يمكن أن تصل كثافة العزم في علب التروس الكوكبية إلى حوالي 46٪ فوق ما تقدمه التصاميم المحورية المتوازية، ويرجع ذلك أساسًا إلى توزيع الحمل على عدة تروس كوكبية. مما يجعلها فعالة جدًا في المركبات الكهربائية، ويتيح للسيارات تسارعًا أفضل مع تقليل وزن ناقل الحركة بنسبة تتراوح بين 14٪ و22٪. كما أظهرت دراسة بحثية من عام 2023 تناولت سبل تعظيم كثافة القدرة أمرًا مثيرًا للاهتمام أيضًا. فالتراكيب الكوكبية المدمجة توفر حوالي 8 إلى 12 سنتيمترًا مكعبًا من المساحة لكل كيلوواط يتم إنتاجه بواسطة المحرك. قد لا يبدو هذا كثيرًا، لكنه في الواقع مهم جدًا عند تصميم المركبات الكهربائية المليئة بالبطاريات.
يمكن لعجلات الكواكب ذات التصميم الموزع للحمل أن تتحمل عزم دوران أكبر بنسبة حوالي 33٪ مقارنةً بتركيبات التروس الحلزونية التقليدية، مع استهلاك نفس المساحة بالضبط. وعندما يبتكر المصنعون أشكالًا خاصة لأسنان التروس ويحددون مواقع المحامل بدقة، فإنهم يصلون إلى مستويات عزم دوران تتراوح بين 1,650 و2,200 نيوتن متر داخل هذه العلب المدمجة سعة 9.5 لتر. وهذا يعادل نحو 21.3 نيوتن متر لكل سنتيمتر مكعب عند إجراء الحسابات. فعلى سبيل المثال، شركة BorgWarner، إحدى الشركات الرائدة في هذا المجال، أثبتت من خلال اختبارات عملية أن أنظمتها الذكية للتبريد تحافظ على ثبات الإخراج الكهربائي حتى عندما تعمل المحركات بجهد أثناء صعود التلال الشديدة أو حمل الأحمال الثقيلة لمسافات طويلة. إن هذا النوع من الإدارة الحرارية هو ما يحدث الفارق الحقيقي في الحفاظ على الأداء تحت ظروف تشغيل قاسية.
يجمع محرك التروس الكوكبي التيار المستمر بين محركات لا كهربائية تدور بسرعة عالية ومحولات متعددة المراحل معبأة جميعها في مساحات صغيرة تصل إلى 120 × 180 مليمترًا. يجعل هذا التصميم المدمج تركيبها سهلًا جدًا على أنظمة لوح التزلج الوحدوية. في أواخر العام الماضي، بدأ حوالي أربعة من كل خمسة مركبات كهربائية جديدة باستخدام هذه المحركات الكوكبية المتصلة مباشرة لعجلاتها الخلفية. بالنسبة للنماذج ذات ثلاث مراحل، يمكنها التعامل مع تخفيضات التروس التي تتراوح تقريبًا بين 18 إلى 1 و34 إلى 1. ما يثير الإعجاب هو الأداء الجيد حتى في ظل ظروف درجات حرارة مختلفة، مع الحفاظ على معدلات الكفاءة الميكانيكية بين 92٪ وأكثر بقليل من 94٪. هذا النوع من الأداء مهم جدًا عند تصميم أنظمة النقل الفعالة.
تصل الكفاءة الميكانيكية لأنظمة التروس الكوكبية عادةً إلى حوالي 95 إلى 98 بالمئة لكل مرحلة، لأن الحمل يتوزع على عدة تروس مشتركة في آنٍ واحد. وعندما يقوم المصنعون بتحسين أشكال الأسنان واستخدام مواد أفضل، فإنهم يقللون من خسائر الاحتكاك الانزلاقي بنسبة تقارب 21٪ مقارنة بالتروس المحورية المتوازية العادية وفقًا لأبحاث نُشرت في مجلة Nature العام الماضي. ما الذي يجعل هذا الأمر مهمًا جدًا بالنسبة للمركبات الكهربائية؟ حسنًا، يمكن لمحركات التروس الكوكبية المستمرة التيار هذه أن تحافظ على أعلى كفاءة لها عبر نطاق أوسع من السرعات. وهذا أمر بالغ الأهمية بالنسبة للسيارات التي تتوقف وتنطلق باستمرار في حركة المرور الحضرية، حيث تحدث التسارعات بشكل متكرر طوال اليوم.
يؤدي زوج من المخفضات الكوكبية مع محركات المغناطيس الدائم إلى تحسين كفاءة نظام نقل الحركة بشكل عام بنسبة 9.34٪ في الظروف الواقعية. ويقلل التصميم المتمركز من طول مسار انتقال القوة، مما يخفض خسائر العطالة بنسبة 18٪ أثناء التسارع. كما تساهم المحامل الأسطوانية المخروطية الموضوعة بشكل استراتيجي في تقليل الاحتكاك الدوراني، ما يؤدي إلى انخفاض استهلاك الطاقة بنسبة 6.7٪ أثناء الفرملة الاسترجاعية.
يمكن أن تقلل استخدام مواد التشحيم المتقدمة المستندة إلى زيوت صناعية مستقرة حرارياً من درجات الحرارة التشغيلية بنحو 23 درجة مئوية عند التشغيل في ظل ظروف عزم دوران عالية ومستمرة قاسية. وعندما يدمج المصنعون قنوات تبريد مع مواد تتغير حالتها الفيزيائية في تصاميمهم، فإنهم فعلياً يتمكنون من التخلص من نحو 41 بالمئة إضافية من الحرارة مقارنة بالطرق التقليدية السلبية للتبريد. وهذا يُحدث فرقاً كبيراً لأنه يمنع تحلل الزيت في تلك المناطق الحيوية التي ترتفع فيها درجات الحرارة بشكل كبير. ونتيجة لذلك، تظل علب التروس الكوكبية الحديثة فعّالة بنسبة حوالي 89 بالمئة حتى عند التعامل مع أحمال مستمرة تبلغ 250 نيوتن متر. وهناك فائدة إضافية لا يتحدث عنها الكثيرون في الوقت الحالي، لكنها مهمة بنفس القدر، وهي أنها تعمل بهدوء تزيد سكينته بنسبة 19 بالمئة تقريباً مقارنة بعجلات السلك اللولبية التقليدية، ما يعني تقليل الضوضاء الصادرة عن المصانع بالنسبة للعمال والمجتمعات المحيطة على حد سواء.
تعمل علب التروس الكوكبية على توزيع عزم الدوران عبر عدة تروس كوكبية بدلاً من تركيز الضغط بالكامل على جزء واحد في كل مرة. ويساعد هذا الأسلوب التصميمي في منع التآكل والتلف، ما يمكنها من التعامل بموثوقية مع عمليات تفوق 250 نيوتن متر. وتُصنع معظم الموديلات عالية الجودة من الفولاذ المصلد أو سبائك خاصة تتحمل قفزات العزم الحادة التي نراها عند تسارع المركبات الكهربائية بسرعة من وضع الثبات. ويمنح المحتوى العالي من الكربون في هذه المكونات الفولاذية مقاومة هائلة تبلغ حوالي 1,200 ميغاباسكال أو أكثر، ما يعني أنها لن تنحني أو تنكسر في الظروف التشغيلية الطبيعية. كما أظهرت الاختبارات الواقعية شيئًا مثيرًا للإعجاب أيضًا: بعد اجتياز أكثر من عشرة آلاف دورة عمل، لا تزال أنظمة علبة التروس هذه تحافظ على مستواها الأداء مع انخفاض طفيف جدًا بنسبة 0.8٪ في الكفاءة. وهذا النوع من المتانة يضعها متقدمةً بشكل كبير على التصاميم التقليدية ذات العمود المتوازي، حيث تتفوق عليها بنحو ثلثيْن تقريبًا في اختبارات العمر الافتراضي التي أجراها المصنّعون.
تُمكّن محركات التروس الكوكبية للأنظمة المستمرة مطابقة القصور الذاتي بشكل دقيق عندما تتماشى ديناميكية الدوار مع ما يحدث في العجلات والمحاور، وذلك بفضل نسب التروس المناسبة تمامًا. وعندما تحدث هذه المطابقة، فإن الاهتزازات الليفية تكون أقل بنسبة 39 بالمئة تقريبًا مقارنةً بالأنظمة المباشرة التقليدية، وبالتالي يتسارع السيارة من 0 إلى 60 ميل في الساعة بسلاسة أكبر بكثير دون تلك الحركات المتقطعة المزعجة. تُظهر الاختبارات الميدانية أن المهندسين يحصلون على استجابات أسرع بنسبة 22% تقريبًا من حلقات التيار عندما تكون جميع العناصر متطابقة بدقة. وهذا أمر مهم لأنه يقلل من تأثير التوقف المتقطع المزعج، كما يزيد من عمر المحامل — حيث تشير البيانات الميدانية إلى تحسن بنسبة 17% في عمر المحامل خلال سيناريوهات القيادة الحضرية النموذجية التي تكون فيها حركة المرور متقطعة ومتكررة.
إن النظام الكوكبي في محركات التروس المستمرة يجعل من الممكن الحصول على نسب تروس تتراوح بين 3:1 وتصل إلى أكثر من 100:1 عند استخدام مراحل متعددة معًا. ويتيح هذا النوع من النطاق للمهندسين ضبط أداء هذه المحركات بدقة وفقًا لاحتياجاتهم. فبعض التطبيقات تتطلب أقصى قدر من القدرة عند السرعات المنخفضة، مثل تسلق التلال، في حين أن البعض الآخر يتطلب كفاءة أفضل على الطرق السريعة. ووفقًا لبحث نُشر العام الماضي، فإن استخدام ترتيبات كوكبية ذات مرحلتين يقلل من أقصى سرعة للمحرك بنسبة حوالي 38 بالمئة، لكنه يحافظ على نفس كمية عزم الدوران الناتج. وهذا يعني أنه يمكن للمصنّعين بناء محركات أصغر حجمًا وأخف وزنًا دون المساس بالأداء.
تستخدم معظم المركبات الكهربائية (EV) محولات كوكبية أحادية السرعة نظرًا لكفاءتها التي تتراوح بين 92 و95٪ والتصميم المدمج. ومع ذلك، تُظهر الأبحاث حول المركبات التجارية الكهربائية أن الأنظمة متعددة السرعات يمكن أن تحسن المدى بنسبة 12–18٪ تحت الأحمال الثقيلة. والمقابل هو زيادة التعقيد: فتتطلب علب التروس متعددة السرعات مكونات أكثر بنسبة 23٪، ولكنها تسمح بتقليل حجم المحركات من خلال تغيير التروس بشكل مثالي.
تعمل علب التروس الكوكبية بشكل جيد جدًا في المركبات الهجينة لأنها يمكنها توزيع الأحمال عبر مكونات متعددة والتعامل مع المدخلات من المحركات التقليدية والمحركات الكهربائية معًا. وتجعل هذه الأنظمة نقل الحركة بين القيادة بالبنزين والقيادة الكهربائية أكثر سلاسة مقارنةً بالبدائل الأخرى. وفيما يتعلق بالفرامل الاسترجاعية، فإن هذه العلب تستعيد عادةً حوالي 15 إلى 22 بالمئة من الطاقة التي تُفقد عادةً عند التوقف. ويُظهر البحث حول أفضل طريقة لإدارة الطاقة أمرًا مثيرًا للاهتمام أيضًا. فعندما يقوم المهندسون بضبط نسب التروس بدقة، فإن السيارات المزودة بعلب تروس كوكبية تستعيد في الواقع طاقة تزيد بنسبة 9.3% تقريبًا أثناء القيادة في حركة المرور الحضرية التي تتضمن الكثير من التوقف والانطلاق، مقارنةً بالأنظمة التي تلتزم بنسب تروس ثابتة طوال الوقت. وهذا يجعلها خيارًا جذابًا جدًا بالنسبة للمصنّعين الذين يسعون لتحسين كفاءة استهلاك الوقود دون التضحية بالأداء.
تُحقق أنظمة التروس الكوكبية أدائها المتميز بفضل ثلاثة أجزاء رئيسية تعمل معًا: هناك ترس الشمس المركزي في قلب النظام، ثم عدة تروس كوكبية أصغر مثبتة على ما يُعرف بالحامل، وأخيرًا الترس الحلقي الكبير الذي يحيط بكل المكونات الأخرى. في معظم الأحيان، يعمل ترس الشمس كنقطة البداية لنقل القوة، مما يدفع التروس الكوكبية للعمل. هذه التروس الصغيرة تتلامس فعليًا مع كل من ترس الشمس والترس الحلقي في نفس الوقت، مشكلة نظامًا مذهلًا يتم فيه توزيع القوة عبر نقاط متعددة. ما يجعل هذا التصميم مميزًا جدًا هو كفاءته العالية في استغلال المساحة مع نقل القوة بكفاءة كبيرة. ولهذا السبب نجد هذه الترتيبات الكوكبية منتشرة في كل مكان في المركبات الكهربائية الحديثة، خاصةً عند دمجها مع المحركات المستمرة (DC) حيث تكون كل إنش من المساحة مهمًا ولا يمكن بأي حال التنازل عن الحد الأقصى من الكفاءة.
تُستخدم معظم أنظمة الدفع في المركبات الكهربائية ترس الشمس كعمود إدخال رئيسي يقوم بنقل العزم إلى التروس الكوكبية. وعندما تدور هذه التروس الصغيرة حول ترس الشمس وتتصل بترس الحلقة الثابتة في الوقت نفسه، فإنها تُنتج تأثير تخفيض السرعة بشكل فعّال. ما يجعل هذا التصميم مميزًا هو اتصال العديد من الأسنان معًا في لحظة واحدة. وهذا يوزع توزيع القوة بشكل متساوٍ نسبيًا عبر النظام، ما يعني قدرة أفضل على تحمل الأحمال وانخفاض التآكل على المكونات مع مرور الوقت. بالنسبة للمركبات التي تتعرض لدورات تشغيل كثيرة، مثل سيارات الأجرة أو عربات التوصيل، فإن مقاومة التآكل هذه تُعد أمرًا بالغ الأهمية على المدى الطويل.
تُوازن التروس الكوكبية المتعددة عزم الدوران بشكل تلقائي عبر النظام، مما يسمح لعلب التروس الكوكبية بتحمل أحمال مستمرة أعلى بنسبة 33٪ مقارنةً بأنظمة التروس المستقيمة التقليدية. ويضمن هذا التوازن التلقائي للتوزيع توزيع الحمل بالتساوي، ما يعزز المتانة تحت الإجهادات غير المتماثلة الناتجة عن التسارع السريع والفرملة التوليدية، ما يجعل التصاميم الكوكبية شديدة الصلابة في بيئات المركبات الكهربائية الصعبة.
تشير كثافة العزم إلى كمية العزم التي يمكن لعلبة التروس تحملها بالنسبة إلى حجمها. وتتميز علب التروس الكوكبية بكثافة عزم عالية لأنها توزع الحمل بين عدة تروس، مما يحسن الكفاءة ويقلل من التآكل.
تحسّن التروس الكوكبية أنظمة نقل الحركة في المركبات الكهربائية من خلال تقديم تصميمات مدمجة وكثافة عزم عالية، مما يتيح أنظمة دفع أخف وأكثر كفاءة في إدارة الطاقة. كما تساعد أيضًا في الحفاظ على كفاءة عالية عبر مختلف السرعات، وهو أمر بالغ الأهمية للقيادة في البيئات الحضرية ذات الحركة المتقطعة.
نعم، تُعد علب التروس الكوكبية مناسبة جدًا للمركبات الهجينة لأنها قادرة على إدارة توزيع الحِمل وتقديم انتقالات سلسة بين مصادر القوة التقليدية والكهربائية، مما يجعلها مثالية لأنظمة الفرامل الاسترجاعية أيضًا.
تكون علب التروس الكوكبية أقل ضجيجًا بنسبة 19% تقريبًا مقارنة بعجلات التروس الحلزونية التقليدية، مما يساهم في تقليل التلوث الصوتي بالنسبة للعمال في القطاع الصناعي والمجتمعات المحيطة.
أخبار ساخنةحقوق النشر © 2025 من قبل شركة تشانغوي ترانسميشن (جيانغسو) المحدودة — سياسة الخصوصية
EN
