Планетарный ряд АКПП

Планетарный ряд (планетарная передача) — это основа механической части автоматической коробки передач (АКПП). Он представляет собой компактную зубчатую систему соосных шестерен, в которой изменение передаточного отношения (смена скоростей) достигается за счет попеременной блокировки и вращения различных элементов этого механизма.

Назначение и принцип работы

Если гидротрансформатор передает тягу от мотора, то планетарный механизм отвечает за то, как именно эта тяга будет преобразована — пойдет ли машина вперед с высоким моментом (1-я передача), покатится ли на крейсерской скорости (повышающая передача) или поедет назад (реверс).

Главная особенность планетарной передачи заключается в том, что все ее шестерни находятся в постоянном зацеплении. Здесь нет привычных муфт, которые жестко втыкают зубья друг в друга.

Секрет смены передач кроется в кинематике: узел имеет три основных элемента. Если один элемент зафиксировать на месте (с помощью тормозной ленты), на второй подать крутящий момент от двигателя, а с третьего снимать вращение на колеса — мы получим определенную скорость. Комбинируя то, какую деталь заблокировать, а какую вращать, инженеры получают из одного узла сразу несколько передаточных чисел, включая задний ход.

Устройство и основные компоненты

Свое название механизм получил из-за визуального сходства с Солнечной системой. В базовый одинарный планетарный ряд входят четыре взаимосвязанных компонента.

Солнечная шестерня (Sun Gear)

Центральный элемент механизма, расположенный строго на главной оси вращения трансмиссии. Как Солнце в центре нашей системы, эта шестерня передает или принимает крутящий момент, а вокруг нее по орбите вращаются остальные зубчатые элементы.

Сателлиты (Planet Gears)

Небольшие промежуточные шестерни (обычно от 3 до 5 штук), которые находятся в постоянном зубчатом зацеплении с центральной солнечной шестерней. Они выступают в роли планет, свободно вращаясь на своих собственных осях и одновременно обкатываясь вокруг центрального «Солнца».

Водило (Planet Carrier)

Массивная жесткая рама, на которой закреплены оси всех сателлитов. Водило объединяет «планеты» в единую связку. Когда сателлиты бегут по кругу, они тянут за собой водило, которое часто выступает выходным валом, передающим мощность дальше на редуктор или колеса.

Эпицикл или коронная шестерня (Ring Gear)

Большое внешнее кольцо с внутренними зубьями, которое охватывает всю конструкцию снаружи. Сателлиты вращаются внутри эпицикла. Это кольцо может свободно вращаться, передавая тягу, либо намертво блокироваться на корпусе коробки при сжатии пакетов фрикционов, создавая точку опоры для изменения передаточного числа.

Популярные архитектуры планетарных механизмов

Одного простого планетарного ряда хватает максимум на 2 передачи и задний ход. Чтобы создать современные 6- или 8-ступенчатые автоматы, инженеры объединяют несколько рядов в сложные комплексы.

Планетарный ряд Симпсона (Simpson)

Классическая и невероятно надежная кинематическая схема, изобретенная американским инженером Говардом Симпсоном. Она состоит из двух одинарных планетарных механизмов, которые объединены одной общей длинной солнечной шестерней. Эта архитектура отличается простотой производства и в свое время совершила революцию в автопроме, позволив концернам массово выпускать неубиваемые 3-х и 4-ступенчатые автоматические трансмиссии.

Планетарный ряд Равинье (Ravigneaux)

Гениальное изобретение французского инженера Поля Равинье, позволившее кардинально сэкономить место в картере коробки передач. В отличие от схемы Симпсона, здесь используется всего один внешний эпицикл и одно водило, но при этом в системе работают две солнечные шестерни разного диаметра и два комплекта сателлитов (короткие и длинные), находящиеся в зацеплении друг с другом. Такая сверхплотная компоновка позволила реализовать 4 и 5 передач в очень компактном и легком корпусе.

Планетарный ряд Лепелетье (Lepelletier)

Вершина современной трансмиссионной инженерии. Эта схема представляет собой блестящую комбинацию: спереди на валу устанавливается простой одинарный планетарный ряд, а сразу за ним — сложный механизм Равинье. Изобретение Пьера Лепелетье (впервые масштабно примененное компанией ZF) позволило автомобильным концернам совершить скачок к 6-, 8- и даже 9-ступенчатым автоматам. Главный плюс схемы Лепелетье — возможность добавления новых передач без катастрофического увеличения веса и габаритов коробки.

Таблица: сравнение популярных архитектур планетарных механизмов

Частые вопросы (FAQ)

Почему планетарная передача лучше обычной механической?

Главное преимущество — колоссальная прочность и компактность. В классической МКПП в любой момент времени работает только одна пара зубьев. В планетарном ряду нагрузка равномерно распределяется сразу на 3-5 сателлитов. Кроме того, соосное расположение валов делает коробку значительно короче.

Из-за чего планетарный ряд может выйти из строя?

Несмотря на механическую надежность, узел боится масляного голодания. Если масляный насос не выдает нужного давления или масло деградировало, игольчатые подшипники, на которых вращаются сателлиты, перегреваются и рассыпаются. Сателлиты перекашивает, что приводит к перемалыванию зубьев в металлическую крошку.

Что значит «вой планетарки»?

Троллейбусный гул или вой, меняющий тональность в зависимости от оборотов двигателя (особенно на 1-й передаче), — это фирменный симптом износа зубчатого зацепления. Металл шестерен питтингует (выкрашивается), зазор между сателлитами и солнечной шестерней увеличивается, и механизм начинает резонировать.

Можно ли поменять только одну шестерню в ряду?

С технической точки зрения сателлиты или солнечную шестерню иногда можно подобрать отдельно. Однако опытные агрегатчики меняют планетарный ряд только целиком (в сборе). Детали в ряду прирабатываются друг к другу микронами; установка одной новой шестерни к старым неминуемо приведет к сильному вою коробки.

Почему автопроизводители отказались от надежных рядов Симпсона?

Несмотря на феноменальную выносливость, схема Симпсона слишком громоздка и конструктивно ограничена 3-4 передачами. С ужесточением экологических норм и борьбой за экономию топлива потребовались легкие и многоступенчатые трансмиссии. Архитектуры Равинье и Лепелетье позволили уместить больше передач в компактных корпусах, поэтому тяжелые «Симпсоны» постепенно ушли в прошлое.

За счет чего схема Лепелетье дает так много передач?

До изобретения Лепелетье добавление новых скоростей означало простое наращивание новых планетарных рядов друг за другом, что делало коробку непомерно длинной. Секрет Лепелетье — в математической комбинаторике. Направляя потоки мощности от переднего одинарного ряда на разные элементы заднего сдвоенного ряда (Равинье), инженеры получили до 9 передаточных чисел при минимальном количестве шестерен.