Świat mechaniki jest pełny wynalazków i nowych odkryć. Za jedne z ważniejszych uważa się przekładnie. Pozwalają one dowolnie zmieniać prędkość i siłę obrotową przekazywaną z urządzenia podającego na odbierające. Obecnie przekładnie mają szerokie zastosowanie – znajdziemy je m.in. w samochodach. Występują w nich pod postacią przekładni planetarnej. Czyli dokładnie czego? Czym jest przekładnia planetarna?

Przekładnie planetarne – czym są?

Przekładnie dla samochodów są niemal tym samym, co ubezpieczenie OC, czyli są niezbędne. Obecnie w pojazdach stosuje się przede wszystkim przekładnie planetarne. Są efektem dążenia do zmniejszenia wymiarów urządzenia, a jednocześnie uproszczenia technologii i obniżania kosztów produkcji. Przekładnie planetarne to jedne z najpopularniejszych typów przekładni zębatych. Ich historia i zakres stosowania są ściśle powiązane z powstaniem koła. Uznaje się, że pierwsze przekładnie wykonywano z drewna i najprawdopodobniej były to przekładnie cierne, czyli takie, w których obydwa koła stykały się ze sobą. Rozwój techniki sprawił jednak, że pojawiły się przekładnie zbudowane z dwóch kół zębatych, ustawionych prostopadle do siebie. O takim mechanizmie pisał już w IV wieku p.n.e Arystoteles! Początkowo przekładnie stosowano na morzu – statkach – dziś wykorzystujemy je w samochodach. Cechą charakterystyczną współczesnych przekładni jest przemieszczenie się osi obrotu dla przynajmniej jednego koła zębatego. Takie działanie warunkuje budowa przekładni planetarnej.  

Przekładnia planetarna: budowa

Przekładnia obiegowa ma stosunkowo prostą budowę. Składa się z kilku kół głównych (centralnych), umieszczone na środku całe układy osi symetrii przekładni – koło centralne jest rdzeniem całej konstrukcji. Wokół koła głównego, jak satelity krążą te wewnętrzne oraz koło obiegowe, zainstalowane bezpośrednio na jarzmie. Pracują w parach lub większej ilości. Wyróżnikiem przekładni planetarnej jest to, że ma możliwość przenoszenia mocy na podstawie trzech wartości przełożenia. Skutkuje to tym, że przekładnia obwodowa może przenosić bardzo dużą moc, a jej ostoja jest zwarta. To właśnie to wpływa na to, że doskonale radzi sobie z przenoszeniem mocy nawet z silników o dużych i bardzo dużych mocach.

Podsumowując, elementy przekładni planetarnej to:

  • zespół wałka,
  • pierścień ruchomy,
  • oś satelity,
  • satelita.
  • zębnik centralny,
  • obudowa wieńca centralnego,
  • kołnierz wyjściowy,
  • zespół wałka,
  • wpust,
  • śruba imbusowa,
  • łożysko walcowe,
  • wahadłowe łożysko kulkowe,
  • pierścień uszczelniający wał,
  • pierścień zabezpieczający,
  • łożysko walcowe,
  • zębik centralny,
  • wał pośredni.

Przekładnia planetarna: schemat

Schemat działania przekładni planetarnej przypomina układ planetarny – stąd też jej nazwa. Wspólnym elementem tych dwóch układów jest „słońce”, czyli centralny element, wokół którego, podobnie jak planety, krążą pozostałe. W przypadku przekładni planetarnej „słońcem” jest koło słoneczne/centralne o uzębieniu zewnętrznym, zamontowane na stałe na wałku, oraz koło koronowe o uzębieniu wewnętrznym. Między tymi kołami umieszczone są mniejsze kółka zębate, potocznie nazywane satelitami. Ich liczba to od trzech do pięciu. Połączone są ze sobą wozidłem, jarzmem. Koła- satelity wykonują obrót wokół własnej osi, a następnie wszystkie razem obiegają oś całego mechanizmu. W efekcie wewnątrz przekładni następuje rozdział energii na poszczególne koła satelickie, a przez nie na jarzmo koła centralnego.

Przekładnia planetarna: jak działa?

Wałek koła słonecznego, wałek rurowy kół satelitów oraz koło koronowe to wałki centralne. Każdy z nich może zostać zatrzymany podczas pracy, a wtedy pozostałe elementy kręcą się wokół tego zablokowanego. Warto tu podkreślić, że występują różnice pomiędzy zastosowanymi kołami pod względem średnicy oraz liczby zębów, co przekłada się na różne prędkości elementów.

Przekładnia satelitarna działa dzięki temu, że niektóre z kół zębatych nie mają stałego zazębiania, czyli zamocowania, i zmieniają swoje położenie względem innych. Blokada poszczególnych kół zębatych przynosi różne konfiguracje, które kierowcom samochodów znane są jako przełożenia skrzyni biegów. Przekładnia satelitarna jest bowiem jednym z elementów automatycznej skrzyni biegów.

Przekładnia planetarna może działać w trzech wariantach:

  • jeśli zostanie uruchomione koło koronowe lub centralne, wtedy przekładnia pracuje jako obiegowa o jednym stopniu swobody;
  • jeśli obracają się wszystkie ruchome elementy: jarzmo koło centralne i koronowe, satelity; wtedy przekładnia planetarna działa jako obiegowa o dwóch stopniach swobody i nazwana jest przekładnią różnicową;
  • jeśli jarzmo jest unieruchomione – wtedy przekładnia planetarna staje się tą zwykłą – o zazębieniu wewnętrznym z trójdzielnym przepływem energii; wynika to z tego, że satelity nie krążą już wokół koła centralnego, a poruszają się wokół własnej osi.

Przekładnia planetarna: zastosowanie

Przekładnie obiegowe mają wiele zastosowań. Przez to, że ma możliwość przenoszenia dużych obciążeń, stosowana jest wszędzie tam, gdzie występują duże moce silników. Można je spotkać więc np. w turbinach, lokomotywach, pojazdach szynowych, okrętach, pojazdach budowlanych i tych specjalnego przeznaczenia. Warto pamiętać, że przekładnia satelitarna ma zastosowanie również na gruncie pojazdów powszechnie używanych. Przekładnia satelitarna jest wykorzystywana w automatycznych skrzyniach biegów. Przykładem są też te do silników krokowych serii SC42, SC57 oraz SC86.

Co ciekawe, spotkać można się z nią nie tylko w motoryzacji. Tego typu przekładnie stanowią element rowerów miejskich z trzema biegami, maszyn oraz sprzętów gospodarstwa domowe, takich jak blender czy roboty kuchenne.

Przekładnia satelitarna: zalety

Przekładnie planetarne mają dużą przewagę nad tymi tradycyjnymi. Szczególnie dobrze sprawdzają się w urządzeniach wymagających jednocześnie dużych momentów obrotowych i małych gabarytach napędu. Jako zaletę przekładni obrotowych poczytuje się też to, że napęd jest przenoszony wielopunktowo, co przekłada się na występowanie mniejszych obciążeń poszczególnych zębów, a więc mogą one mieć mniejsze wymiary. Taka konstrukcja przekładni planetarnej mobilizuje ryzyko jej uszkodzenia.

Wielopunktowe przeniesienie napędu, z którym spotykamy się w przekładniach planetarnych, daje też bardzo korzystny rozkład sił wewnętrznych, który wynika z ich symetrycznego rozkładu. Umożliwia to zarządzanie zasadą wewnętrznego podziału obciążenia. Przekłada się to na mały poślizg i możliwość przenoszenia znacznych obciążeń przy miękkich zębach koła koronowego i satelitów oraz koła centralnego.

Kolejną zaletą przekładni planetarnej jest niewielkie obciążenie korpusu. W klasycznej walcowej przekładni pojawiają się duże siły, które wpływają na korpus, co przekłada się na jego masywność. W przekładni planetarnej siły działające na korpus są rozkładane równomiernie, a więc ich wypadkowa jest zerowa. W praktyce oznacza to, że występujące naprężenia są znikome, a korpus przekładni jest lekki i zwarty. Zmniejsza to koszty eksploatacyjne, ponieważ do jej smarowania potrzeba o 50-70% mniej oleju niż wymaga tego przekładnia walcowa. Tutaj nie można jednak zapominać, że mniejsze gabaryty to także mniejsza pojemność cieplna przekładni, co stanowi pewne ograniczenie przy wyższych prędkościach obrotowych.

Mówiąc o zaletach przekładni planetarnej, nie można też nie wspomnieć o modułowej budowie. Pozwala ona na stosowanie przekładni o ogromnym przełożeniu i bardzo dużym momencie obrotowym na wyjściu. Modułowość daje także szeroki zakres opcji wejścia i wyjścia.