Σύνθεση Επικυκλικών Συστημάτων Γραναζιών για Αυτόματα Κιβώτια Ταχυτήτων Αυτοκινήτων

Σε αυτό το άρθρο, θα συζητήσουμε τη σύνθεση επικυκλικών συστημάτων μετάδοσης κίνησης για αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων αυτοκινήτων, τις εφαρμογές τους και το κόστος τους. Αφού ολοκληρώσετε την ανάγνωση, ίσως θελήσετε να κάνετε κάποια έρευνα για την τεχνολογία μόνοι σας. Ακολουθούν ορισμένοι σύνδεσμοι για περαιτέρω ανάγνωση σχετικά με αυτό το θέμα. Περιλαμβάνουν επίσης μια εφαρμογή σε κιβώτια ταχυτήτων υβριδικών οχημάτων. Ας δούμε τις βασικές έννοιες των επικυκλικών συστημάτων μετάδοσης κίνησης. Είναι εξαιρετικά αποδοτικά και αποτελούν μια πολλά υποσχόμενη εναλλακτική λύση στα συμβατικά συστήματα μετάδοσης κίνησης.

Σύνθεση επικυκλικών συστημάτων μετάδοσης κίνησης για αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων αυτοκινήτων

Ο κύριος σκοπός των αυτόματων κιβωτίων ταχυτήτων αυτοκινήτων είναι η διατήρηση της ισορροπίας κινητήρα-κινητήρα τροχού. Η κινηματική δομή των επικυκλικών συστημάτων μετάδοσης κίνησης (EGT) προέρχεται από γραφικές αναπαραστάσεις αυτών των συστημάτων μετάδοσης κίνησης. Η διαδικασία σύνθεσης βασίζεται σε έναν αλγόριθμο που παράγει αποδεκτά επικυκλικά συστήματα μετάδοσης κίνησης με έως και δέκα συνδέσμους. Αυτός ο αλγόριθμος επιτρέπει στους σχεδιαστές να σχεδιάζουν αυτόματα συστήματα μετάδοσης κίνησης που έχουν υψηλότερη απόδοση και καλύτερη ισορροπία κινητήρα-κινητήρα τροχού.
Σε αυτή την εργασία, παρουσιάζουμε μια τεχνική βελτιστοποίησης MATLAB για τον προσδιορισμό των σχέσεων μετάδοσης των επικυκλικών μηχανισμών μετάδοσης. Επίσης, απαριθμούμε τον αριθμό των δοντιών για όλα τα γρανάζια. Στη συνέχεια, εκτιμούμε τις συνολικές σχέσεις ταχύτητας των EGT που λαμβάνονται. Στη συνέχεια, αναλύουμε τη σκοπιμότητα των προτεινόμενων επικυκλικών συστημάτων μετάδοσης για αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων αυτοκινήτων συγκρίνοντας τα δομικά τους χαρακτηριστικά.
Ένα επικυκλικό σύστημα γραναζιών έξι συνδέσμων απεικονίζεται στο ακόλουθο λειτουργικό διάγραμμα. Κάθε σύνδεσμος αναπαρίσταται από ένα γράφημα διπλού διχρώματος. Οι αριθμοί στο γράφημα αντιπροσωπεύουν τους αντίστοιχους συνδέσμους. Κάθε σύνδεσμος έχει πολλαπλές αρθρώσεις. Αυτό επιτρέπει στον χρήστη να δημιουργήσει διαφορετικές διαμορφώσεις για κάθε EGT. Οι αριθμοί στα διαφορετικά γραφήματα έχουν διαφορετικές σημασίες και το ίδιο ισχύει και για το σχήμα διπλού διχρώματος.
Στο επόμενο κεφάλαιο αυτού του άρθρου, θα συζητήσουμε τη σύνθεση επικυκλικών συστημάτων μετάδοσης κίνησης για αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων αυτοκινήτων. Η SAE International είναι ένας διεθνής οργανισμός μηχανικών και τεχνικών εμπειρογνωμόνων με βασικές γνώσεις στην αεροδιαστημική και την αυτοκινητοβιομηχανία. Ο φιλανθρωπικός του βραχίονας, το Ίδρυμα SAE, υποστηρίζει πολλά προγράμματα και πρωτοβουλίες. Σε αυτά περιλαμβάνονται τα Collegiate Design Series και A World In Motion(r) και το βραβείο A World in Motion(r) του Ιδρύματος SAE.

Εφαρμογές

Το επικυκλικό σύστημα γραναζιών είναι ένας τύπος πλανητικού συστήματος γραναζιών. Μπορεί να επιτύχει μεγάλη μείωση ταχύτητας σε μικρό χώρο. Στα αυτοκίνητα, τα επικυκλικά συστήματα γραναζιών χρησιμοποιούνται συχνά για το αυτόματο κιβώτιο ταχυτήτων. Αυτά τα συστήματα γραναζιών είναι επίσης χρήσιμα σε ανυψωτικά και μπλοκ τροχαλιών. Έχουν πολλές εφαρμογές τόσο στη μηχανολογία όσο και στην ηλεκτρολογία. Μπορούν να χρησιμοποιηθούν για μετάδοση υψηλής ταχύτητας και απαιτούν λιγότερο χώρο από άλλους τύπους συστημάτων γραναζιών.
Τα πλεονεκτήματα ενός επικυκλικού συστήματος γραναζιών περιλαμβάνουν τη συμπαγή δομή του, το χαμηλό βάρος και την υψηλή πυκνότητα ισχύος. Ωστόσο, δεν είναι χωρίς μειονεκτήματα. Οι απώλειες γραναζιών στα επικυκλικά συστήματα γραναζιών είναι αποτέλεσμα της τριβής μεταξύ των επιφανειών των δοντιών των γραναζιών, της ανάδευσης του λιπαντικού λαδιού και της τριβής μεταξύ των ρουλεμάν στήριξης του άξονα και των γραναζιών. Αυτή η απώλεια ισχύος ονομάζεται λανθάνουσα ισχύς και προηγούμενη έρευνα έχει δείξει ότι αυτή η απώλεια είναι τεράστια.
Το επικυκλικό σύστημα γραναζιών χρησιμοποιείται συνήθως για κιβώτια ταχυτήτων υψηλής ταχύτητας, αλλά έχει επίσης μικρό μέγεθος και είναι κατάλληλο για μια ποικιλία εφαρμογών. Χρησιμοποιείται ως διαφορικό γρανάζια σε πλαίσια ταχύτητας, για την κίνηση μπομπίνων και για την θετική απελευθέρωση Roper σε αργαλειούς. Επιπλέον, είναι εύκολο στην κατασκευή, καθιστώντας το μια εξαιρετική επιλογή για μια ποικιλία βιομηχανικών ρυθμίσεων.
Ένα άλλο παράδειγμα επικυκλικού συστήματος γραναζιών είναι το πλανητικό σύστημα γραναζιών. Αποτελείται από δύο γρανάζια με έναν δακτύλιο στη μέση και τον ηλιακό οδοντωτό τροχό στον εξωτερικό δακτύλιο. Κάθε γρανάζι είναι τοποθετημένο έτσι ώστε το κέντρο του να περιστρέφεται γύρω από τον δακτύλιο του άλλου γραναζιού. Ο πλανήτης και ο ηλιακός οδοντωτός τροχός έχουν σχεδιαστεί έτσι ώστε οι κύκλοι βήματος τους να μην ολισθαίνουν και να είναι συγχρονισμένοι. Ο πλανήτης έχει ένα σημείο στον κύκλο βήματος που διαγράφει την επικυκλοειδή καμπύλη.
Αυτό το σύστημα γραναζιών προσφέρει επίσης χαμηλότερο MTTR από άλλους τύπους πλανητικών γραναζιών. Το κύριο μειονέκτημα αυτών των σετ γραναζιών είναι ο μεγάλος αριθμός ρουλεμάν που χρειάζονται για να λειτουργήσουν. Επιπλέον, τα πλανητικά γρανάζια απαιτούν μεγαλύτερη συντήρηση από τα γρανάζια παράλληλου άξονα. Αυτό καθιστά πιο δύσκολη την παρακολούθηση και την επισκευή τους. Το MTTR είναι επίσης χαμηλότερο σε σύγκριση με τα γρανάζια παράλληλου άξονα. Μπορεί επίσης να είναι λίγο εκτός άξονα, με αποτέλεσμα να μην ευθυγραμμίζονται σωστά ή να χάνουν την απόδοσή τους.
Ένα άλλο παράδειγμα επικυκλικού συστήματος γραναζιών είναι το διαφορικό κιβώτιο ταχυτήτων ενός αυτοκινήτου. Αυτά τα γρανάζια χρησιμοποιούνται σε ρολόγια χειρός, τόρνους και αυτοκίνητα για τη μετάδοση ισχύος. Επιπλέον, χρησιμοποιούνται σε πολλές άλλες εφαρμογές, συμπεριλαμβανομένων των αεροσκαφών. Είναι αθόρυβα και ανθεκτικά, γεγονός που τα καθιστά εξαιρετική επιλογή για πολλές εφαρμογές. Χρησιμοποιούνται σε κιβώτια ταχυτήτων, κλωστοϋφαντουργικά μηχανήματα, ακόμη και στην αεροδιαστημική. Ένα σημείο βήματος είναι η διαδρομή μεταξύ δύο δοντιών σε ένα σετ γραναζιών. Το αξονικό βήμα ενός γραναζιού μπορεί να αυξηθεί αυξάνοντας τον κύκλο βάσης του.
Ένα επικυκλικό γρανάζι είναι επίσης γνωστό ως ενέλικτο γρανάζι. Ο αριθμός των δοντιών σε κάθε γρανάζι καθορίζει τον ρυθμό περιστροφής του. Ένα ηλιακό γρανάζι 24 δοντιών παράγει ένα πλανητικό γρανάζι N δοντιών με λόγο 3/2. Ένα ηλιακό γρανάζι 24 δοντιών ισούται με λόγο πλανητικών γραναζιών -3/2. Συνεπώς, το επικυκλικό σύστημα γραναζιών παρέχει υψηλή ροπή στους κινητήριους τροχούς. Ωστόσο, αυτό το σύστημα γραναζιών δεν χρησιμοποιείται ευρέως σε οχήματα.

Κόστος

Το κόστος των επικυκλικών γραναζιών είναι χαμηλότερο όταν κατασκευάζονται με εργαλείο αντί να κατασκευάζονται σε μια κανονική μηχανή φρεζαρίσματος N/C. Οι επικυκλικοί φορείς θα πρέπει να κατασκευάζονται σε χυτό και να επεξεργάζονται με χρήση μιας μηχανής μίας χρήσης που διαθέτει πολλαπλούς κοπτήρες για την ταυτόχρονη κοπή του υλικού. Αυτή η προσέγγιση χρησιμοποιείται ευρέως για βιομηχανικές εφαρμογές και είναι ιδιαίτερα χρήσιμη στον αυτοκινητοβιομηχανικό τομέα. Τα οφέλη ενός καλοφτιαγμένου επικυκλικού κιβωτίου ταχυτήτων είναι πολλά.
Ένα παράδειγμα αυτού είναι η πλανητική διάταξη όπου οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο ενώ περιστρέφονται στον άξονά του. Η προκύπτουσα ταχύτητα κάθε γραναζιού εξαρτάται από τον αριθμό των δοντιών και την ταχύτητα του φορέα. Οι επικυκλικοί οδοντωτοί τροχοί μπορεί να είναι δύσκολο να υπολογιστούν οι σχετικές ταχύτητες, καθώς πρέπει να υπολογίσουν τη σχετική ταχύτητα του ήλιου και του πλανήτη. Ο σταθερός ήλιος δεν έχει μηδενικές στροφές ανά λεπτό στο mesh, επομένως πρέπει να υπολογιστεί η σχετική ταχύτητα.
Για να προσδιοριστεί η μετάδοση ισχύος στο πλέγμα, τα επικυκλικά γρανάζια πρέπει να σχεδιάζονται έτσι ώστε να μπορούν να «αιωρούνται». Εάν το εφαπτομενικό φορτίο είναι πολύ χαμηλό, θα υπάρχει μικρότερη κατανομή φορτίου. Ένα επικυκλικό γρανάζι πρέπει να μπορεί να επιτρέπει «αιώρηση». Θα πρέπει επίσης να επιτρέπει κάποιο εφαπτομενικό φορτίο και ταχύτητες γραμμής βήματος. Όσο υψηλότεροι είναι αυτοί οι παράγοντες, τόσο πιο αποτελεσματικό θα είναι το σετ γραναζιών.
Ένα επικυκλικό σύστημα γραναζιών αποτελείται από δύο ή περισσότερα οδοντωτά γρανάζια τοποθετημένα περιφερειακά. Αυτά τα γρανάζια είναι διατεταγμένα έτσι ώστε το πλανητικό γρανάζι να κυλά μέσα στον κύκλο βήματος του σταθερού εξωτερικού δακτυλίου γραναζιού. Αυτή η καμπύλη ονομάζεται υποκυκλοειδές. Ένα επικυκλικό σύστημα γραναζιών με έναν πλανήτη που εμπλέκεται με ένα ηλιακό γρανάζι ονομάζεται πλανητικό σύστημα γραναζιών. Το ηλιακό γρανάζι είναι σταθερό, ενώ το πλανητικό γρανάζι κινείται.
Ένα επικυκλικό σύστημα γραναζιών περιέχει πολλά πλέγματα. Κάθε γρανάζι έχει διαφορετικό αριθμό πλεγμάτων, που μεταφράζεται σε σ.α.λ. (RPM). Το επικυκλικό σύστημα γραναζιών μπορεί να αυξήσει τη συχνότητα εφαρμογής φορτίου μεταφράζοντας τη ροπή εισόδου στα πλέγματα. Το επικυκλικό σύστημα γραναζιών αποτελείται από 3 γρανάζια, τον ήλιο, τον πλανήτη και τον δακτύλιο. Το ηλιακό σύστημα γραναζιών είναι το κεντρικό γρανάζι, ενώ οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο. Το δακτυλιοειδές σύστημα γραναζιών έχει πολλά δόντια, γεγονός που αυξάνει την ταχύτητα του γραναζιού.
Ένας άλλος τύπος επικυκλικού γραναζιού είναι το πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων. Αυτό το κιβώτιο ταχυτήτων έχει πολλαπλούς οδοντωτούς τροχούς που περιστρέφονται γύρω από έναν κεντρικό άξονα. Ο σχεδιασμός χαμηλού προφίλ του το καθιστά δημοφιλή επιλογή για εφαρμογές περιορισμένου χώρου. Αυτός ο τύπος κιβωτίου ταχυτήτων χρησιμοποιείται σε αυτόματα κιβώτια ταχυτήτων. Επιπλέον, χρησιμοποιείται για πολλές βιομηχανικές χρήσεις που περιλαμβάνουν ηλεκτρικούς κινητήρες με γρανάζια. Ο τύπος του κιβωτίου ταχυτήτων που χρησιμοποιείτε θα εξαρτηθεί από την ταχύτητα και τη ροπή των αξόνων εισόδου και εξόδου.

επιμελητής από τον CX 2023-11-14