การสังเคราะห์ชุดเฟืองเอพิไซคลิกสำหรับระบบเกียร์อัตโนมัติในรถยนต์

ในบทความนี้ เราจะกล่าวถึงการสังเคราะห์ชุดเฟืองเอพิไซคลิกสำหรับระบบเกียร์อัตโนมัติในรถยนต์ การใช้งาน และต้นทุน หลังจากอ่านจบแล้ว คุณอาจต้องการค้นคว้าเพิ่มเติมเกี่ยวกับเทคโนโลยีนี้ด้วยตนเอง ต่อไปนี้เป็นลิงก์สำหรับอ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับหัวข้อนี้ ซึ่งรวมถึงการใช้งานในระบบเกียร์ของรถยนต์ไฮบริดด้วย มาดูแนวคิดพื้นฐานของชุดเฟืองเอพิไซคลิกกัน พวกมันมีประสิทธิภาพสูงและเป็นทางเลือกที่น่าสนใจสำหรับระบบเฟืองแบบดั้งเดิม

การสังเคราะห์ชุดเฟืองเอพิไซคลิกสำหรับระบบเกียร์อัตโนมัติในรถยนต์

จุดประสงค์หลักของระบบส่งกำลังอัตโนมัติในรถยนต์คือการรักษาสมดุลระหว่างเครื่องยนต์กับล้อขับเคลื่อน โครงสร้างทางจลศาสตร์ของชุดเฟืองเอพิไซคลิก (EGT) ได้มาจากการแสดงภาพกราฟของชุดเฟืองเหล่านี้ กระบวนการสังเคราะห์นั้นอยู่บนพื้นฐานของอัลกอริทึมที่สร้างชุดเฟืองเอพิไซคลิกที่ยอมรับได้ซึ่งมีมากถึงสิบข้อต่อ อัลกอริทึมนี้ช่วยให้นักออกแบบสามารถออกแบบชุดเกียร์รถยนต์ที่มีประสิทธิภาพสูงขึ้นและรักษาสมดุลระหว่างเครื่องยนต์กับล้อขับเคลื่อนได้ดียิ่งขึ้น
ในบทความนี้ เราได้นำเสนอเทคนิคการหาค่าเหมาะสมที่สุดโดยใช้ MATLAB เพื่อกำหนดอัตราทดเกียร์ของกลไกส่งกำลังแบบเฟืองเอพิไซคลิก นอกจากนี้ เรายังได้ระบุจำนวนฟันของเกียร์ทั้งหมด จากนั้น เราได้ประมาณอัตราส่วนความเร็วโดยรวมของชุดเฟืองเอพิไซคลิกที่ได้มา และวิเคราะห์ความเป็นไปได้ของชุดเฟืองเอพิไซคลิกที่เสนอสำหรับการใช้งานในระบบส่งกำลังอัตโนมัติของรถยนต์ โดยการเปรียบเทียบคุณลักษณะทางโครงสร้างของชุดเฟืองเหล่านั้น
แผนภาพการทำงานต่อไปนี้แสดงชุดเฟืองเอพิไซคลิกหกข้อต่อ แต่ละข้อต่อแสดงด้วยกราฟสองสีคู่ ตัวเลขบนกราฟแสดงถึงข้อต่อที่สอดคล้องกัน แต่ละข้อต่อมีจุดเชื่อมต่อหลายจุด ทำให้ผู้ใช้สามารถสร้างการกำหนดค่าต่างๆ สำหรับ EGT แต่ละตัวได้ ตัวเลขบนกราฟต่างๆ มีความหมายต่างกัน และหลักการเดียวกันนี้ใช้กับรูปกราฟสองสีคู่ด้วย
ในบทต่อไปของบทความนี้ เราจะกล่าวถึงการสังเคราะห์ชุดเฟืองเอพิไซคลิกสำหรับระบบส่งกำลังอัตโนมัติของรถยนต์ SAE International เป็นองค์กรระหว่างประเทศของวิศวกรและผู้เชี่ยวชาญด้านเทคนิคที่มีความเชี่ยวชาญหลักในด้านการบินและอวกาศและยานยนต์ หน่วยงานการกุศลขององค์กรคือ มูลนิธิ SAE สนับสนุนโครงการและกิจกรรมต่างๆ มากมาย ซึ่งรวมถึงโครงการ Collegiate Design Series และ A World In Motion(r) และรางวัล A World in Motion(r) ของมูลนิธิ SAE

แอปพลิเคชัน

ระบบเฟืองเอพิไซคลิกเป็นเฟืองชนิดหนึ่งในกลุ่มเฟืองดาวเคราะห์ สามารถลดความเร็วได้มากในพื้นที่จำกัด ในรถยนต์ มักใช้เฟืองเอพิไซคลิกสำหรับระบบเกียร์อัตโนมัติ นอกจากนี้ยังใช้ในรอกและชุดรอกอีกด้วย มีการใช้งานมากมายทั้งในด้านวิศวกรรมเครื่องกลและวิศวกรรมไฟฟ้า สามารถใช้ในการส่งกำลังความเร็วสูงและต้องการพื้นที่น้อยกว่าเฟืองชนิดอื่นๆ
ข้อดีของระบบเฟืองเอพิไซคลิก ได้แก่ โครงสร้างที่กะทัดรัด น้ำหนักเบา และความหนาแน่นของกำลังสูง อย่างไรก็ตาม ก็มีข้อเสียอยู่บ้าง การสูญเสียกำลังในระบบเฟืองเอพิไซคลิกเกิดจากแรงเสียดทานระหว่างผิวฟันเฟือง การกวนของน้ำมันหล่อลื่น และแรงเสียดทานระหว่างแบริ่งรองรับเพลาและเฟืองโซ่ การสูญเสียกำลังนี้เรียกว่ากำลังแฝง และงานวิจัยก่อนหน้านี้ได้แสดงให้เห็นว่าการสูญเสียนี้มีมหาศาล
ชุดเฟืองเอพิไซคลิกมักใช้สำหรับการส่งกำลังความเร็วสูง แต่ก็มีขนาดกะทัดรัดและเหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลาย เช่น ใช้เป็นเฟืองทดกำลังในเฟรมปรับความเร็ว ขับเคลื่อนกระสวย และสำหรับระบบปล่อยด้ายแบบบวกของโรเปอร์ในเครื่องทอผ้า นอกจากนี้ยังผลิตได้ง่าย ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรมต่างๆ
อีกตัวอย่างหนึ่งของระบบเฟืองเอพิไซคลิกคือ ระบบเฟืองแพลเนตารี ประกอบด้วยเฟืองสองตัวที่มีวงแหวนอยู่ตรงกลาง และเฟืองดวงอาทิตย์อยู่ในวงแหวนด้านนอก แต่ละเฟืองถูกติดตั้งโดยให้จุดศูนย์กลางหมุนรอบวงแหวนของเฟืองอีกตัว เฟืองแพลเนตารีและเฟืองดวงอาทิตย์ได้รับการออกแบบเพื่อให้วงกลมพิตช์ของพวกมันไม่ลื่นไถลและทำงานประสานกัน เฟืองแพลเนตารีมีจุดบนวงกลมพิตช์ที่ลากตามเส้นโค้งเอพิไซคลอยด์
ระบบเฟืองนี้ยังมีค่า MTTR ต่ำกว่าเฟืองดาวเคราะห์ประเภทอื่นๆ ข้อเสียหลักของชุดเฟืองเหล่านี้คือจำนวนตลับลูกปืนที่ต้องใช้มีจำนวนมาก นอกจากนี้ เฟืองดาวเคราะห์ยังต้องการการบำรุงรักษามากกว่าเฟืองเพลาขนาน ทำให้ตรวจสอบและซ่อมแซมได้ยากกว่า ค่า MTTR ก็ต่ำกว่าเมื่อเทียบกับเฟืองเพลาขนานเช่นกัน และแกนของเฟืองอาจเบี่ยงเบนเล็กน้อย ทำให้เกิดการผิดแนวหรือสูญเสียประสิทธิภาพได้
อีกตัวอย่างหนึ่งของชุดเฟืองเอพิไซคลิกคือชุดเกียร์เฟืองท้ายของรถยนต์ เฟืองเหล่านี้ใช้ในนาฬิกาข้อมือ เครื่องกลึง และยานยนต์เพื่อส่งกำลัง นอกจากนี้ยังใช้ในงานอื่นๆ อีกมากมาย รวมถึงในเครื่องบิน เฟืองเหล่านี้เงียบและทนทาน ทำให้เป็นตัวเลือกที่ยอดเยี่ยมสำหรับงานหลายประเภท ใช้ในระบบส่งกำลัง เครื่องจักรสิ่งทอ และแม้แต่ในอุตสาหกรรมการบินและอวกาศ จุดพิทช์คือเส้นทางระหว่างฟันสองซี่ในชุดเฟือง สามารถเพิ่มระยะพิทช์ตามแนวแกนของเฟืองตัวหนึ่งได้โดยการเพิ่มวงกลมฐานของเฟืองนั้น
เฟืองเอพิไซคลิกเรียกอีกอย่างว่าเฟืองอินโวลูต จำนวนฟันในแต่ละเฟืองจะเป็นตัวกำหนดอัตราการหมุน เฟืองดวงอาทิตย์ 24 ฟัน จะสร้างเฟืองดาวเคราะห์ N ฟัน โดยมีอัตราส่วน 3/2 เฟืองดวงอาทิตย์ 24 ฟัน เท่ากับอัตราส่วนเฟืองดาวเคราะห์ -3/2 ดังนั้น ระบบเฟืองเอพิไซคลิกจึงให้แรงบิดสูงสำหรับการขับเคลื่อนล้อ อย่างไรก็ตาม ระบบเฟืองนี้ยังไม่เป็นที่นิยมใช้ในยานยนต์อย่างแพร่หลาย

ค่าใช้จ่าย

ต้นทุนของชุดเกียร์เอพิไซคลิกจะต่ำกว่าเมื่อผลิตโดยการหล่อขึ้นรูปมากกว่าการผลิตด้วยเครื่องกัด CNC ทั่วไป ตัวยึดเกียร์เอพิไซคลิกควรผลิตจากวัสดุหล่อและขึ้นรูปด้วยเครื่องจักรเฉพาะทางที่มีใบมีดหลายใบเพื่อตัดวัสดุพร้อมกัน วิธีนี้ใช้กันอย่างแพร่หลายในงานอุตสาหกรรมและมีประโยชน์อย่างยิ่งในภาคยานยนต์ ข้อดีของระบบส่งกำลังเกียร์เอพิไซคลิกที่มีคุณภาพดีนั้นมีมากมาย
ตัวอย่างหนึ่งของระบบนี้คือระบบเฟืองดาวเคราะห์ ซึ่งดาวเคราะห์โคจรรอบดวงอาทิตย์ขณะที่หมุนรอบแกนของมัน ความเร็วของเฟืองแต่ละตัวขึ้นอยู่กับจำนวนฟันและความเร็วของตัวพา เฟืองเอพิไซคลิกอาจคำนวณความเร็วสัมพัทธ์ได้ยาก เนื่องจากต้องคำนวณความเร็วสัมพัทธ์ของดวงอาทิตย์และดาวเคราะห์ ดวงอาทิตย์ที่อยู่กับที่ไม่ได้หมุนด้วยความเร็วศูนย์รอบต่อนาทีเมื่อเฟืองเข้าประชิดกัน ดังนั้นจึงต้องคำนวณความเร็วสัมพัทธ์
ในการกำหนดกำลังส่งผ่านของเฟืองเอพิไซคลิก ต้องออกแบบให้สามารถ "ลอยตัว" ได้ หากแรงสัมผัสต่ำเกินไป การกระจายแรงก็จะลดลง เฟืองเอพิไซคลิกต้องสามารถ "ลอยตัว" ได้ นอกจากนี้ยังควรอนุญาตให้มีแรงสัมผัสและความเร็วตามแนวเส้นพิตช์ได้บ้าง ยิ่งปัจจัยเหล่านี้สูงเท่าไร ชุดเฟืองก็จะยิ่งมีประสิทธิภาพมากขึ้นเท่านั้น
ชุดเฟืองเอพิไซคลิกประกอบด้วยเฟืองตรงสองตัวขึ้นไปที่วางเรียงเป็นวงกลม เฟืองเหล่านี้ถูกจัดเรียงเพื่อให้เฟืองดาวเคราะห์หมุนอยู่ภายในวงกลมพิตช์ของวงแหวนเฟืองนอกที่อยู่กับที่ เส้นโค้งนี้เรียกว่าไฮโปไซคลอยด์ ชุดเฟืองเอพิไซคลิกที่มีเฟืองดาวเคราะห์ขบกับเฟืองดวงอาทิตย์เรียกว่าชุดเฟืองดาวเคราะห์ เฟืองดวงอาทิตย์อยู่กับที่ ในขณะที่เฟืองดาวเคราะห์เป็นตัวขับเคลื่อน
ชุดเฟืองเอพิไซคลิกประกอบด้วยฟันเฟืองหลายคู่ แต่ละเฟืองมีจำนวนฟันไม่เท่ากัน ซึ่งส่งผลต่อความเร็วรอบ เฟืองเอพิไซคลิกสามารถเพิ่มความถี่ในการรับภาระได้โดยการแปลงแรงบิดขาเข้าเป็นฟันเฟือง ชุดเฟืองเอพิไซคลิกประกอบด้วยเฟือง 3 ตัว ได้แก่ เฟืองดวงอาทิตย์ เฟืองดาวเคราะห์ และเฟืองวงแหวน เฟืองดวงอาทิตย์เป็นเฟืองตรงกลาง ในขณะที่เฟืองดาวเคราะห์โคจรรอบเฟืองดวงอาทิตย์ เฟืองวงแหวนมีฟันหลายซี่ ซึ่งช่วยเพิ่มความเร็วของเฟือง
เกียร์เอพิไซคลิกอีกประเภทหนึ่งคือเกียร์แพลเนตารี เกียร์ชนิดนี้มีล้อเฟืองหลายล้อหมุนรอบแกนกลาง การออกแบบที่กะทัดรัดทำให้เป็นที่นิยมสำหรับการใช้งานในพื้นที่จำกัด เกียร์ชนิดนี้ใช้ในระบบเกียร์อัตโนมัติ นอกจากนี้ยังใช้ในงานอุตสาหกรรมหลายประเภทที่เกี่ยวข้องกับมอเตอร์เกียร์ไฟฟ้า ประเภทของเกียร์ที่คุณใช้จะขึ้นอยู่กับความเร็วและแรงบิดของเพลาอินพุตและเอาต์พุต

แก้ไขโดย czh 2023-01-07