Geraet4501 (kedoki) wrote,
Geraet4501
kedoki

Category:

Строим планетарную КПП, часть 2: собираем коробку из рядов

В предыдущем посте мы разобрали простые планетарные механизмы и остановились на планетарных редукторах. Теперь на их основе мы сделаем простейшие двухскоростные коробки передач и реверс, а затем построим из них планетарную коробку передач и оценим её устройство и работу.

ПКППДПВ:



Двухскоростная коробка передач с эпициклом внутреннего зацепления
Давайте возьмём планетарный редуктор и заменим жёсткую блокировку эпицикла многодисковым фрикционом (или сцеплением, если говорить по-автомобильному):



Пока сцепление выключено эпицикл будет вращаться вхолостую, а ведомый вал останется неподвижным. Если мы включим сцепление, то эпицикл заблокируется и мощность пойдёт на ведомый вал. Предположим, ведомый вал будет вращаться в 4 раза медленнее, то есть передаточное число редуктора i=4.

А теперь представьте, что мы соединим эпицикл с ведущим валом, то есть с солнечной шестернёй. В этом случае все части планетарного механизма будут вращаться как одно целое, будто это просто вал, а передаточное число равно единице (i=1). Давайте так и сделаем:



У нас получилась двухскоростная планетарная коробка передач, состоящая из планетарного механизма и двух фрикционов, Ф1 и Ф2. Она работает в трёх режимах:

  • Фрикционы Ф1 и Ф2 выключены. Это нейтраль, мощность не передаётся на ведомый вал.

  • Включен фрикцион Ф1. Эпицикл заблокирован, передаточное число равно 4.

  • Включен фрикцион Ф2. Эпицикл соединён с ведущим валом, передаточное число равно 1.

Включать оба фрикциона нельзя, поскольку будут заблокированы все элементы, в том числе и ведущий вал, связанный с двигателем.

Обратите внимание на то, что схемы планетарных механизмов симметричны. Поэтому мы можем оставить только верхнюю "половинку", так намного лаконичнее и компактнее:



Подобные схемы встречаются очень часто.

Двухскоростная коробка передач с эпициклом внешнего зацепления
Теперь давайте по аналогии построим двухскоростную КПП с внешним зацеплением. Возьмём планетарный редуктор с блокируемым при помощи фрикциона водилом:



И добавим второй фрикцион, соединяющий водило с ведущим валом:



Работает такая планетарная КПП точно так же, как и с эпициклом внутреннего зацепления:

  • Фрикционы Ф1 и Ф2 выключены, нейтраль.

  • Ф1 включён, понижающая передача.

  • Ф2 включён, прямая передача.

Схема выше ещё более громоздкая, поэтому мы её уполовиним:



Реверс
Теперь давайте разбираться с задним ходом. У нас уже есть заготовка, а именно планетарная передача с блокируемым водилом:



Работает она в двух режимах. Если сцепление выключено, то мощность на ведомый вал не передаётся, это нейтраль. Если сцепление включено, то ведомый вал вращается в противоположную сторону, это задний ход. Но нам не хватает переднего хода. Как его сделать? Да очень просто.

У всех планетарных механизмов, которые мы рассмотрели, есть важная особенность: соосность. То есть ведущий и ведомый валы соосны. Для переднего хода нам просто нужно сцепить ведущий вал с ведомым. Для этого добавим второе сцепление:



Реверс работает в трёх режимах:

  • Сцепления Ф1 и Ф2 выключены, нейтраль.

  • Сцепление Ф2 включено, передний ход.

  • Сцепление Ф1 включено, задний ход.

Обратите внимание на следующее. Передаточное число переднего хода равно единице (i=1), то есть ведущий вал вращается с той же скоростью, что и ведомый. А вот передаточное число заднего хода зависит от чисел зубьев шестерён. Таким образом мы можем менять скорости заднего хода относительно скоростей переднего хода.

Наконец, уполовиним схему:



Строим коробку передач
Для этого у нас есть всё необходимое: двухскоростные КПП и реверс. Их ведущие и ведомые валы соосны, поэтому мы можем соединять их последовательно как детали детского конструктора. Начнём с простого и соберём КПП с четырьмя передачами вперёд и назад.

Если последовательно соединить две коробки передач, то итоговое число скоростей будет произведением чисел их скоростей. У нас уже есть двухскоростные КПП, если соединить две такие коробки, мы получим четыре скорости. Осталось только добавить реверс и коробка готова:



Коробка передач состоит из трёх планетарных рядов (Р1, Р2 и Р3), то есть наборов сателлитов и солнечных шестерней, вращающихся в одной плоскости. Р1 и Р2 реализуют четыре передачи, а Р3 - передний и задний ход. Всего мы получаем по четыре передачи вперёд и назад.

Коробка передач работает следующим образом. В нейтральном положении все фрикционы выключены, мощность от двигателя к колёсам не идёт. На переднем ходе включён фрикцион Ф6, на заднем, соответственно, Ф5. Если мы включим фрикционы Ф2 и Ф4, то получим прямую передачу, она соответствует самой быстрой скорости. Фрикционы Ф1 и Ф3 включают замедленную передачу.

Предположим, передаточные числа рядов Р1 и Р2 на замедленных передачах равны 2 и 4. В этом случае мы получаем следующую таблицу скоростей:



Скорости заднего хода кратны скоростям переднего. Предположим, на задней передаче реверс даёт передаточное число -1,5. В этом случае передаточные числа скоростей заднего хода будут таковы: -12, -6, -3, -1,5.

Конечно, это не настоящая коробка передач. У неё слишком большие разрывы между передачами, для диапазона скоростей 8 не хватает четырёх передач, нужно больше. Но в ней легко разобраться, да и до настоящей конструкции остался буквально один шаг.

Оценим конструкцию
Рассмотрим на примере нашей довольно примитивной коробки передач достоинства и недостатки как планетарных КПП в целом, так и конкретной схемы, к которой мы пришли.

В целом планетарные коробки передач имеют целый ряд достоинств по сравнению с простыми двухвальными и трёхвальными КПП:

  • Компактность конструкции. По кинематическим схемам этого, конечно, не видно, но в реальных коробках шестерни и валы скомпонованы довольно плотно.

  • Соосность валов позволяет реализовать прямую передачу с наивысшим КПД.

  • В планетарных рядах мощность передаётся через несколько пар зубьев, что позволяет снизить нагрузку на отдельный зуб и, следовательно, уменьшить ширину зубчатых колёс. Также эти пары зубьев расположены симметрично относительно вала, что позволяет (кроме несоосных ПКП) избавить центральный вал от радиальных сил, таким образом уменьшая его диаметр. (ценное дополнение от frogf00t)

  • Все шестерни находятся в постоянном зацеплении. Как следствие, нет механизмов синхронизации скоростей.

  • Передачи включаются фрикционным торможением отдельных шестерней. Отпадает необходимость для переключения передач выключать и выключать главный фрикцион, который вообще может отсутствовать.

  • При использовании гидравлически включаемых фрикционов КПП управляется сравнительно простым полуавтоматическим устройством, значительно облегчающим вождение.

  • Передачи включаются фрикционно без механизма синхронизации, благодаря этому само переключение происходит очень быстро, а средняя скорость движения возрастает.

  • Высокий КПД планетарных механизмов.

Однако планетарные КПП не получили повсеместного распространения из-за своих недостатков:

  • Сложность составления схем. Мы рассмотрели очень простую схему, она, скорее, исключение.

  • Большая трудоёмкость проектирования.

  • Более сложное изготовление и сборка коробок передач.

  • Как следствие, выше цена.

Планетарные КПП, МП и бортовые редукторы очень часто применяются в современном танкостроении. Ведущие танковые страны давно преодолели трудности с изготовлением и производством планетарных механизмов, высокая цена же не имеет решающего значения: танк - это всё равно очень дорогая штука, а на спичках экономить глупо.

Теперь давайте оценим нашу коробку:

  • Схема очень проста.

  • Четвёртая передача прямая, с высоким КПД.

  • Несколько передач заднего хода.

  • Если добавить ещё один ряд, мы получим по 8 передач вперёд и назад.

Но за эти весомые достоинства мы должны заплатить:

  • На первой передаче КПД ниже, чем на остальных.

  • Удобно компоновать продольно, но не поперечно.

  • КПП с последовательным редуцированием (несколько коробок передач последовательно соединены в одну), поэтому скорости образуют геометрическую прогрессию, а их разбивка нерациональная. В нашем случае расстояние между первой и второй передачами в самый раз, но у остальных оно слишком большое.

  • Как следствие последовательного редуцирования мы не можем изменить отдельно какую-либо одну скорость не затронув остальные.


Итого, у нас есть теоретическая часть. С ней мы можем приступить к рассмотрению реальных коробок передач PP33 от Тигра и PP45 от прототипа Леопарда.
Tags: трансмиссии
Subscribe

  • Обзор двухтактных дизелей, часть 2

    В первой части статьи мы говорили о принципах двухтактных двигателей и разобрали схему двухтактного двигателя со встречно-движущимися поршнями на…

  • Дайджест из ВК #2

    Очередная подборка небольших постов из ВК о бронетехнике: Богатый внутренний мир ARL 44 И снова обозначения немецкой бронетехники (всё никак не…

  • Хромоногий «Ягдтигр»

    На Warspot вышла моя новая статья об истории Ягдтигра с точки зрения его ходовой части, вернее, ходовых частей. В ней рассказывается о развитии…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your IP address will be recorded 

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 6 comments