Redutor planetário: dispositivo, princípio de operação, operação e reparo

2024 Autor: Erin Ralphs | [email protected]. Última modificação: 2024-02-19 18:19

As engrenagens planetárias estão entre as caixas de engrenagens mais complexas. Com um tamanho reduzido, o design caracteriza-se pela alta funcionalidade, o que explica a sua ampla utilização em máquinas tecnológicas, bicicletas e veículos lagartas. Até o momento, o redutor planetário possui várias versões de design, mas os princípios básicos de operação de suas modificações permanecem os mesmos.

Unidade do dispositivo

A base do projeto é formada por apenas três peças funcionais com um eixo de rotação. Eles são representados por um transportador e duas rodas centrais com engrenagens. O dispositivo também prevê um extenso grupo de elos auxiliares na forma de um conjunto de engrenagens de formato único, coroas e rolamentos. A partir disso podemos concluir que o redutor planetário é um mecanismo da família de engrenagens."caixas", mas com uma diferença fundamental. Consiste na independência condicional das velocidades angulares de cada uma das ligações principais. Agora vale a pena se familiarizar com os elementos do agregado com mais detalhes:

• Carrier é a base e parte obrigatória de qualquer sistema planetário, inclusive aqueles com conexão diferencial. Este é um mecanismo de alavanca, que é um garfo espacial, cujo eixo está alinhado com o eixo comum da transmissão. Neste caso, os eixos das engrenagens com satélites giram em torno dele nos planos das rodas centrais.
• Rodas de engrenagem. Antes de tudo, é necessário separar os grupos de rodas centrais grandes e pequenas desse tipo. No primeiro caso, estamos falando de rodas grandes com dentes internos - esse sistema é chamado de epiciclo. Quanto às pequenas engrenagens com dentes, elas se distinguem pela disposição externa dos dentes - também chamada de engrenagem solar.
• Satélites. O grupo de rodas de uma caixa de engrenagens planetárias (menos frequentemente uma única roda dentada), cujos elementos necessariamente têm dentes externos. Os satélites estão localizados no acoplamento com ambos os grupos de rodas centrais. Dependendo da funcionalidade e potência do equipamento, o número de satélites pode variar de 2 a 6, mas 3 segmentos são mais utilizados, pois neste caso não há necessidade de dispositivos de balanceamento adicionais.

Princípios de funcionamento dos redutores planetários

A alteração da transmissão depende da configuração do layout das unidades funcionais. O valor terá a mobilidade do elemento e a direção do torque. Um dos três componentes (transportadora,satélites, engrenagem solar) é fixado em uma posição fixa, e os outros dois giram. Para bloquear os elementos da caixa de engrenagens planetárias, o princípio de operação do mecanismo prevê a conexão de um sistema de freios e embreagens de banda. A menos que haja freios e embreagens de travamento em dispositivos diferenciais com engrenagens cônicas.

O downshift pode ser ativado de duas maneiras. Na primeira versão, o seguinte princípio é implementado: o epiciclo para, contra o qual o momento de trabalho da unidade de energia é transferido para a base da engrenagem solar e removido do suporte. Como resultado, a intensidade de rotação do eixo diminuirá e a engrenagem solar aumentará em frequência de operação. Em um esquema alternativo, a engrenagem solar do dispositivo é bloqueada e a rotação é transferida do transportador para o epiciclo. O resultado é semelhante, mas com uma pequena diferença. O fato é que a relação de transmissão neste modelo de trabalho tenderá à unidade.

No processo de upshift, vários modelos de trabalho também podem ser implementados, e para o mesmo redutor planetário. O princípio de operação no esquema mais simples é o seguinte: o epiciclo é bloqueado e o momento de rotação é transferido da engrenagem solar central e transmitido aos satélites e à transportadora. Neste modo, o mecanismo funciona como uma caixa de engrenagens step-up. Em outra configuração, a engrenagem será bloqueada e o torque será transferido da coroa para o transportador. Além disso, o princípio de operação é semelhante à primeira opção, mas há uma diferença na frequência de rotação. Quando a marcha à ré é engatada, o torquetorção será removida do epiciclo e será transmitida para a engrenagem solar. Neste caso, a portadora deve estar em estado estacionário.

Recursos de fluxo de trabalho

A diferença fundamental entre mecanismos planetários e outros tipos de redutores é a já mencionada independência dos elementos de trabalho, que é formulada como dois graus de liberdade. Isto significa que devido à dependência diferencial, para calcular a velocidade angular de um componente do sistema, é necessário levar em consideração as velocidades dos outros dois redutores. Em comparação, outras transmissões de engrenagem assumem uma relação linear entre os elementos na determinação da velocidade angular. Em outras palavras, as velocidades angulares da "caixa" planetária podem mudar na saída, independentemente do desempenho dinâmico na entrada. Com engrenagens fixas e estacionárias, torna-se possível resumir e distribuir fluxos de potência.

Nos mecanismos mais simples, existem dois graus de liberdade de elos de engrenagem, mas a operação de sistemas complexos também pode prever a presença de três graus. Para isso, o mecanismo deve ter pelo menos quatro links funcionais, que estarão em conexão diferencial entre si. Outra coisa é que tal configuração será realmente ineficiente devido ao baixo desempenho, então, na prática, aplicações e transmissões com quatro links retêm dois graus de liberdade.

Engrenagens planetárias simples e complexas

Um dos sinais da divisão dos mecanismos planetários em simples ecomplexo - este é o número de links de trabalho. Além disso, estamos falando apenas dos nós principais e os grupos de satélites não são levados em consideração. Um sistema simples geralmente tem três links, embora todos os sete sejam permitidos pela cinemática. Como exemplo de tal sistema, podemos citar conjuntos de engrenagens simples e duplas, bem como grupos de engrenagens pareadas.

Há muito mais links principais em mecanismos complexos do que em mecanismos simples. Eles fornecem pelo menos um transportador, mas pode haver mais de três rodas centrais. Além disso, o princípio de operação do redutor planetário permite o uso de várias unidades simples, mesmo dentro de um sistema complexo. Por exemplo, um modelo de quatro links pode ter até três nós simples e um modelo de cinco links pode ter até seis. No entanto, a completa independência de sistemas planetários simples dentro da estrutura de dispositivos complexos está fora de questão. O fato é que vários desses mecanismos são mais propensos a ter um portador comum.

Controles de mecanismo

Mantendo vários graus de liberdade, o dispositivo pode ser utilizado como a principal funcionalidade autossuficiente. Mas se um modelo com um link principal e um acionado for selecionado (modo redutor), será necessário definir certas velocidades para eles. Para isso, são utilizados os elementos de controle do redutor planetário. O princípio de seu funcionamento é a redistribuição de velocidades devido à embreagem de fricção e freios. Graus de liberdade extras são removidos e os nós livres principais tornam-se referência.

Fricções são responsáveis por conectar dois links livres ouum link (também gratuito) com uma fonte de alimentação externa. Ambas as configurações de embreagens em condições de bloqueio fornecem aos elos controlados uma certa velocidade angular, e não zero. Por design, esses elementos são embreagens multidisco, mas às vezes também há embreagens convencionais para transmissão de torque.

Quanto ao freio, sua tarefa na infraestrutura de controle do redutor planetário é conectar os elos livres à caixa de engrenagens. Este elemento, em condições de bloqueio, confere aos elos livres uma velocidade angular zero. De acordo com o dispositivo técnico, esses freios são semelhantes às embreagens, mas nas versões mais simples - disco único, sapata e fita.

Aplicação da engrenagem planetária

Pela primeira vez, esta unidade foi usada no carro Ford T na forma de uma caixa de câmbio de duas velocidades com um princípio de mudança de pé e freios de banda. No futuro, o dispositivo passou por muitas transformações, e hoje o redutor planetário Prius japonês pode ser chamado de a versão mais recente de mecanismos desse tipo. O princípio de funcionamento desta unidade é distribuir energia entre a usina (que pode ser híbrida) e as rodas. Durante a operação, o motor para, após o que a energia é enviada ao gerador, como resultado do qual as rodas começam a se mover.

Neste caso, o sistema não pode ser apenas a funcionalidade de uma caixa de câmbio sozinha. Hoje, este dispositivo é utilizado em caixas de engrenagens, diferenciais, em complexosdiagramas cinemáticos de equipamentos industriais, em sistemas de acionamento de equipamentos especiais e aeronaves. Gigantes automotivos avançados também estão dominando os princípios de operação do mecanismo em combinação com acionamentos eletromagnéticos e eletromecânicos. A mesma caixa de engrenagens planetária Prius foi usada com sucesso em veículos elétricos híbridos. Não há caixa de câmbio em si no sentido tradicional em tais projetos, mas há uma aparência de um variador sem mudança de passo - um complexo de engrenagens planetárias que coloca as rodas em movimento e recebe energia do motor executa essa função.

Caixa de engrenagens de bicicleta planetária

No sentido tradicional, não há caixa de engrenagens no transporte cíclico provido de mecanismos planetários. São buchas com a mesma engrenagem solar, que é fixada rigidamente às rodas traseiras em seu eixo. Além disso, uma portadora é usada para fixação, que determina a direção do movimento dos satélites e não permite que eles se dispersem e se bloqueiem. E o elemento mais importante da "caixa" planetária da bicicleta é representado por uma engrenagem epicíclica, cuja rotação ocorre devido ao pedalar. Quando a marcha é trocada, o atuador do cubo (acionamento estriado) altera a dinâmica do transportador, o que tem o efeito de ajustar a velocidade.

Ou seja, podemos novamente concluir que o modelo planetário funciona como uma caixa de engrenagens. Neste sistema, o epiciclo desempenha a função de um elo acionado na corrente, a engrenagem solar permanece estacionária e o transportador fecha na carcaça. NoNesse caso, os esquemas de trabalho das buchas simples e multivelocidade serão os mesmos. A única pequena diferença é que cada nó do sistema planetário tem seus próprios indicadores estritamente definidos de relações de transmissão.

Processo operacional

A principal medida na operação deste mecanismo pelo usuário é manter o conjunto de engrenagens planetárias em ótimas condições de funcionamento. Isto é conseguido através da limpeza periódica dos elementos e, mais importante, através da lubrificação. O que deve ser lubrificado na caixa planetária? Principalmente rolamentos deslizantes do redutor. O óleo é direcionado do virabrequim para a cavidade do eixo da engrenagem, enchendo as cavidades dos satélites com engrenagens. Além disso, dependendo do projeto, o lubrificante técnico entra nos rolamentos da engrenagem através dos pinos e orifícios radiais. Para distribuição máxima de óleo ao longo do comprimento dos mancais, às vezes é feito um plano na parte externa do munhão.

As engrenagens são lubrificadas mergulhando os dentes da roda em um banho líquido ou direcionando o óleo para a área do engate através de bicos especiais. Ou seja, a lubrificação por jato ou lubrificação por imersão é realizada. Mas a forma mais eficaz é a dispersão da névoa de óleo, que é utilizada em relação aos elementos de engate e rolamentos. Este método de lubrificação é implementado por pulverização de uma pistola de pulverização especial.

Quanto ao lubrificante em si, óleos de petróleo sem liga são recomendados para engrenagens planetárias. Por exemplo, formulações industriais de uso geral são adequadas para uso. Para alta velocidademecanismos, é desejável usar turbinas especiais e instalações de aviação.

Falhas e mecanismo de reparo

O sintoma mais comum de falha da engrenagem planetária é a presença de vibrações na área da caixa. Os motoristas também notam ruídos estranhos, choques e espasmos. A presença de certos sintomas depende da natureza do mau funcionamento, pelo que pode haver várias razões:

• Superaquecimento do mecanismo.
• Estilo de condução agressivo com forte travagem e aceleração.
• F alta de óleo, nível baixo ou qualidade insuficiente.
• Aquecimento insuficiente da transmissão antes de dirigir.
• Escorregar no gelo.
• Carro batendo na neve ou na lama.
• Desgaste dos elementos da engrenagem planetária.

Para reparar um redutor planetário, você precisa conhecer a causa específica de sua falha. Para isso, o mecanismo é desmontado. Normalmente, a caixa é aparafusada dentro do eixo de acionamento. É necessário remover os suportes de velocidade de um dos lados (dependendo do projeto) e, em seguida, desapertar o parafuso através do orifício no eixo de acionamento. Em seguida, o elemento é limpo ou substituído. Normalmente, trata-se de contaminação por aparas de metal, dentes quebrados, eixos e engrenagens desgastados.

Conclusão

Os mecanismos planetários diferem na complexidade do dispositivo, que tem seus prós e contras. O primeiro é o equilíbrioelementos atendidos com uma distribuição de forças relativamente precisa. Este fator permite o desenvolvimento de unidades de câmbio de tamanho modesto, que permitem um layout otimizado. No caso da “planetária” da bicicleta, destacam-se também as vantagens ergonômicas, incluindo a possibilidade de alternar na posição de pé. Ao dirigir pela cidade, essa é uma qualidade particularmente útil, pois você precisa alterar os modos de velocidade com bastante frequência. Se falamos sobre as deficiências dos sistemas planetários, com grandes relações de transmissão, eles ainda são caracterizados por um desempenho modesto. Além disso, o sistema requer montagem precisa, pois os menores desvios aumentam o risco do mesmo desgaste das peças.