Строим планетарную КПП, часть 1: планетарные ряды
В предыдущих статьях о трансмиссиях я касался только двухвальных, трёхвальных и безвальных коробок передач, а планетарные обходил стороной. На сей раз я решил подробно описать работу планетарных коробкок передач фирмы Pulsgetriebe для Тигра и прототипа Леопарда. Однако я не мог уместить в один пост и объяснение принципов работы планетарных редуторов, и рассмотрение простой планетарной коробки передач, и, наконец, описание реальных КПП Pulsgetriebe. Поэтому я написал три поста: в первых двух объясняется, как работают планетарные редукторы и коробки передач, а в третьем дано описание коробок передач PP33 и PP45.
Если вы понимаете, как работают планетарные КПП, сразу переходите к третьему посту. Если нет, то прочтите этот пост и его вторую часть. В них я исхожу из того, что читатель знает, как работают двухвальные или трёхвальные коробки передач, но ничего не понимает в планетарных передачах.
ПРДПВ:
Устройство планетарной передачи
Для того, чтобы изучить, как работает простая коробка передач, нужно сперва понять, как работает простейший редуктор из пары шестерён, а затем из таких пар собрать коробку передач. Мы поступим аналогично: сперва разберёмся с планетарными редукторами, а затем посмотрим, как их можно применить. Скажу сразу: люди придумали очень много планетарных механизмов и очень много схем планетарных коробок передач, всё их многообразие мы, конечно, охватить не сможем.
Один из самых распространённых планетарных механизмов выглядит следующим образом:
Он состоит из трёх частей:
У данной передачи есть три части: солнечная шестерня, эпицикл и водило. Если мы заблокируем одну из частей и начнём вращать другую, то начнёт вращаться третья. Её скорость вращения будет зависеть от чисел зубьев шестерён. Например, заблокируем серый эпицикл и начнём вращать красное водило, при этом будет вращаться и зелёный ведомый вал от солнечной шестерни:
Рассмотрим все три случая. Для того, чтобы анимация не мешала читать, я не буду вставлять сами картинки, но дам ссылки на них:
Планетарные редукторы
Для того, чтобы использовать планетарную передачу как редуктор, нужно связать один элемент с ведущим валом, второй с ведомым, а третий заблокировать.
Вот схема редуктора с заблокированным эпициклом:
С заблокированной солнечной шестернёй:
С заблокированным водилом:
Планетарные редукторы имеют целый ряд достоинств перед обычными. Во-первых, мощность передаётся через несколько шестерён, как следствие, при прочих равных меньше нагрузка на зубья, выше надёжность и срок службы. Во-вторых, ведущий и ведомый валы соосны, часто это очень удобно с точки зрения компоновки. В-третьих, планетарная передача более компактна, чем простой редуктор с тем же передаточным числом:
Планетарный однопоточный механизм поворота
Планетарную передачу можно использовать не только как редуктор, но и в механизме поворота. На среднем танке Шерман, например, механизм поворота двойной дифференциал, а это тоже планетарный механизм. Но мы рассмотрим механизм поворота не дифференциального, а независимого типа.
На схемах выше мы жёстко блокировали один из элементов планетарного механизма, поэтому он всегда работал как редуктор, передавая мощность. Давайте уберём эту блокировку и добавим ленточный тормоз:
Представим, что двигатель связан с эпициклом, а водило с ведущими колёсами танка. Когда тормоз Т выключен происходит следующее. Двигатель вращает эпицикл, сателлиты и солнечную шестерню. Водило связано с ведущими колёсами, для того, чтобы оно вращалось нужно сдвинуть танк с места. Разумеется, намного проще вращать солнечную шестерню вхолостую, поэтому именно водило будет неподвижным. Для того, чтобы танк начал движение, нужно затянуть тормоз Т. Солнечная шестерня будет заблокирована и мощность пойдёт через водило к ведущим колёсам.
Осталось добавить остановочные тормоза и мы получим механизм поворота:
Тормоза Т2 и Т4 - остановочные, они тормозят ведущие колёса танка. Тормоза Т1 и Т3 называются опорными, они нужны для того, чтобы блокировать солнечные шестерни.
Для того, чтобы начать движение по прямой нам нужно выключить остановочные тормоза и затянуть опорные. Для поворота влево выключаем опорный тормоз Т1, а потом затягиваем остановочный тормоз Т2. Он тормозит левую гусеницу, мощность двигателя к ней не идёт. Для поворота вправо, соответственно, нужно выключить тормоз Т3 и занянуть Т4.
Планетарный механизм с внешним зацеплением
Выше мы рассмотрели планетарные механизмы с внутренним зацеплением, поскольку у их эпициклов внутренние зубья. Существуют аналогичные механизмы внешнего зацепления. В них используются эпициклы с внешними зубьями.
Всё познаётся в сравнении. Слева уже знакомый нам планетарный редуктор с заблокированным водилом и эпициклом внутреннего зацепления, а справа его аналог, тоже с заблокированным водилом, но с внешним зацеплением:
Давайте разберёмся, из каких частей он состоит и как работает.
Чёрным цветом выделена солнечная шестерня, синим - эпицикл, красным - сдвоенный сателлит, а серым помечено водило.
Если заблокировать водило и начать вращать солнечную шестерню, то она станет вращать сателлит и через него эпицикл. Если заблокировать эпицикл и вращать солнечную шестерню, то будет вращаться водило. Одним словом, принцип работы точно такой же, просто другое исполнение.
На этом пока остановимся. В следующем посте на основе этих механизмов мы сделаем простейшие двухскоростные коробки передач и реверс, а затем соберём из них планетарную коробку передач и проанализируем её работу.
Читать дальше
Если вы понимаете, как работают планетарные КПП, сразу переходите к третьему посту. Если нет, то прочтите этот пост и его вторую часть. В них я исхожу из того, что читатель знает, как работают двухвальные или трёхвальные коробки передач, но ничего не понимает в планетарных передачах.
ПРДПВ:
Устройство планетарной передачи
Для того, чтобы изучить, как работает простая коробка передач, нужно сперва понять, как работает простейший редуктор из пары шестерён, а затем из таких пар собрать коробку передач. Мы поступим аналогично: сперва разберёмся с планетарными редукторами, а затем посмотрим, как их можно применить. Скажу сразу: люди придумали очень много планетарных механизмов и очень много схем планетарных коробок передач, всё их многообразие мы, конечно, охватить не сможем.
Один из самых распространённых планетарных механизмов выглядит следующим образом:
Он состоит из трёх частей:
- Солнечная шестерня, выделена жёлтым
- Эпициклическая шестерня (или просто эпицикл) с внутренними зубьями, выделена красным
- Шестерни-Сателлиты, связывающие солнечную шестерню с эпициклом, выделены синим
- Зелёным цветом закрашено водило, которое связывает все сателлиты
У данной передачи есть три части: солнечная шестерня, эпицикл и водило. Если мы заблокируем одну из частей и начнём вращать другую, то начнёт вращаться третья. Её скорость вращения будет зависеть от чисел зубьев шестерён. Например, заблокируем серый эпицикл и начнём вращать красное водило, при этом будет вращаться и зелёный ведомый вал от солнечной шестерни:
Рассмотрим все три случая. Для того, чтобы анимация не мешала читать, я не буду вставлять сами картинки, но дам ссылки на них:
- Эпицикл заблокирован, солнечная шестерня вращается в том же направлении, что и водило.
- Солнечная шестерня заблокирована, водило вращается в том же направлении, что и эпицикл.
- Водило заблокировано, солнечная шестерня вращается в обратном направлении.
Планетарные редукторы
Для того, чтобы использовать планетарную передачу как редуктор, нужно связать один элемент с ведущим валом, второй с ведомым, а третий заблокировать.
Вот схема редуктора с заблокированным эпициклом:
С заблокированной солнечной шестернёй:
С заблокированным водилом:
Планетарные редукторы имеют целый ряд достоинств перед обычными. Во-первых, мощность передаётся через несколько шестерён, как следствие, при прочих равных меньше нагрузка на зубья, выше надёжность и срок службы. Во-вторых, ведущий и ведомый валы соосны, часто это очень удобно с точки зрения компоновки. В-третьих, планетарная передача более компактна, чем простой редуктор с тем же передаточным числом:
Планетарный однопоточный механизм поворота
Планетарную передачу можно использовать не только как редуктор, но и в механизме поворота. На среднем танке Шерман, например, механизм поворота двойной дифференциал, а это тоже планетарный механизм. Но мы рассмотрим механизм поворота не дифференциального, а независимого типа.
На схемах выше мы жёстко блокировали один из элементов планетарного механизма, поэтому он всегда работал как редуктор, передавая мощность. Давайте уберём эту блокировку и добавим ленточный тормоз:
Представим, что двигатель связан с эпициклом, а водило с ведущими колёсами танка. Когда тормоз Т выключен происходит следующее. Двигатель вращает эпицикл, сателлиты и солнечную шестерню. Водило связано с ведущими колёсами, для того, чтобы оно вращалось нужно сдвинуть танк с места. Разумеется, намного проще вращать солнечную шестерню вхолостую, поэтому именно водило будет неподвижным. Для того, чтобы танк начал движение, нужно затянуть тормоз Т. Солнечная шестерня будет заблокирована и мощность пойдёт через водило к ведущим колёсам.
Осталось добавить остановочные тормоза и мы получим механизм поворота:
Тормоза Т2 и Т4 - остановочные, они тормозят ведущие колёса танка. Тормоза Т1 и Т3 называются опорными, они нужны для того, чтобы блокировать солнечные шестерни.
Для того, чтобы начать движение по прямой нам нужно выключить остановочные тормоза и затянуть опорные. Для поворота влево выключаем опорный тормоз Т1, а потом затягиваем остановочный тормоз Т2. Он тормозит левую гусеницу, мощность двигателя к ней не идёт. Для поворота вправо, соответственно, нужно выключить тормоз Т3 и занянуть Т4.
Планетарный механизм с внешним зацеплением
Выше мы рассмотрели планетарные механизмы с внутренним зацеплением, поскольку у их эпициклов внутренние зубья. Существуют аналогичные механизмы внешнего зацепления. В них используются эпициклы с внешними зубьями.
Всё познаётся в сравнении. Слева уже знакомый нам планетарный редуктор с заблокированным водилом и эпициклом внутреннего зацепления, а справа его аналог, тоже с заблокированным водилом, но с внешним зацеплением:
Давайте разберёмся, из каких частей он состоит и как работает.
Чёрным цветом выделена солнечная шестерня, синим - эпицикл, красным - сдвоенный сателлит, а серым помечено водило.
Если заблокировать водило и начать вращать солнечную шестерню, то она станет вращать сателлит и через него эпицикл. Если заблокировать эпицикл и вращать солнечную шестерню, то будет вращаться водило. Одним словом, принцип работы точно такой же, просто другое исполнение.
На этом пока остановимся. В следующем посте на основе этих механизмов мы сделаем простейшие двухскоростные коробки передач и реверс, а затем соберём из них планетарную коробку передач и проанализируем её работу.
Читать дальше