Синтез эпициклических зубчатых передач для автоматических трансмиссий автомобилей

В этой статье мы обсудим синтез эпициклических зубчатых передач для автомобильных автоматических трансмиссий, их применение и стоимость. После прочтения вы, возможно, захотите самостоятельно изучить эту технологию. Вот несколько ссылок на дополнительную литературу по этой теме. В них также рассматривается применение в трансмиссиях гибридных автомобилей. Давайте рассмотрим основные концепции эпициклических зубчатых передач. Они обладают высокой эффективностью и являются многообещающей альтернативой традиционным зубчатым системам.

Синтез эпициклических зубчатых передач для автомобильных автоматических трансмиссий

Основная задача автомобильных автоматических трансмиссий — поддержание баланса между двигателем и ведущим колесом. Кинематическая структура планетарных зубчатых передач (ПГЗ) выводится из графических представлений этих передач. Процесс синтеза основан на алгоритме, который генерирует допустимые планетарные зубчатые передачи с числом звеньев до десяти. Этот алгоритм позволяет конструкторам проектировать автомобильные зубчатые передачи с более высокими характеристиками и лучшим балансом между двигателем и ведущим колесом.
В данной работе мы представляем метод оптимизации в MATLAB для определения передаточных чисел планетарных трансмиссионных механизмов. Мы также определяем количество зубьев для всех шестерен. Затем мы оцениваем общие передаточные числа полученных планетарных зубчатых передач. Далее мы анализируем целесообразность предложенных планетарных зубчатых передач для автомобильных автоматических трансмиссий, сравнивая их структурные характеристики.
На следующей функциональной схеме изображена шестизвенная эпициклическая зубчатая передача. Каждое звено представлено двухцветным графическим изображением. Числа на графическом изображении обозначают соответствующие звенья. Каждое звено имеет несколько шарниров. Это позволяет пользователю создавать различные конфигурации для каждой эпициклической зубчатой ​​передачи. Числа на разных графических изображениях имеют различное значение, и то же самое относится к двухцветному графическому изображению.
В следующей главе этой статьи мы обсудим синтез эпициклических зубчатых передач для автомобильных автоматических трансмиссий. SAE International — это международная организация инженеров и технических экспертов, обладающих ключевыми компетенциями в аэрокосмической и автомобильной отраслях. Ее благотворительное подразделение, Фонд SAE, поддерживает множество программ и инициатив. К ним относятся Collegiate Design Series и A World In Motion®, а также премия A World in Motion® от Фонда SAE.

Приложения

Эпициклическая зубчатая передача — это разновидность планетарной зубчатой ​​передачи. Она позволяет добиться значительного снижения скорости в небольшом пространстве. В автомобилях эпициклические зубчатые передачи часто используются в автоматических трансмиссиях. Эти зубчатые передачи также полезны в подъемниках и шкивах. Они имеют множество применений как в машиностроении, так и в электротехнике. Их можно использовать для высокоскоростной передачи, и они занимают меньше места, чем другие типы зубчатых передач.
К преимуществам планетарных зубчатых передач относятся их компактная конструкция, малый вес и высокая удельная мощность. Однако они не лишены недостатков. Потери мощности в планетарных зубчатых передачах являются результатом трения между поверхностями зубьев шестерен, перемешивания смазочного масла и трения между подшипниками опоры вала и звездочками. Эти потери мощности называются скрытой мощностью, и предыдущие исследования показали, что эти потери огромны.
Эпициклическая зубчатая передача широко используется в высокоскоростных трансмиссиях, но она также имеет компактные размеры и подходит для различных применений. Она используется в качестве дифференциальных передач в скоростных рамах, для привода бобин и для механизма положительного натяжения нити Roper в ткацких станках. Кроме того, она проста в изготовлении, что делает ее отличным выбором для различных промышленных условий.
Другим примером эпициклической зубчатой ​​передачи является планетарная зубчатая передача. Она состоит из двух шестерен с кольцом посередине и солнечной шестерней во внешнем кольце. Каждая шестерня установлена ​​таким образом, что ее центр вращается вокруг кольца другой шестерни. Планетарная и солнечная шестерни спроектированы так, чтобы их делительные окружности не проскальзывали и были синхронизированы. Планетарная шестерня имеет точку на делительной окружности, которая описывает эпициклоидную кривую.
Эта зубчатая система также обеспечивает меньшее среднее время восстановления (MTTR) по сравнению с другими типами планетарных передач. Главный недостаток этих зубчатых передач — большое количество подшипников, которые необходимо обслуживать. Кроме того, планетарные передачи требуют большего технического обслуживания, чем передачи с параллельными валами. Это затрудняет их мониторинг и ремонт. Среднее время восстановления (MTTR) также ниже по сравнению с передачами с параллельными валами. Кроме того, они могут немного смещаться относительно своих осей, что приводит к их несовпадению или снижению эффективности.
Еще одним примером планетарной зубчатой ​​передачи является дифференциальный редуктор автомобиля. Эти шестерни используются в наручных часах, токарных станках и автомобилях для передачи мощности. Кроме того, они применяются во многих других областях, в том числе в авиации. Они бесшумны и долговечны, что делает их отличным выбором для многих применений. Они используются в трансмиссиях, текстильных машинах и даже в аэрокосмической отрасли. Точка зацепления — это путь между двумя зубьями в зубчатой ​​передаче. Осевой шаг одной шестерни можно увеличить, увеличив ее базовую окружность.
Эпициклическая зубчатая передача также известна как эвольвентная зубчатая передача. Количество зубьев в каждой шестерне определяет ее скорость вращения. Солнечная шестерня с 24 зубьями образует планетарную шестерню с N зубьями и передаточным отношением 3/2. Солнечная шестерня с 24 зубьями соответствует планетарной шестерне с передаточным отношением -3/2. Следовательно, эпициклическая зубчатая система обеспечивает высокий крутящий момент для ведущих колес. Однако эта зубчатая передача не получила широкого распространения в транспортных средствах.

Расходы

Стоимость планетарных зубчатых передач ниже, если их изготавливают с помощью специального инструмента, а не на обычном фрезерном станке с ЧПУ. Корпуса планетарных передач следует изготавливать методом литья, а обработку материала производить на специализированном станке с несколькими резцами для одновременной обработки. Такой подход широко используется в промышленности и особенно полезен в автомобильной отрасли. Преимущества качественно изготовленной планетарной зубчатой ​​передачи многочисленны.
Примером может служить планетарная система, в которой планеты вращаются вокруг Солнца, одновременно вращаясь вокруг его оси. Результирующая скорость каждой шестерни зависит от количества зубьев и скорости водила. Для планетарных передач расчет относительных скоростей может быть сложным, поскольку необходимо учитывать относительную скорость Солнца и планеты. Неподвижное Солнце в момент зацепления не вращается с нулевой частотой, поэтому относительную скорость необходимо рассчитать.
Для определения эффективности передачи мощности в зацеплении, планетарные зубчатые передачи должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечивать «плавающий» режим работы. Если тангенциальная нагрузка слишком мала, распределение нагрузки будет менее эффективным. Планетарная зубчатая передача должна обеспечивать «плавающий» режим работы. Она также должна учитывать некоторую тангенциальную нагрузку и скорости по делительной окружности. Чем выше эти факторы, тем эффективнее будет зубчатая передача.
Эпициклическая зубчатая передача состоит из двух или более прямозубых шестерен, расположенных по окружности. Эти шестерни расположены таким образом, что планетарная шестерня катится внутри делительной окружности неподвижного наружного зубчатого кольца. Эта кривая называется гипоциклоидой. Эпициклическая зубчатая передача, в которой планетарная шестерня входит в зацепление с солнечной шестерней, называется планетарной зубчатой ​​передачей. Солнечная шестерня неподвижна, а планетарная шестерня приводится в движение.
Эпициклическая зубчатая передача содержит несколько зацеплений. Каждая шестерня имеет различное количество зацеплений, что выражается в частоте вращения. Эпициклическая передача может увеличивать частоту приложения нагрузки за счет преобразования входного крутящего момента в зацепления. Эпициклическая зубчатая передача состоит из 3 шестерен: солнечной, планетарной и кольцевой. Солнечная шестерня является центральной, а планетарные шестерни вращаются вокруг Солнца. Кольцевая шестерня имеет несколько зубьев, что увеличивает скорость вращения.
Другой тип планетарного редуктора — это планетарный редуктор. В этом редукторе несколько зубчатых колес вращаются вокруг центрального вала. Его низкопрофильная конструкция делает его популярным выбором для применений с ограниченным пространством. Этот тип редуктора используется в автоматических трансмиссиях. Кроме того, он применяется во многих промышленных целях, связанных с электродвигателями с редуктором. Тип используемого редуктора будет зависеть от скорости и крутящего момента входного и выходного валов.

Редактор: CX, 14.11.2023