Как маленькая шестерня внутри колеса самосвала дает на колесе момент больше 150 кН·м? Меняй числа зубьев, считай ресурс подшипников и читай анализ масла бортового.
Если бы весь момент колеса самосвала, около 165 кН·м, шел по полуоси от дифференциала, она была бы толщиной с бревно, и такими же огромными были бы шестерни главной передачи. Поэтому последнюю ступень понижения переносят в само колесо. Чаще всего это планетарный ряд. Полуось крутит маленькую центральную шестерню, солнце. Вокруг нее бегают три или четыре сателлита, они же цепляются за большое неподвижное колесо с внутренними зубьями, эпицикл. Оси сателлитов держит водило, а водило прикручено к ступице колеса. Солнце делает почти пять оборотов, пока колесо делает один, и момент вырастает почти в пять раз. Такие же редукторы стоят у бульдозера в звездочке гусеницы и у экскаватора в механизме хода.
Общие законы планетарных рядов разобраны в теме механики «Планетарные передачи», зацепление пары шестерен в теме «Зубчатая передача». Здесь то, что нужно для бортового: во сколько раз растет момент, как долго живут подшипники и что говорит масло. Числа под формулами берутся из опыта.
Во сколько раз редуктор понижает обороты?
Если эпицикл стоит, а водило выходное, число получается на единицу больше простого отношения зубьев. Единица появляется потому, что сателлиты не только крутятся, но и обегают солнце вместе с водилом.
Какой момент получает колесо?
Момент полуоси умножаем на передаточное число и на КПД ряда. У планетарного ряда КПД высокий, около 0,97, потому что мощность делится на несколько сателлитов.
Сколько часов проживет подшипник?
C показывает, какую нагрузку подшипник выдержит ровно миллион оборотов. Отношение C / P возводим в степень 10/3 (для роликовых подшипников), получаем ресурс в миллионах оборотов и переводим в часы.
Представь, что водило держим, а эпицикл отпустили. Тогда солнце через сателлиты крутит эпицикл в обратную сторону, как простая пара: эпицикл делает zс / zэп оборота на один оборот солнца. Теперь развернем всю систему так, чтобы эпицикл встал: добавим каждому звену по одному обороту назад. Водило сделает один оборот, а солнце 1 + zэп / zс. Это и есть передаточное число.
Сателлиты в бортовом не меняют u, их число выбирают ради прочности: три или четыре сателлита делят нагрузку, и каждый зуб получает в три-четыре раза меньше. Но собрать ряд можно, только если zс + zэп делится на число сателлитов, иначе зубья не совпадут.
Каждый сателлит давит на свой подшипник с силой 2 · Ft: одна Ft от солнца, другая от эпицикла, и обе в одну сторону. Именно подшипники сателлитов первыми выходят из строя в бортовых, и первым признаком их износа становится железо в масле.
Механический самосвал несет бортовые в задних колесах, дизель-электрический в мотор-колесах: там после электродвигателя стоят два планетарных ряда, u около 30 и больше.
Бортовой редуктор крутит звездочку гусеницы. Он работает в пыли и грязи у самой земли, поэтому главная беда у него не износ зубьев, а уплотнения и грязь в масле.
Между ступицей и цапфой стоит пара стальных колец, прижатых резиной. Их следы масла на ступице видно при обходе: подтек значит, что скоро в масло пойдут грязь и вода.
Пробу берут из бортового при каждом ТО. Смотрят на железо, хром (подшипники), кремний (пыль через уплотнения), воду и индекс крупных частиц PQ. Рост тренда важнее одного числа.
На сливной пробке стоит магнит. Тонкая паста на нем нормальна, а чешуйки и иголки длиной в несколько миллиметров означают выкрашивание подшипника или зуба. Колесо снимают раньше, чем оно заклинит.
Масло в бортовых меняют по моточасам, обычно 1000–2000 мч, по рекомендации завода и по результатам анализов. Свежее масло после промывки сразу снижает фон железа и показывает, был ли износ.
Ряд однорядный, модуль зубьев 10 мм, момент на полуоси на первой передаче 36 кН·м, КПД 0,97. Ресурс считается по подшипнику сателлита с грузоподъемностью 500 кН при средней скорости 20 км/ч и радиусе колеса 1,37 м. Средняя нагрузка задана одной долей, в жизни ее собирают из всего цикла по формуле эквивалентной нагрузки. Влияние вязкости и чистоты масла на ресурс (поправки aISO) не учтено, хотя вода и абразив сокращают ресурс в разы. Пределы по железу в масле и тренды учебные: настоящие задает производитель и лаборатория.