На шлицах первичного вала 1 имеются подвижные шестерникаретки 2, 3 и 4, которые могут входить в зацепление соответственно

сшестернями 21, 19 и 18, неподвижно установленными на промежуточном валу 22, и обеспечивать три передаточных числа. С промежуточного вала момент передается через первую или вторую ступень редуктора. В результате число передач удваивается. В рассматриваемой схеме КП (рис. 6.5,г) передачи с третьей по восьмую получаются по схеме трехвальной КП.

На первой и второй передачах и передачах заднего хода момент

спервичного вала 1 на вторичный вал 12 передается через вал 25 пониженных передач. При этом момент с шестерни 4 через двухвенцовую шестерню 17, свободно установленную на промежуточном валу 22, передается на шестерню 28, которая находится в постоянном зацеплении с малым венцом шестерни 17. Далее с вала 25 момент передается на промежуточный вал 22 и через редуктор на вторичный вал 12. Для получения первой и второй передач каретка 27 вводится в зацепление с шестерней 19, а двух передач заднего хода - с промежуточной шестерней 26. Последняя находится в постоянном зацеплении

сшестерней 20.

Девятая передача получается введением в зацепление шестерни 4 с внутренними зубьями шестерни 7 (прямая передача). Переключение передач производится рычагом 8, перемещающим ползуны 5, которые удерживаются от самопроизвольного передвижения фиксаторами 6 в крышке 9.

Понижающий редуктор (см. рис. 6.5,г), установленный перед основной КП, удваивает число передач. Он состоит из двух пар шестерен 29, 24 и 23 и зубчатой муфты 30. Когда муфта вводится в зацепление с шестерней 24, момент передается без изменения (прямая передача), при введении в зацепление с шестерней 29 получается пониженная передача.

На тракторах МТЗ-80/82 может быть также установлен двухступенчатый планетарный ходоуменьшитель, позволяющий получать дополнительно четыре пониженные передачи переднего и четыре заднего хода.

6.4. Планетарные коробки передач

Планетарной передачей называется шестеренный механизм, в котором хотя бы одна из шестерен (сателлит) имееет ось, вращающуюся вокруг центральной оси. Образующим элементом такой пере-

344

дачи является планетарный ряд, состоящий из двух соосных центральных шестерен разных диаметров, сателлитов, находящихся в постоянном зацеплении с ними и водила - держателя осей сателлитов, вращающегося соосно с центральной осью. В зависимости от вида центральных шестерен, планетарный ряд бывает с внутренним, внешним или смешанным их зацеплением. Центральную шестерню с внешним зацеплением обычно называют солнечной, а с внутренним - эпициклом.

Наиболее часто применяют смешанное зацепление, позволяющее при ограниченных геометрических размерах планетарного ряда получать большие передаточные числа.

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 планетарных коробок передач (ПКП) с необходимым числом передач.

Управляются ПКП остановочными ленточными или многодисковыми фрикционными тормозами и блокировочными многодисковыми муфтами, как правило, c гидравлическим поджатием. Переключение передач в большинстве случаев производится без остановки трактора, что в ряде случаев, как указывалось, исключает необходимость применения в нем сцепления. Подобная система управления ПКП позволяет ее относительно легко автоматизировать. Однако для получения определенной передачи этот механизм должен обладать только одной степенью свободы. Все остальные должны быть сняты путем наложения определенных связей, включением необходимых тормозов и блокировочных муфт.

Число степеней свободы любой ПКП равняется числу необходимых связей, которые должны быть наложены для включения выбранной передачи, плюс единица. Вследствие этого одним из классификационных признаков ПКП является число степеней свободы, определяющее число необходимых ограничений для ее нормальной работы. Если для включения какой-либо передачи необходимо воздействовать на один элемент управления (включить один тормоз или

345

один фрикцион), то такая ПКП имеет две степени свободы. Для ПКП с тремя степенями свободы для включения передачи необходимо одновременно воздействовать на два элемента управления (два тормоза, два фрикциона или на тормоз и фрикцион).

Основные сведения о работе планетарного ряда. Для знаком-

ства с основными свойствами наиболее распространенного планетарного ряда со смешанным зацеплением шестерен, рассмотрим его кинематическую схему, план скоростей при заторможенном эпицикле и схему сил (рис. 6.6).

Обозначим буквенными индексами названия элементов ряда, а цифровыми их назначение: а - солнечная шестерня; в - водило; с - эпицикл; 1, 2 и 3 - соответственно ведущий, ведомый и тормозной элементы. Буквенные или цифровые обозначения при параметрах ряда, показывают, к какому элементу они относятся.

На рис. 6.6,а солнечная шестерня а1 - ведущая, водило в2 - ведомый элемент, а эпицикл с3 - тормозной элемент. Кинематическая связь между элементами планетарного ряда лучше всего определяется графическим способом. Он наглядно показывает план окружных скоростей элементов ряда и дает приблизительные результаты при определении передаточных чисел системы. Для этого необходимо в произвольном масштабе вычертить схему ряда (рис. 6.6,а), а несколько сбоку ее, на горизонтали наметить центр ее оси - точка О (рис. 6.6,б) и восстановить из нее перпендикуляр, спроецировав на него полюса зацепления зубьев шестерен ра и рс , и центра оси сателлита - рв. Тогда расстояния Rа, Rс, Rв и rв - радиусы соответственно начальной окружности солнечной шестерни и эпицикла, окружности вращения оси сателлита вокруг центральной оси и его начальной окружности.

Рис. 6.6. Планетарный ряд со смешанным зацеплением шестерен:

а - кинематическая схема; б - план скоростей; в - схема сил, действующих на элементы ряда

346

Так как частота вращения n1 ведущего вала обычно известна, то можно определить и окружную скорость Vа, вектор которой откладываем из полюса ра. Такую же скорость имеет и сателлит в полюсе ра. Соединив прямой центр О с концом вектора Vа получаем луч V1, являющийся планом абсолютных скоростей точек солнечной шестерни. Согласно схеме эпицикл с3 заторможен, тогда окружная скорость сателлита в полюсе рс равна нулю При заторможенной эпициклической шестерне С3 луч V1 – план абсолютных скоростей точек солнечной шестерни; луч V2 – план скоростей водила; луч V3 – план скоростей сателлита при его вращении вокруг полюса pc. Проведя из полюса рс прямую через конец вектора Vа получаем луч V3 - план абсолютных скоростей точек сателлита и вектор Vв абсолютной скорости оси сателлита, закрепленной на водиле. Соединив центр О с концом вектора Vв получаем план скоростей водила - луч V2 (при вращении его вокруг центральной оси).

Из плана скоростей видно, что при повороте солнечной шестерни на угол α 1, водило повернется только на угол α 2 < α 1. Отсюда следует, что отрезки hh' и hh", отсекаемые на произвольной горизонтальной прямой лучами V1 и V2, пропорциональны частотам вращения водила и солнечной шестерни. Тогда передаточное число данного планетарного ряда представится как u = n1/n2 = hh"/hh' > 1.

Следовательно, данная схема планетарного ряда представляет собой понижающий редуктор.

Сателлит планетарного ряда участвует одновременно в двух движениях: относительном (вокруг оси водила) и переносном (совместно с водилом вокруг центральной оси). Абсолютная скорость его вращения известна, так как она равна окружной скорости солнечной шестерни в полюсе ра, а его относительная скорость Vво пропорциональна отрезку h'h". Разделив Vво сателлита на его радиус rв, можно найти угловую скорость ω во и частоту вращения nво, которая лимитирует работоспособность подшипников качения сателлитов. Частота вращения сателлита nво не должна превышать при работе на режиме холостого хода 10000 мин-1, а под нагрузкой - 6000 мин-1. При больших значениях nво происходит разрушение сепаратора подшипника.

Силы и моменты, действующие на элементы планетарного ряда при установившемся движении, определяются исходя из условия равновесия сателлита (рис. 6.6,в):

Рс + Ра = Рв и Ра rв = Рс rв .

Тогда

Рв = 2 Ра = 2 Рс .

347

Если крутящий момент М1 - известен, то момент на водиле М2 определяется как

М2 = М1 u,

где u - передаточное число ряда.

Определение передаточного числа планетарного ряда сложнее, чем для обычной шестеренной передачи с неподвижными осями валов. Это связано с тем, что оно зависит от режима работы элементов планетарного ряда. Но неизменным компонентом любой формулы для его определения является постоянная величина характеристики планетарного ряда

К = Zc / Zа ,

где Zc и Zа - число зубьев соответственно эпицикла и солнечной шестерни.

Для рассматриваемого примера

u = 1 + К.

Для работы планетарного ряда, как редуктора с передаточным числом u = 1 необходимо заблокировать любые два его звена посредством блокировочного фрикциона. При этом необходимо учитывать, какую пару звеньев блокировать, чтобы его момент трения был наименьшим. Для рассматриваемого ряда при прямом блокировании солнечной шестерни а1 с водилом в2 моменты на входном и выходном валах одинаковы. Тогда момент трения блокировочного фрикциона

Мф = М1= М2.

Две другие схемы блокирования ряда представлены на рис. 6.7. При блокировке солнечной шестерни с эпициклом (рис. 6.7,а) фрикционом Ф его момент трения

Мф = М1 К /(К +1).

Здесь момент передаваемый через блокировочный фрикцион Мф меньше ведущего момента М1.

Если блокировать эпицикл и водило (рис. 6.7,б), то

Мф = М1 К.

В данном случае момент Мф, передаваемый через блокировочный фрикцион, больше ведущего момента М1 и размеры его будут больше, чем в предыдущем примере.

При определении КПД планетарной передачи необходимо отметить, что передача в нем мощности осуществляется двумя потоками: при переносном движении (вращение всей системы с водилом) и относительном (вращение отдельных звеньев механизма внутри системы относительно водила). В первом случае потери происходят только в подшипниках центральной оси, которыми можно пренебречь, а во

348

втором - при вращении шестерен и в полюсах зацепления, которые значительно выше потерь в подшипниках. Поэтому при создании ПКП стремятся, чтобы больший поток энергии передавался при переносном движении и меньший - при относительном. В этом случае КПД передачи значительно больше.

Рис. 6.7. Схемы блокирования планетарного ряда со смешанным зацеплением шестерен

Принципиальные схемы ПКП с двумя и с тремя степенями свободы. На рис. 6.8,а представлена схема ПКП с двумя степенями свободы. 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 одно 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) используются четыре планетарных ряда и пять элементов управления (четыре тормоза и один фрикцион).

Рассмотрим схему ПКП с тремя степенями свободы (рис. 6.8,б). Такая схема содержит два планетарных ряда и четыре элемента управления (два тормоза Т1 и Т2 и два фрикциона Ф1 и Ф2) и обеспечивает получение трех передач переднего хода и одной заднего. Для включения какой - либо передачи необходимо воздействовать сразу на два элемента управления (табл. 6.1), указанные знаком “+”.

349

а)

б)

Рис. 6.8. Схемы планетарных КП:

а – с двумя степенями свободы; б - с тремя степенями свободы

6.1. Включение элементов управления в ПКП

Вариант кинематической схемы составной ПКП, имеющей десять передач переднего хода и две заднего, показан на рис. 6.9. Схема включает четыре планетарных ряда со смешанным зацеплением шестерен. Планетарный ряд I с тормозом Т1 и блокировочным фрикционом Ф1 представляет собой входной двухскоростной редуктор с прямой передачей (ПКП с двумя степенями свободы). Планетарные ряды II, III и IV составляют ПКП с тремя степенями свободы, обеспечи-

350

вающую получение пяти передач переднего хода и одной заднего. Включение любой передачи осуществляется одновременным включением трех управляющих механизмов - тормозов Т и фрикционов Ф. В табл. 6.2 включаемые элементы управления указаны знаком “+”.

Рис. 6.9. Схема составной планетарной КП

6.2. Включение элементов управления в составной планетарной КП

Встречаются конструкции ПКП, в которых число полых соосных валов, соединяющих последовательно расположенные ряды, может быть и большим. Такую компоновку соосных полых валов обычно называют "слоистостью" валов и предпочтение отдают схемам с меньшей "слоистостью".

ПКП по сравнению с КП с неподвижными осями валов отличаются более высоким КПД, благодаря передачи части энергии в переносном движении без потерь в зацеплении шестерен; подшипники

351