем планетарной втулкой, можно очень переключать передачи скорости и подстраиваться под любые дороги, при равномерном распределении нагрузки он отлично преодолевает кочки, различные подъемы и спуски. Помимо этого, его удобно перевозить в метро и в общественном транспорте. Правда, для этого нужна специальная сумка чехол;
2. Складной велосипед Comanche Lago.
   Его очень удобно использовать в мегаполисах. Он отлично подстраивается под любые дороги. Кроме этого у него хорошая маневренность при поворотах и отличная скорость. Эти велосипеды комплектуются планетарной втулкой Shimano Nexus Inter-3 sg-3c41 с тремя скоростями. Помимо этого, они очень компактные и легко складываются в специальные сумки для велосипедов. Поэтому их можно с легкостью перевозить в метро и в общественном транспорте;
3. Складной велосипед .
   Эти модели предназначены для повседневного использования. Их можно использовать для езды на дрогах с асфальтовым, грунтовым покрытием. Также очень хорошо преодолевают ухабы, кочки, спуски, подъемы, поэтому хорошо адаптированы для горной местности. На этих транспортных средствах установлена трехскоростная планетарная втулка с задним приводом. Этой втулкой очень удобно пользоваться и она имеет очень долгий срок службы. Кроме этого эти модели велосипедов можно настраивать как для взрослых, так и для детей;
4. Горный складной велосипед Volume Generator.
   Этот велосипед изготовлен из односкоростного байка и МТВ. Его в основном используют для горной местности, поскольку он отлично преодолевает большие спуски и подъемы, кочки, большие ухабы. На нем установлена втулка Shimano Alfine SG-S700 и два дисковых тормоза. Благодаря этому, можно отлично регулировать передачи скорости и подстраиваться под любой рельеф местности.

Передаточное отношение

Водило (зелёное) закреплено неподвижно, в то время как солнечная шестерня (жёлтая) вращается внешним источником. В данном случае передаточное отношение равно -24/16, или -3/2; каждая планетарная шестерня поворачивается на 3/2 оборота относительно солнечной шестерни, в противоположном направлении.

Передаточное отношение такой передачи визуально определить достаточно сложно, в основном, потому что система может приводиться во вращение несколькими разными способами. Основными элементами планетарной передачи можно считать следующие:

• Солнечная шестерня
  
  : находится в центре;
• Водило
  
  : жёстко фиксирует друг относительно друга оси нескольких планетарных шестерён
  
  (сателлитов
  ) одинакового размера, находящихся в зацеплении с солнечной шестерней;
• Кольцевая шестерня
  
  (эпицикл
  ): внешнее зубчатое колесо, имеющее внутреннее зацепление с планетарными шестернями.

При использовании планетарной передачи в качестве редуктора один из трёх её основных элементов фиксируется неподвижно, другой элемент используется как ведущий, а третий – в качестве ведомого. Таким образом, передаточное отношение будет зависеть от количества зубьев каждого компонента, а также того, какой элемент закреплён.

Часто планетарные передачи используются для суммирования двух потоков мощности (например, планетарные ряды двухпоточных трансмиссий некоторых танков и др. гусеничных машин), в этом случае неподвижно зафиксированных элементов нет. Например, два потока мощности могут подводиться к солнечной шестерне и эпициклу, а результирующий поток снимается с водила.

Рассмотрим случай, когда водило зафиксировано, а мощность подводится через солнечную шестерню. В этом случае планетарные шестерни вращаются на месте со скоростью, определяемой отношением числа их зубьев относительно солнечной шестерни. Например, если мы обозначим число зубьев солнечной шестерни как S
, а для планетарных шестерён примем это число как P
, то передаточное отношение будет определяться формулой —S
/P
, то есть если у солнечной шестерни 24 зуба, а у планетарных по 16, то передаточное отношение будет -24/16, или -3/2, что означает поворот планетарных шестерён на 1,5 оборота в противоположном направлении относительно солнечной.

Далее вращение планетарных шестерён может передаваться кольцевой шестерне, с соответствующим передаточным числом. Если кольцевая шестерня имеет A
зубьев, то оно будет вращаться с соотношением P
/A
относительно планетарных шестерён. (В данном случае перед дробью нет минуса, так как при внутреннем зацеплении шестерни вращаются в одну сторону). Например, если на кольцевой шестерне 64 зуба, то относительно приведённого выше примера это отношение будет равно 16/64, или 1/4. Таким образом, объединив оба примера, мы получим следующее:

• Один оборот солнечной шестерни даёт —S
  /P
  оборотов планетарных шестерён;
• Один оборот планетарной шестерни даёт P
  /A
  оборотов кольцевой.

В итоге, если водило заблокировано, общее передаточное отношение системы будет равно —S
/A
.

В случае, если закреплена кольцевая шестерня, а мощность подводится к водилу, передаточное отношение на солнечную шестерню будет больше единицы и составит 1+A
/S
.

Всё вышесказанное можно описать следующим выражением:

где n – это параметр передачи, равный , то есть отношению числа зубьев солнечной и планетарных шестерён.

Если закрепить кольцевую шестерню, а мощность подводить к солнечной шестерне, то мощность должна сниматься с водила. В этом случае передаточное отношение будет равно 1/(1+A
/S
). Это самое маленькое передаточное число, которое может быть получено в планетарной передаче. Такие передачи используются, например, в тракторах и строительной технике, где требуется большой крутящий момент на колёсах при невысокой скорости.

Планетарная коробка — передача

Планетарные коробки передач с двумя степенями свободы могут быть получены путем комбинирования планетарных рядов ( см. фиг.
 

Планетарная коробка передач ( Гризуолд-Паккард) ( четырехступенчатая) с ускоряющей передачей и с электромагнитным управлением в сочетании с гидродинамической муфтой; б — схема коробки передач Гри-зуолд — Паккард: / — планетарный комплект с понижающей передачей; 2 — то же с повышающей передачей; 3 — то же для заднего хода; 4, 5 и 6 — электромагниты; 7 — каретка; 8 — запорная муфта.
 

Планетарная коробка передач состоит из нескольких планетарных передач. Размеры шестерен в этих передачах неодинаковы, поэтому коробка имеет несколько передаточных чисел. Переключение передач осуществляется особыми устройствами — фрикционами управления, которыми можно попеременно затормаживать либо зубчатые венцы ( коронные шестерни), либо солнечные шестерни.
 

Планетарные коробки передач служат для ступенчатого изменения передаточного отношения. Переключения производятся тормозами И фрикционными муфтами. Различают две основные схемы механизма. Схема простого планетарного механизма имеет более двух центральных колес и соответствующее число сателлитов, закрепленных на подвижных осях ( фиг.
 

Планетарные коробки передач служат для ступенчатого изменения передаточного отношения Переключения производятся тормозами и фрикционными муфтами.
 

Планетарные коробки передач, управляемые тормозами и фрикционными муфтами, являются разновидностью коробок передач с постоянным зацеплением шестерен.
 

Однако планетарные коробки передач имеют более высркую стоимость.
 

Достоинствами планетарных коробок передач по сравнению с коробками, имеющими неподвижные оси шестерен, являются возможность получения больших передаточных чисел при небольшом числе зубчатых колес, а также меньшие вес и размеры. Однако планетарные коробки передач имеют более высокую стоимость.
 

Валы планетарных коробок передач рассчитывают на кручение. Изгиб может иметь место при установке на валу ленточного тормоза от неуравновешенных радиальных сил.
 

Конструкция планетарной коробки передач аналогична рассмотренной выше и состоит из четырех планетарных рядов, управляемых с помощью четырех дисковых тормозов. Все планетарные ряды выполнены с одинарными сателлитами.
 

В планетарных коробках передач фрикционные элементы дисков сцепления и ленточных тормозов работают в том же масле, которое используется в качестве рабочей жидкости в гидротрансформаторе и в качестве смазочного материала зубьев шестерен планетарной передачи. При такой работе повышается их долговечность и надежность эксплуатации. Вместе с тем, работающие в масле фрикционные элементы могут передать меньший момент трения, чем диски при отсутствии смазки. Чтобы избежать этого, фрикционные диски и ленты тормозов снабжают специальными накладками из металлокерамики или других материалов, обеспечивающих постоянство сил и моментов-трения при работе их в среде смазочного материала.
 

В планетарных коробках передач фрикционные элементы дисков сцепления и ленточных тормозов работают в том же масле, которое используется в качестве рабочей жидкости в гидротрансформаторе и в качестве смазочного материала зубьев шестерен планетарной передачи. При такой работе повышается их долговечность и надежность эксплуатации. Вместе с тем, работающие в масле фрикционные элементы могут передать меньший момент трения, чем диски при отсутствии смазки. Чтобы избежать этого, фрикционные диски и ленты тормозов снабжают специальными накладками из металлокерамики или других материалов, обеспечивающих постоянство сил и моментов трения при работе их в среде смазочного материала.
 

В планетарных коробках передач нагрузки от ведущей шестерни к ведомой передаются через 2 — 4 сателлита.
 

Рычаг управления планетарной коробки передач располагается на нулевой колонке и имеет четыре положения: Н — нейтральное; Д — эксплуатационная ( вторая) передача; эта передача автоматически переключается на третью ( прямую) передачу в соответствии с изменением нажатия на педаль управления дросселем карбюратора и сопротивлением дороги; Я — понижающая, или первая передача; ЗХ — задний ход.
 

Как работает планетарная передача

Почему в АКПП в подавляющем большинстве случаев применяется планетарная передача, а не валы с шестернями, как в механической коробке? Планетарная передача более компактна, она обеспечивает более быстрое и плавное переключение скоростей без разрыва в передаче мощности двигателя. Планетарные передачи отличаются долговечностью, так как нагрузка передается несколькими сателлитами, что снижает напряжения зубьев.

В одинарной планетарной передаче крутящий момент передается с помощью каких-либо (в зависимости от выбранной передачи) двух ее элементов, из которых один является ведущим, второй — ведомым. Третий элемент при этом неподвижен.

Для получения прямой передачи необходимо зафиксировать между собой два любых элемента, которые будут играть роль ведомого звена, третий элемент при таком включении является ведущим. Общее передаточное отношение такого зацепления 1:1.

Таким образом, один планетарный механизм может обеспечить три передачи для движения вперед (понижающую, прямую и повышающую) и передачу заднего хода.

Передаточные отношения одиночного планетарного ряда не дают возможности оптимально использовать крутящий момент двигателя. Поэтому необходимо соединение двух или трех таких механизмов. Существует несколько вариантов соединения, каждое из которых носит название по имени своего изобретателя.

Механизм Симпсона

Планетарный механизм Симпсона, состоящий из двух планетарных редукторов, часто называют двойным рядом. Обе группы сателлитов, каждая из которых вращается внутри своей коронной шестерни, объединены в единый механизм общей солнечной шестерней. Планетарный ряд такой конструкции обеспечивает три ступени изменения передаточного отношения. Для получения четвертой, повышающей, передачи последовательно с рядом Симпсона установлен еще один планетарный ряд. Схема Симпсона нашла наибольшее применение в АКПП для заднеприводных автомобилей. Высокая надежность и долговечность при относительной простоте конструкции – вот ее неоспоримые достоинства.

Механизм Равинье

Планетарный ряд Равиньё иногда называют полуторным, подчеркивая этим особенности его конструкции: наличие одной коронной шестерни, двух солнечных и водила с двумя группами сателлитов. Главным преимуществом схемы Равиньё является то, что она позволяет получить четыре ступени изменения передаточного отношения редуктора

Отсутствие отдельного планетарного ряда повышающей передачи позволяет сделать редуктор коробки очень компактным, что особенно важно для трансмиссий переднеприводных автомобилей. К недостаткам следует отнести уменьшение ресурса механизма приблизительно в полтора раза по сравнению с планетарным рядом Симпсона

Это связано стем, что шестерни передачи Равиньё нагружены постоянно, на всех режимах работы коробки, в то время как элементы ряда Симпсона не нагружены во время движения на повышенной передаче. Второй недостаток – низкий КПД на пониженных передачах, приводящий к снижению разгонной динамики автомобиля и шумности работы коробки.

Коробка передач Уилсона состоит из 3 планетарных редукторов. Коронная шестерня первого планетарного редуктора, водило второго редуктора, и коронная шестерня третьего постоянно соединены между собой, образуя единое целое. Кроме того, второй и третий планетарные редукторы имеют общую солнечную шестерню, которая приводит в действие передачи переднего хода. Схема Уилсона обеспечивает 5 передач вперед и одну заднего хода.

Планетарная передача Лепелетье объединяет в себе обыкновенный планетарный ряд и пристыкованный за ним планетарный ряд Равинье. Несмотря на простоту, такая коробка обеспечивает переключение 6 передач переднего хода и одну заднего. Преимуществом схемы Лепелетье является ее простая, компактная и имеющая небольшую массу конструкция.

Конструкторы постоянно совершенствуют АКПП, увеличивая количество передач, что улучшает плавность работы и экономичность автомобиля. Современные «автоматы» могут иметь до восьми передач.

Преимущества использования планетарных втулок

1. Прямой ход цепи и низкий износ ведущей и ведомой звезд. Снаружи трансмиссия выглядит как у обычного сигнлспида.
2. Скрытый от внешних воздействий механизм переключения передач отличается высокой долговечностью по сравнению с кассетами и трещотками. Могут быть задействованы все соотношения передач. Об этом смело скажут отзывы от велосипедистов, перешедших со «стандартных» скоростных велосипедов на планетарные.
3. Нет необходимости постоянно обслуживать устройство, также его сложно нечаянно повредить.

Как и у всего на свете, у втулок с планетарными передачами есть свои «но»:

1. Невозможность использования в велосипедном гоночном спорте из-за высокого трения и чувствительности шестерней.
2. Ощутимая прибавка к весу: только некоторые трехскоростные втулки весят чуть меньше килограмма. В движении привес на заднее колесо дает о себе знать.
3. Ремонт таких механизмов почти невозможен в домашних условиях, да и сервис, где ремонтируют планетарные втулки, нечасто можно встретить. Одноразовость планетарок не позволяет их выгодно привести в рабочее состояние, лучшим вариантом будет установка новой.
4. Запредельная стоимость. Конечно, она вполне оправдана, однако ставить редуктор с нуля на сигнлспид нет смысла. Гораздо проще купить готовый велосипед с ней.

Смазка втулок Shimano.

Планетарные втулки Nexus и Alfine смазываются специальной смазкой, за исключением 11-скоростной Alfine, которая смазывается маслом. При неправильном «профилактическом обслуживании», например, смазке неправильной смазкой, могут возникнуть неполадки планетарного механизма. Это особенно часто происходит, если выбирается неправильная смазка для втулки с ножным тормозом, которой требуется особая смазка, хорошая отводящая тепло от тормоза.

Смазка Shimano Nexus.

Перед смазкой втулку необходимо разобрать, почистить сольвентом, высушить.

Смазка постоянно загрязняется металлическими частицами, образующимися вследствие износа. Поэтому втулка требует периодической чистки и пополнения запасов специальной смазки, не позволяющей кулачкам слипаться. Во влажном климате втулки часто выходят из строя из-за попадания воды. Перевод втулки на масляную смазку помогает устранить эту проблему. Кроме того масляная смазка имеет преимущество, заключающееся в смазке планетарной втулки без необходимости разборки втулки.

Из-за модульной конструкции втулок Nexus и Alfine их разобрать не так сложно, как может показаться с первого взгляда. Если раскрутить втулку с левой стороны, то с правой стороны можно целиком вытянуть весь механизм.

Так как вместо переключающего стержня, расположенного в полой оси, здесь установлен поворотный переключатель, то в эти втулки нельзя добавлять масло через конец оси. Для пополнения запасов масла придётся открутить левый конический подшипник или установить специальный масляный колпачок Sturmey-Archer, через который в будущем можно будет заливать масло.

Роллерный тормоз Shimano смазывается вообще без разборки через маленький резиновый затвор со стороны держателя. При этом необходимо использовать только специальную тормозную смазку Nexus. Для смазки роллерного тормоза вам потребуется всего навсего открыть затвор, вставить в него носик тюбика со смазкой и выдавить её.

Технические характеристики планетарной втулки Shimano 8 SG-8R20.