4.3. Классификация пкп

ПКП классифицируются по числу степеней свободы, типу применяемых трехзвенных дифференциальных механизмов – планетарных рядов и числу передач.

1) По числу степеней свободы в выключенном положении ПКП подразделяются на коробки с двумя, тремя и четырьмя степенями свободы. Для получения вполне определенного передаточного числа в ПКП необходимо иметь только одну степень свободы. Все остальные должны быть сняты путем наложения связей. Следовательно, число степеней свободы ПКП равно числу наложенных связей плюс единица. Если для включения заданной передачи необходимо включить один тормоз или один фрикцион, т.е. наложить одну связь, то такая ПКП имеет две степени свободы. В представленной методике будет рассмотрена ПКП с двумя степенями свободы, как одни из наиболее часто применяемых на наземных транспортных средствах.

На рисунке 4.3 представлена кинематическая схема ПКП с двумя степенями свободы.

Рисунок 4.3 – Кинематическая схема ПКП с двумя степенями свободы

Здесь для включения передачи необходимо воздействовать на один элемент управления (включить один тормоз Т или один фрикцион Ф). Для включения первой или второй передачи переднего хода необходимо соответственно включить тормоз Т₁ или Т₂. Третья (прямая) передача включается блокировочным фрикционом Ф₃, который блокирует все звенья ПКП (звенья ПКП вращаются как единое целое). Первая и вторая передачи заднего хода получаются соответственно включением тормоза Т_–1 и Т_–2. В данной схеме для получения пяти передач (трех – переднего хода и двух – заднего), среди которых одна прямая передача переднего хода, используются четыре планетарных ряда и пять элементов управления (четыре тормоза и один фрикцион).

2 ) По типу применяемых планетарных механизмов – планетарных рядов – ПКП классифицируют на использующие ПМ с одновенцовыми сателлитами (см. рис. 4.4 а), с двухвенцовыми сателлитами (рис. 4.4 б, в, г), и с парными сателлитами (рис. 4.4 д, е, ж).

Рисунок 4.4 – Типы планетарных механизмов

3) Классификация ПКП по числу передач учитывает все передачи, включая и передачи заднего хода.

Для того чтобы планетарный ряд мог передавать крутящий момент, трансформируя его, необходимо: затормозить один из трех его основных элементов – одну из шестерен (кроме сателлитов) или водило; к одному из оставшихся подвести энергию, а от последнего отводить ее. При этом в зависимости от компоновки ряда будем иметь ускоряющую или понижающую передачу и разные направления вращения выходного вала. Если же мы заблокируем между собой два любых элемента ряда, то он будет работать как редуктор с передаточным числом, равным единице.

Выбирая необходимые сочетания рядов, создают сложные схемы ПКП с необходимым числом передач.

4.4. Принцип работы планетарных механизмов

Солнечная шестерня находится в центре. Сателлиты вращаются вокруг солнечной шестерни. Эпицикл охватывает сателлиты, которые соединяются водилом. Все сателлиты вращаются одновременно и в одном направлении.

Переключение скорости вращения в планетарном ряду происходит тогда, когда два из трех элементов планетарного ряда (солнечная шестерня, эпицикл, водило) находятся в определённых условиях: заблокированы или разблокированы в различной комбинации.

Рассмотрим различные варианты комбинаций на примерах:

Вариант 1.

Н а рисунке 4.5 показан шарик с между досками А и В. Доска В зафиксирована неподвижно, а доска А двигается в направлении, показанном стрелкой. В этом случае шарик с двигается в том же направлении, что и доска А, только медленнее её.

Рисунок 4.5 - Принцип работы 2-ой передачи

Если применить этот пример к планетарному механизму, то в качестве доски А выступит эпицикл, в качестве доски В – солнечная шестерня и в качестве шарика с – сателлиты. Если зафиксировать солнечную шестерню и повернуть эпицикл в направлении стрелки, сателлит будет вращаться в том же направлении, что и эпицикл. Однако, как и в случае с досками и шариком, сателлит вращается медленнее, чем эпицикл. Такое соотношение скоростей вращения эпицикла и сателлитов в планетарном ряду ПКП осуществляется на второй передаче.

Вариант 2.

В предыдущем примере доска В была зафиксирована, а доска А – двигалась. На этот раз будем медленно двигать доску В в направлении, противоположном движению доски А. Как показано на рисунке 4.6, шарик с в этом случае движется медленнее, чем в предыдущем случае.

Рисунок 4.6 – Принцип работы 1-ой передачи

При это получается, что скорость, с которой водило (шарик с) передвигается эпициклом (доской А), уменьшается по отношению к скорости вращающейся в обратном направлении солнечной шестерни (доски В). В результате, скорость вращения водила меньше, чем в предыдущем случае со второй передачей. Такое соотношение скоростей водила и эпицикла осуществляется при включении в ПКП первой или пониженной передачи.

Вариант 3.

Если двигать доску А и доску В в одном направлении и с одинаковой скоростью, то шарик с между досками не может двигаться самостоятельно, следовательно, он двигается вместе с ними (см. рис. 4.7).

Рисунок 4.7 – Принцип работы 3-ей передачи

Если в планетарном механизме эпицикл и солнечная шестерня вращаются в одном направлении и с одинаковой скоростью, водило вращается в том же направлении и с той же скоростью. Такое соотношение скоростей данных элементов планетарного механизма осуществляется при включённой третьей передаче.

Вариант 4.

Попробуем двигать доску В в направлении, показанном стрелкой (см. рис. 4.8). Шарик с остаётся неподвижным, вращаясь только вокруг своей оси. В этом случае доска А двигается в направлении, противоположном направлению движения доски В.

Рисунок 4.8 – Принцип работы передачи заднего хода

Применим эту ситуацию к планетарному ряду. Если водило зафиксировано и солнечная шестерня вращается по часовой стрелке (см. рис. 4.8), сателлиты вращаются и двигают эпицикл против часовой стрелки. В этом случае, если считать, что солнечная шестерня передаёт входной момент, а эпицикл – выходной, то применительно к автоматической трансмиссии получим передачу заднего хода.

Вариант 5.

Зафиксируем доску В и будем двигать шарик с в направлении стрелки (см. рис. 4.9). Тогда доска А двигается с большей скоростью и в том же направлении, что и шарик.

Рисунок 4.9 – Принцип работы 4-ой передачи.

Применим эту ситуацию к планетарному механизму. Если солнечная шестерня (доска В) заблокирована, а водило (шарик с) вращается по часовой стрелке (см. рис. 4.9), сателлиты вращаются в том же направлении вокруг солнечной шестерни. Скорость вращения эпицикла складывается из собственной скорости вращения сателлитов и скорости их вращения вокруг неподвижной солнечной шестерни. Другими словами, эпицикл вращается быстрее, чем водило. Такое соотношение в трансмиссии характерно для четвёртой передачи.

4.5. Алгоритм расчета планетарных коробок передач

1) Выбор числа передач и передаточных чисел;

2) Определение звеньев коробки передач;

3) Определение числа возможных планетарных механизмов;

4) Построение плана скоростей;

5) Определение возможных планетарных механизмов;

6) Отбраковка планетарных механизмов по характеристикам механизма.

4.6. Пример расчета

4.6.1. Выбор числа передач и передаточных чисел

Данный расчет является логическим продолжением ранее выполненного «Тягового расчета», в котором был выбран тип трансмиссии транспортного средства и посчитаны ее передаточные числа [1], исходя из условий, обеспечивающих заданные тяговые и экономические показатели: i₁ = 3,667; i₂ = 2,100; i₃ = 1,361; i₄ = 1,00; i_зх = 3,526.

4.6.2. Определение звеньев коробки передач

За звено 0 принимается входной вал с солнечной шестерней. За звено х принимается выходной вал. Количество остальных звеньев определяется по числу передач отличных от прямой и записывается в соответствии с их индексами: 1, 2, 3, -1.

Общее число звеньев определятся по формуле:

где - искомое число звеньев; - число передач, отличных от прямой.

Для четырехступенчатой коробки передач n=6.