Планетарна КПП: що це таке і як працює планетарна трансмісія

На автомобілях планетарна механічна коробка з'явилася дуже давно. Використовувався такий тип КПП на зорі автомобілебудування. Так звана планетарка ставилася на легендарну модель Ford T, де водій керував коробкою окремими педалями.

Якщо говорити про сучасні авто, сьогодні планетарна передача активно використовується у конструкції коробок автомат АКПП. Далі ми розглянемо, як улаштована планетарна передача АКПП, який принцип роботи даного механізму, а також які особливості має планетарна передача в коробці автомат.

Планетарний механізм: призначення та конструкція

У конструкції трансмісії планетарний механізм дозволяє змінювати швидкість, а також при необхідності напрямок обертання вихідного валу. При цьому в роботі механізму можна виділити залежність, що чим нижче буде швидкість обертання вихідного валу, тим більшим буде на крутний момент.

Отже, планетарна передача в основі має кілька шестерень, що обертаються. Шестерні бувають наступних видів:

• сонячна шестерня;
• коронна шестерня;
• сателіти.

Саму свою назву планетарний механізм отримав завдяки особливості розміщення шестерень (подібно до планет навколо сонця). Схема пристрою передбачає, що у центрі розташована сонячна шестерня, навколо якої обертаються сателіти. Сателіти пов'язані між собою водилом, зовні сателітів встановлена коронна шестерня. Зазначені види шестерень пов'язані з вхідним або вихідним валом.

Загальний принцип роботи планетарної передачі полягає в тому, щоб одна з шестерень (сонячна, коронна або водила) мала жорстку фіксацію. У цьому випадку елемент стає передавальним.

Як приклад можна уявити, якщо закріплена коронна шестерня, тоді вхідний вал передає крутний момент на сонячну шестерню. Від сонячної шестерні йде передача моменту на сателіти. Сателіти проходять коронною шестернею і обертають водило.

Водило, у свою чергу, передає крутний момент на вихідний вал коробки. За таким принципом побудовано планетарну коробку передач, куди також включено спеціальні системи гальмування (гальма) та блокування елементів планетарного механізму.

З урахуванням особливостей конструкції можна виділити два типи планетарних передач:

• у першому типі блокується лише один тип шестерень (одноступінчаста планетарна передача);
• у другому можливе блокування різних видів шестерень (багатоступінчаста планетарка).

Також планетарний ряд може бути як із закріпленим елементом, так і з диференціальним. У другому випадку жоден з елементів не зафіксований жорстко, що дозволяє змінювати обертання окремо (за допомогою зусиль, що прикладаються до валів). Даний механізм дозволяє обертатися найменш навантаженому валу з максимальною швидкістю.

Де використовується планетарний механізм в автомобілі

Почнемо з того, що планетарна передача використовується у пристрої різних типів техніки. Що стосується автоіндустрії, найчастіше планетарний механізм є основою диференціалу автомобіля.

Диференціал стоїть на кожній провідній осі. Саме в диференціалі використаний такий тип планетарної передачі, де жоден із елементів не має жорсткої фіксації. Через вхідний вал момент передається на шестірню (не коронну, тому що зубці розташовані не вниз, а по сторонах). Шестерня передає момент на сателіти, до яких приєднано 2 сонячні шестерні.

Принцип роботи такий, що сателіти обертаються з однаковою швидкістю, проте сонячні шестерні можуть мати різну швидкість обертання, причому відмінну один від одного. Однак, якщо скласти швидкості, сума завжди є однаковою.

• Ідемо далі. Планетарна передача також є основою гідромеханічної планетарної коробки передач АКПП. Якщо просто, загальний принцип роботи також ґрунтується на обертанні трьох типів шестерень. При цьому конструкція набагато складніша, оскільки сучасна коробка передач вимагає від 5 до 6 передач для руху вперед. Цілком очевидно, що на одному планетарному механізмі неможливо реалізувати таке завдання.

У конструкції сучасної трансмісії інженери використовують цілий планетарний ряд АКПП. Планетарні ряди фактично пов'язані між собою кількома планетарними механізмами. Завдяки такій конструкції можна гнучко реалізувати діапазон передавального співвідношення від 0.7:1 (для підвищених передач) та 4.5:1 (на знижених). Передатне співвідношення, наприклад, 0.7:1 означає, що на один оборот вихідного валу вхідний вал робить 0.7 обороту.

Також у конструкції АКПП є спеціальні гальмівні механізми, потрібні для перемикання передач. Зазначені механізми (гальма АКПП) мають можливість пригальмувати обертання шестерень, а також повністю заблокувати їх для підключення інших елементів.

Плюси та мінуси планетарної передачі

Почнемо з того, що даний механізм має цілу низку очевидних переваг:

• компактність (всі шестерні знаходяться на одній осі, розташовані поряд);
• низький рівень шуму при роботі (навантаження на зуби мінімальне);
• механізм забезпечує розширений діапазон передавальних чисел;
• зуби здатні витримати велике навантаження, також самих шестерень більше;
• менша вібронавантаженість, плавність роботи.

Що стосується недоліків, можна виділити підвищену складність конструкції, дорожнечу виготовлення, вимоги щодо точності складання, зниження ремонтопридатності. При складанні дуже важливо досягти точного розташування всіх елементів.

Використання планетарного ряду або планетарного механізму в системі з високими навантаженнями призводить до зниження ККД та надійності. Причина – багато шестерень та складових елементів, внаслідок чого збільшуються втрати на тертя, зростає ризик поломок.

Також можна виділити високу чутливість до змащення та якості мастильного матеріалу стосовно планетарної передачі. Наприклад, якщо в АКПП виявиться недостатньо масла, тоді така коробка швидко вийде з ладу.

Так чи інакше, планетарна коробка не має валів, повзунів, послідовно розташованих шестерень, що робить її дуже компактною та дозволяє розмістити навіть у гранично обмеженому просторі.

Ще планетарні коробки можуть передавати великий крутний момент (такі КПП навіть використовуються у пристрої важкої військової техніки). Крутний момент досить рівномірно розподіляється на сателіти (особливо якщо їх більше 3), при цьому зуби зазнають менших навантажень порівняно з двовальними або тривальними КПП.

Також за умови грамотного та своєчасного обслуговування можна говорити про великий ресурс, а сама конструкція планетарних коробок дозволяє з відносною простотою реалізувати їхню систему управління. Якщо просто, у конструкції коробки використовуються стрічкові гальма та блокувальні муфти. Стрічкове гальмо плавно зупиняє шестерні, тоді як муфта дозволяє їх заблокувати, що призводить до перемикання передачі.

Також вдало спроектована планетарна коробка (за умови правильно підібраного передатного відношення шестерень) має вищий ККД, ніж двовальні та тривальні механічні МКПП.

Головним недоліком можна вважати те, що в автоматичних коробках, де необхідно отримати 3, 4, 5 і більше ступенів, потрібні каскадні планетарні системи. Дане рішення значно ускладнює конструкцію, знижуючи ККД та загальну надійність.

Що в результаті

Як видно, планетарна АКПП та інші вузли на основі планетарного механізму активно використовуються у сучасній автоіндустрії. Більше того, масове виробництво автоматичних планетарних коробок практично витіснило у розвинених країнах механічні КПП.

Сьогодні гідромеханічні планетарні автомати (АКПП) та безступінчасті трансмісії CVT (варіатори) повсюдно зустрічаються на легкових авто різних класів, позашляховиках, вантажівках тощо.

Завдяки зручності та якості роботи АКПП користуються великою популярністю, продовжуючи витісняти МКПП навіть із бюджетного сегменту (наприклад, китайські авто з автоматом).