Riduttore epicicloidale: dispositivo, principio di funzionamento, funzionamento e riparazione

2024 Autore: Erin Ralphs | [email protected]. Ultima modifica: 2024-02-19 17:05

Gli ingranaggi planetari sono tra le scatole ingranaggi più complesse. Di piccole dimensioni, il design è caratterizzato da un'elevata funzionalità, che spiega il suo diffuso utilizzo in macchine tecnologiche, biciclette e veicoli a cingoli. Ad oggi, il riduttore epicicloidale ha diverse versioni di design, ma i principi base di funzionamento delle sue modifiche rimangono gli stessi.

Dispositivo unità

La base del design è formata da sole tre parti funzionali con un asse di rotazione. Sono rappresentati da un supporto e da due ruote dentate centrali. Il dispositivo prevede anche un ampio gruppo di collegamenti ausiliari sotto forma di una serie di ingranaggi, corone e cuscinetti a formato singolo. Da ciò possiamo concludere che il riduttore epicicloidale è un meccanismo della famiglia degli ingranaggi."scatole", ma con una differenza fondamentale. Consiste nell'indipendenza condizionale delle velocità angolari di ciascuno dei collegamenti principali. Ora vale la pena familiarizzare con gli elementi dell'aggregato in modo più dettagliato:

• Il vettore è la base e una parte obbligatoria di qualsiasi sistema planetario, compresi quelli con connessione differenziale. Questo è un meccanismo a leva, che è una forcella spaziale, il cui asse è allineato con l'asse comune della trasmissione. In questo caso, gli assi degli ingranaggi con i satelliti ruotano attorno ad esso nei piani delle ruote centrali.
• Ruote dentate. Innanzitutto occorre separare i gruppi di ruote centrali grandi e piccole centrali di questo tipo. Nel primo caso si tratta di grandi ruote con denti interni: questo sistema è chiamato epiciclo. Per quanto riguarda i piccoli ingranaggi con denti, si distinguono per la disposizione esterna dei denti - chiamata anche ingranaggio solare.
• Satelliti. Il gruppo ruota di un riduttore epicicloidale (meno spesso una singola ruota dentata), i cui elementi hanno necessariamente denti esterni. I satelliti si trovano nell'accoppiamento con entrambi i gruppi di ruote centrali. A seconda della funzionalità e della potenza dell'apparecchiatura, il numero di satelliti può variare da 2 a 6, ma più spesso vengono utilizzati 3 segmenti, poiché in questo caso non sono necessari dispositivi di bilanciamento aggiuntivi.

Principi di funzionamento dei riduttori epicicloidali

La modifica della trasmissione dipende dalla configurazione del layout delle unità funzionali. Il valore avrà la mobilità dell'elemento e la direzione della coppia. Uno dei tre componenti (vettore,satelliti, ingranaggio solare) è fissato in una posizione fissa e gli altri due ruotano. Per bloccare gli elementi del riduttore epicicloidale, il principio di funzionamento del meccanismo prevede il collegamento di un sistema di freni a nastro e frizioni. A meno che non ci siano freni e frizioni di bloccaggio nei dispositivi differenziali con ingranaggi conici.

Il downshift può essere attivato in due modi. Nella prima versione è implementato il seguente principio: l'epiciclo si ferma, contro il quale il momento di lavoro dal propulsore viene trasferito alla base dell'ingranaggio solare e rimosso dal supporto. Di conseguenza, l'intensità di rotazione dell'albero diminuirà e l'ingranaggio solare aumenterà nella frequenza di funzionamento. In uno schema alternativo, l'ingranaggio solare del dispositivo è bloccato e la rotazione viene trasferita dal supporto all'epiciclo. Il risultato è simile, ma con una leggera differenza. Il fatto è che il rapporto di trasmissione in questo modello funzionante tenderà all'unità.

In fase di passaggio alla marcia superiore possono essere implementati anche diversi modelli funzionanti, e per lo stesso riduttore epicicloidale. Il principio di funzionamento nello schema più semplice è il seguente: l'epiciclo è bloccato e il momento di rotazione viene trasferito dall'ingranaggio solare centrale e trasmesso ai satelliti e al vettore. In questa modalità, il meccanismo funziona come un cambio step-up. In un' altra configurazione, l'ingranaggio sarà bloccato e la coppia sarà trasferita dalla corona dentata al supporto. Inoltre, il principio di funzionamento è simile alla prima opzione, ma c'è una differenza nella frequenza di rotazione. Quando la retromarcia è inserita, coppiala torsione sarà rimossa dall'epiciclo e sarà trasmessa all'ingranaggio solare. In questo caso, il vettore deve essere fermo.

Caratteristiche del flusso di lavoro

La differenza fondamentale tra i meccanismi epicicloidali e altri tipi di riduttori è la già citata indipendenza degli elementi di lavoro, che è formulata come due gradi di libertà. Ciò significa che a causa della dipendenza dal differenziale, per calcolare la velocità angolare di un componente del sistema, è necessario tenere conto delle velocità degli altri due riduttori. In confronto, altre trasmissioni ad ingranaggi assumono una relazione lineare tra gli elementi nel determinare la velocità angolare. In altre parole, le velocità angolari della "scatola" planetaria possono variare in uscita, indipendentemente dalle prestazioni dinamiche in ingresso. Con ingranaggi fissi e stazionari diventa possibile sintetizzare e distribuire i flussi di potenza.

Nei meccanismi più semplici ci sono due gradi di libertà dei collegamenti degli ingranaggi, ma il funzionamento di sistemi complessi può prevedere anche la presenza di tre gradi. Per fare ciò, il meccanismo deve avere almeno quattro collegamenti funzionali, che saranno in connessione differenziale tra loro. Un' altra cosa è che una tale configurazione sarà effettivamente inefficiente a causa delle basse prestazioni, quindi in pratica le applicazioni e le trasmissioni con quattro collegamenti mantengono due gradi di libertà.

Ingranaggi epicicloidali semplici e complessi

Uno dei segni della divisione dei meccanismi planetari in semplici ecomplesso: questo è il numero di collegamenti di lavoro. Inoltre, stiamo parlando solo dei nodi principali e i gruppi di satelliti non vengono presi in considerazione. Un sistema semplice di solito ha tre collegamenti, sebbene tutti e sette siano consentiti dalla cinematica. Come esempio di tale sistema, possiamo citare insiemi di ingranaggi singoli e doppi, nonché gruppi di ingranaggi ad incastro accoppiati.

Ci sono molti più collegamenti principali nei meccanismi complessi che in quelli semplici. Forniscono almeno un supporto, ma possono esserci più di tre ruote centrali. Inoltre, il principio di funzionamento del riduttore epicicloidale consente l'utilizzo di più unità semplici anche all'interno di un sistema complesso. Ad esempio, un modello a quattro collegamenti può avere fino a tre nodi semplici e un modello a cinque collegamenti può averne fino a sei. Tuttavia, la completa indipendenza di semplici sistemi planetari nell'ambito di dispositivi complessi è fuori questione. Il fatto è che molti di questi meccanismi hanno maggiori probabilità di avere un vettore comune.

Controlli del meccanismo

Pur mantenendo diversi gradi di libertà, il dispositivo può essere utilizzato come principale funzionalità autosufficiente. Ma se viene selezionato un modello con un collegamento principale e uno condotto (modalità riduttore), sarà necessario impostare determinate velocità per essi. Per questo vengono utilizzati gli elementi di controllo del riduttore epicicloidale. Il principio del loro funzionamento è la ridistribuzione delle velocità grazie alla frizione e ai freni a frizione. I gradi di libertà extra vengono rimossi e i principali nodi liberi diventano riferimenti.

Le frizioni sono responsabili del collegamento di due link gratuiti oun collegamento (anche gratuito) con alimentazione esterna. Entrambe le configurazioni di frizioni in condizioni di bloccaggio forniscono ai collegamenti controllati una certa velocità angolare, e non zero. In base alla progettazione, tali elementi sono frizioni multidisco, ma a volte esistono anche frizioni convenzionali per la trasmissione della coppia.

Per quanto riguarda il freno, il suo compito nell'infrastruttura di controllo del riduttore epicicloidale è di collegare i collegamenti liberi alla scatola degli ingranaggi. Questo elemento, in condizioni di blocco, conferisce ai collegamenti liberi una velocità angolare nulla. Secondo il dispositivo tecnico, tali freni sono simili alle frizioni, ma nelle versioni più semplici: disco singolo, pattino e nastro.

Applicazione del riduttore epicicloidale

Per la prima volta questa unità è stata utilizzata nell'auto Ford T sotto forma di cambio a due velocità con principio del cambio a pedale e freni a nastro. In futuro, il dispositivo ha subito molte trasformazioni e oggi il riduttore epicicloidale giapponese Prius può essere definito l'ultima versione di meccanismi di questo tipo. Il principio di funzionamento di questa unità è quello di distribuire l'energia tra la centrale (che può essere ibrida) e le ruote. Durante il funzionamento, il motore si ferma, dopodiché l'energia viene inviata al generatore, a seguito della quale le ruote iniziano a muoversi.

In questo caso, il sistema non può essere solo la funzionalità di un solo cambio. Oggi questo dispositivo è utilizzato in cambi, differenziali, in complessidiagrammi cinematici di apparecchiature industriali, in sistemi di azionamento di apparecchiature speciali e aeromobili. I giganti automobilistici avanzati stanno anche padroneggiando i principi di funzionamento del meccanismo in combinazione con azionamenti elettromagnetici ed elettromeccanici. Lo stesso riduttore epicicloidale Prius è stato utilizzato con successo nei veicoli elettrici ibridi. Non c'è il cambio stesso nel senso tradizionale in tali progetti, ma c'è una parvenza di un variatore senza cambio a gradini: un complesso di ingranaggi planetari che mette in moto le ruote e riceve energia dal motore svolge questa funzione.

Cambio per bicicletta planetaria

In senso tradizionale, non esiste un cambio nel trasporto ciclistico dotato di meccanismi epicicloidali. Si tratta di boccole con lo stesso ingranaggio solare, che è fissato rigidamente alle ruote posteriori sul loro asse. Inoltre, per la fissazione viene utilizzato un vettore, che determina la direzione del movimento dei satelliti e non consente loro di disperdersi e interconnettersi tra loro. E l'elemento più importante della "scatola" planetaria della bicicletta è rappresentato da un ingranaggio epicicloidale, la cui rotazione avviene a causa della pedalata. Quando si cambia la marcia, l'attuatore del mozzo (trasmissione scanalata) cambia la dinamica del supporto, che ha l'effetto di regolare la velocità.

Cioè, possiamo di nuovo concludere che il modello planetario funziona come un riduttore. In questo sistema, l'epiciclo svolge la funzione di anello condotto nella catena, l'ingranaggio solare rimane fermo e il supporto si chiude sull'alloggiamento. InIn questo caso, gli schemi di lavoro delle boccole semplici e multivelocità saranno gli stessi. L'unica piccola differenza è che ogni nodo del sistema planetario ha i propri indicatori di rapporti di trasmissione rigorosamente definiti.

Processo operativo

La misura principale nel funzionamento di questo meccanismo da parte dell'utente è di mantenere l'ingranaggio planetario impostato in condizioni di lavoro ottimali. Ciò si ottiene attraverso la pulizia periodica degli elementi e, soprattutto, attraverso la lubrificazione. Cosa deve essere lubrificato nella scatola planetaria? Principalmente cuscinetti a strisciamento del riduttore. L'olio viene diretto dall'albero a gomiti nella cavità dell'albero del cambio, riempiendo le cavità dei satelliti con gli ingranaggi. Inoltre, a seconda del design, il lubrificante tecnico entra nei cuscinetti degli ingranaggi attraverso i perni ei fori radiali. Per la massima distribuzione dell'olio lungo la lunghezza dei cuscinetti, a volte viene praticato un piatto all'esterno del perno di articolazione.

Gli ingranaggi vengono lubrificati o immergendo i denti della ruota in un bagno liquido o dirigendo l'olio nell'area del gancio attraverso speciali ugelli. Cioè, viene realizzata la lubrificazione a getto o la lubrificazione a immersione. Ma il modo più efficace è la diffusione della nebbia d'olio, che viene utilizzata in relazione agli elementi di innesto e cuscinetti. Questo metodo di lubrificazione viene implementato spruzzando da una speciale pistola a spruzzo.

Per quanto riguarda il lubrificante stesso, gli oli di petrolio non legati sono consigliati per gli ingranaggi epicicloidali. Ad esempio, le formulazioni industriali per uso generale sono adatte all'uso. Per l' alta velocitàmeccanismi, è auspicabile utilizzare turbine speciali e strutture aeronautiche.

Difetti e meccanismo di riparazione

Il sintomo più comune di un guasto al riduttore epicicloidale è la presenza di vibrazioni nell'area della scatola. I conducenti notano anche rumori estranei, urti e contrazioni. La presenza di determinati sintomi dipende dalla natura del malfunzionamento, per cui possono esserci diversi motivi:

• Surriscaldamento del meccanismo.
• Stile di guida aggressivo con frenate e accelerazioni brusche.
• Mancanza di olio, livello basso o qualità insufficiente.
• Riscaldamento insufficiente della trasmissione prima della guida.
• Slittamento sul ghiaccio.
• Auto che colpisce neve o fango.
• Usura degli elementi dell'ingranaggio epicicloidale.

Per riparare un riduttore epicicloidale, è necessario conoscere la causa specifica del suo guasto. Per questo, il meccanismo è smontato. Di solito la scatola è imbullonata all'interno dell'albero di trasmissione. È necessario rimuovere le staffe della velocità da uno dei lati (a seconda del design) e quindi svitare il bullone attraverso il foro nell'albero di trasmissione. Successivamente, l'elemento viene pulito o sostituito. In genere si tratta di contaminazione da trucioli di metallo, denti rotti, assi e ingranaggi usurati.

Conclusione

I meccanismi planetari differiscono nella complessità del dispositivo, che ha i suoi pro e contro. Il primo è l'equilibrioelementi sottoposti a manutenzione con una distribuzione delle forze relativamente accurata. Questo fattore consente lo sviluppo di unità del cambio di modeste dimensioni, che consentono un layout ottimizzato. Nel caso del “planetario” della bicicletta si notano anche vantaggi ergonomici, tra cui la possibilità di cambiare posizione in piedi. Quando guidi in città, questa è una qualità particolarmente utile, poiché devi cambiare le modalità di velocità abbastanza spesso. Se parliamo delle carenze dei sistemi epicicloidali, con rapporti di trasmissione grandi sono ancora caratterizzati da prestazioni modeste. Inoltre, il sistema richiede un montaggio preciso, poiché le minime deviazioni aumentano il rischio della stessa usura delle parti.