Η πυκνότητα ροπής των πλανητικών κιβωτίων ταχυτήτων μπορεί να φτάσει περίπου 46% υψηλότερα από ό,τι προσφέρουν οι σχεδιασμοί με παράλληλους άξονες, κυρίως επειδή κατανέμουν το φορτίο σε πολλά πλανητικά γρανάζια. Αυτό τα καθιστά ιδιαίτερα αποδοτικά για ηλεκτρικά οχήματα, επιτρέποντας στα αυτοκίνητα καλύτερη επιτάχυνση, ενώ ελαφρύνουν το σύστημα μετάδοσης κατά 14% έως 22%. Μια έρευνα του 2023 που εξέταζε τον μέγιστο δυνατό βαθμό πυκνότητας ισχύος αποκάλυψε και κάτι ενδιαφέρον: οι συμπαγείς διατάξεις με πλανητικά γρανάζια εξοικονομούν περίπου 8 έως 12 κυβικά εκατοστά χώρου για κάθε κιλοβάτ που παράγει ο κινητήρας. Αυτό μπορεί να μην φαίνεται πολύ, αλλά είναι πραγματικά σημαντικό όταν σχεδιάζονται ηλεκτρικά οχήματα γεμάτα με μπαταρίες.
Οι πλανητικοί οδοντωτοί τροχοί, λόγω του σχεδιασμού τους με κατανομή φορτίου, μπορούν να αντέξουν περίπου 33% περισσότερη ροπή σε σύγκριση με συνηθισμένες διατάξεις ελικοειδών γραναζιών, καταλαμβάνοντας ακριβώς τον ίδιο χώρο. Όταν οι κατασκευαστές εφαρμόζουν δημιουργικές λύσεις στο σχήμα των δοντιών των γραναζιών και στην τοποθέτηση των ρουλεμάν, επιτυγχάνουν τιμές ροπής μεταξύ περίπου 1.650 και 2.200 Newton μέτρα μέσα σε αυτά τα συμπαγή περιβλήματα όγκου 9,5 λίτρων. Αυτό αντιστοιχεί περίπου σε 21,3 Nm ανά κυβικό εκατοστό, αν κάνουμε τους υπολογισμούς. Πάρτε για παράδειγμα την BorgWarner, μία από τις μεγάλες εταιρείες στον κλάδο. Έχει αποδείξει μέσω πραγματικών δοκιμών ότι τα έξυπνα συστήματα ψύξης της διατηρούν σταθερή την ισχύ εξόδου, ακόμη και όταν οι μηχανές λειτουργούν υπό μεγάλο φορτίο, όπως κατά την άνοδο σε απότομες πλαγιές ή τη μεταφορά βαρέων φορτίων σε μεγάλες αποστάσεις. Αυτού του είδους η διαχείριση θερμότητας κάνει τη διαφορά στη διατήρηση της απόδοσης υπό δύσκολες συνθήκες λειτουργίας.
Ο κινητήρας DC με πλανητικό γρανάζι συνδυάζει γρήγορους ασύγχρονους κινητήρες με πολλαπλά στάδια μειωτήρων, όλα συμπυκνωμένα σε χώρους τόσο μικρούς όσο 120 επί 180 χιλιοστά. Αυτό το είδος συμπαγούς σχεδίασης τους καθιστά εξαιρετικά εύκολους στην εγκατάσταση σε τέτοιες μοντουλαριστικές διατάξεις skateboard. Περίπου στα τέλη του περασμένου έτους, τα 4 από τα 5 νέα ηλεκτρικά οχήματα άρχισαν να χρησιμοποιούν αυτούς τους άμεσα συζευγμένους πλανητικούς κινητήρες για τους πίσω τροχούς. Όσον αφορά τα μοντέλα τριών σταδίων, μπορούν να αντέξουν μειώσεις ταχυτήτων που κυμαίνονται περίπου από 18:1 έως 34:1. Εντυπωσιακή είναι η απόδοσή τους ακόμα και υπό διαφορετικές συνθήκες θερμοκρασίας, διατηρώντας βαθμούς μηχανικής απόδοσης μεταξύ 92% και λίγο πάνω από 94%. Αυτού του είδους η απόδοση έχει μεγάλη σημασία κατά το σχεδιασμό αποδοτικών συστημάτων μεταφοράς.
Η μηχανική απόδοση των πλανητικών συστημάτων ταχυτήτων συνήθως φτάνει περίπου στο 95 έως 98 τοις εκατό ανά στάδιο επειδή το φορτίο κατανέμεται σε πολλά δίχτυα ταχυτήτων ταυτόχρονα. Όταν οι κατασκευαστές βελτιστοποιούν τα σχήματα των δοντιών και χρησιμοποιούν καλύτερα υλικά, μειώνουν τις απώλειες τριβής κατά περίπου 21% σε σύγκριση με τα κανονικά παράλληλα γρανάζια, σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature πέρυσι. Γιατί είναι τόσο σημαντικό αυτό για τα ηλεκτρικά οχήματα; Λοιπόν, αυτοί οι κινητήρες πλανητικών κινήτρων DC μπορούν να διατηρήσουν την ανώτατη απόδοσή τους σε ένα ευρύτερο φάσμα ταχυτήτων. Αυτό έχει μεγάλη σημασία για τα αυτοκίνητα που σταματούν και πηγαίνουν συνεχώς στην κυκλοφορία της πόλης όπου η επιτάχυνση συμβαίνει συχνά καθ' όλη τη διάρκεια της ημέρας.
Η σύζευξη πλανητικών μειωτήρων με κινητήρες μόνιμου μαγνήτη βελτιώνει τη συνολική απόδοση του συστήματος μετάδοσης κίνησης κατά 9,34% υπό πραγματικές συνθήκες. Η ομόκεντρη διάταξη ελαχιστοποιεί το μήκος της διαδρομής μετάδοσης ισχύος, μειώνοντας τις απώλειες αδράνειας κατά 18% κατά την επιτάχυνση. Οι επιμήκεις ρουλεμάν που τοποθετούνται στρατηγικά μειώνουν περαιτέρω την τριβή περιστροφής, συμβάλλοντας σε μείωση της ενεργειακής σπατάλης κατά 6,7% κατά τη διαδικασία ανακτητικής πέδησης.
Η χρήση προηγμένων λιπαντικών βασισμένων σε θερμικά σταθερά συνθετικά έλαια μπορεί να μειώσει τις θερμοκρασίες λειτουργίας κατά περίπου 23 βαθμούς Κελσίου όταν λειτουργούν σε δύσκολες συνθήκες συνεχούς υψηλής ροπής. Όταν οι κατασκευαστές ενσωματώνουν σχεδιασμούς με σωληνώσεις ψύξης και υλικά αλλαγής φάσης, καταφέρνουν να απομακρύνουν περίπου 41 τοις εκατό περισσότερη θερμότητα σε σύγκριση με τις συμβατικές παθητικές μεθόδους ψύξης. Αυτό κάνει μεγάλη διαφορά, γιατί εμποδίζει την αποδόμηση του λαδιού στις κρίσιμες περιοχές όπου η θερμοκρασία γίνεται πολύ υψηλή. Ως αποτέλεσμα, οι σύγχρονοι πλανητικοί μειωτήρες διατηρούν απόδοση περίπου 89 τοις εκατό, ακόμα και όταν αντιμετωπίζουν συνεχείς φορτία 250 Νιούτον-μέτρα. Επιπλέον, υπάρχει ένα ακόμα πλεονέκτημα που σπάνια αναφέρεται σήμερα, αλλά έχει την ίδια σημασία: λειτουργούν περίπου 19 τοις εκατό αθόρυβα σε σύγκριση με τα παραδοσιακά ελικοειδή γρανάζια, κάτι που σημαίνει λιγότερη θορυβώδη ρύπανση για τους εργάτες του εργοστασίου και τις γύρω κοινότητες.
Οι πλανητικοί μειωτήρες λειτουργούν διασπώντας το φορτίο ροπής σε πολλά πλανητικά γρανάζια, αντί να επιβαρύνουν ένα μόνο εξάρτημα κάθε φορά. Αυτό το σχέδιο βοηθά στην αποφυγή φθοράς, ώστε να μπορούν να αντέχουν αξιόπιστα ροπές πάνω από 250 Nm. Τα περισσότερα ποιοτικά μοντέλα κατασκευάζονται από σκληρυμένο χάλυβα ή ειδικές κράματα που αντέχουν τις απότομες αυξήσεις ροπής που παρατηρούνται όταν τα ηλεκτρικά οχήματα επιταχύνουν γρήγορα. Το υψηλό περιεχόμενο άνθρακα σε αυτά τα εξαρτήματα χάλυβα τους προσδίδει εκπληκτική αντοχή, της τάξης των 1.200 MPa ή περισσότερο, πράγμα που σημαίνει ότι δεν θα λυγίσουν ή θα σπάσουν υπό κανονικές συνθήκες λειτουργίας. Πραγματικές δοκιμές έχουν δείξει κάτι εντυπωσιακό: μετά από πάνω από δέκα χιλιάδες κύκλους λειτουργίας, αυτά τα συστήματα μειωτήρων διατηρούν την απόδοσή τους με μόλις 0,8% πτώση στην αποδοτικότητα. Η αντοχή αυτή τους τοποθετεί πολύ μπροστά από τους παραδοσιακούς σχεδιασμούς με παράλληλους άξονες, υπερτερώντας τους κατά δύο τρίτα σε δοκιμές διάρκειας ζωής που έχουν διεξαχθεί από κατασκευαστές.
Οι πλανητικοί μηχανισμοί μετάδοσης για συστήματα DC επιτρέπουν τη σωστή αντιστοίχιση αδράνειας όταν η δυναμική του δρομέα συμφωνεί με αυτή στους τροχούς και τους άξονες, χάρη στους κατάλληλους λόγους μετάδοσης. Όταν επιτευχθεί αυτή η ευθυγράμμιση, οι στρεπτικοί δονήσεις μειώνονται κατά περίπου 39% σε σύγκριση με τα συνηθισμένα συστήματα άμεσης μετάδοσης, με αποτέλεσμα τα αυτοκίνητα να επιταχύνουν από 0 σε 60 mph πολύ πιο ομαλά, χωρίς τα ενοχλητικά τρανά. Δοκιμές στο πεδίο δείχνουν ότι οι μηχανικοί επιτυγχάνουν περίπου 22% ταχύτερες αντιδράσεις από τους βρόχους ρεύματος όταν όλα είναι σωστά αντιστοιχισμένα. Αυτό έχει σημασία γιατί μειώνει το ενοχλητικό φαινόμενο «cogging» και παράλληλα επεκτείνει τη διάρκεια ζωής των ρουλεμάν — τα δεδομένα από το πεδίο υποδεικνύουν βελτίωση περίπου 17% στη διάρκεια ζωής των ρουλεμάν σε τυπικά σενάρια αστικής οδήγησης, όπου η κυκλοφορία stop-and-go είναι συνηθισμένη.
Το πλανητικό σύστημα στους DC κινητήρες με πλανητικό κιβώτιο ταχυτήτων επιτρέπει την επίτευξη σχέσεων μετάδοσης που κυμαίνονται από 3:1 έως και πάνω από 100:1, όταν χρησιμοποιούνται πολλαπλά στάδια μαζί. Αυτό το εύρος επιτρέπει στους μηχανικούς να ρυθμίζουν με ακρίβεια την απόδοση αυτών των κινητήρων βάσει των αναγκών τους. Κάποιες εφαρμογές απαιτούν μέγιστη ισχύ σε χαμηλές ταχύτητες, όπως στην ανάβαση λόφων, ενώ άλλες απαιτούν καλύτερη απόδοση σε αυτοκινητόδρομους. Σύμφωνα με έρευνα που δημοσιεύθηκε πέρυσι, η χρήση δι-βάθμιων πλανητικών διατάξεων μειώνει τη μέγιστη ταχύτητα του κινητήρα κατά περίπου 38 τοις εκατό, αλλά διατηρεί την ίδια ροπή. Αυτό σημαίνει ότι οι κατασκευαστές μπορούν να δημιουργούν μικρότερους, ελαφρύτερους κινητήρες χωρίς να θυσιάζουν την απόδοση.
Τα περισσότερα ηλεκτρικά οχήματα χρησιμοποιούν μονόβάθμιους πλανητικούς μειωτήρες λόγω της απόδοσης 92–95% και της συμπαγούς διάταξης. Ωστόσο, έρευνες σε ηλεκτρικά εμπορικά οχήματα δείχνουν ότι τα πολυτάχυτα συστήματα μπορούν να βελτιώσουν την απόσταση πορείας κατά 12–18% υπό μεγάλα φορτία. Το μειονέκτημα είναι η πολυπλοκότητα: οι πολυτάχυτα κιβώτια απαιτούν 23% περισσότερα εξαρτήματα, αλλά επιτρέπουν τη μείωση του μεγέθους του κινητήρα μέσω βελτιστοποιημένης αλλαγής ταχυτήτων.
Οι πλανητικοί μειωτήρες λειτουργούν ιδιαίτερα καλά στα υβριδικά οχήματα, επειδή μπορούν να διανέμουν τα φορτία σε πολλαπλά εξαρτήματα και να αντιμετωπίζουν εισόδους τόσο από παραδοσιακούς κινητήρες όσο και από ηλεκτρικούς κινητήρες. Αυτά τα συστήματα γραναζιών καθιστούν τη μετάβαση από τη λειτουργία με βενζίνη σε ηλεκτρική πολύ πιο ομαλή σε σύγκριση με άλλες εναλλακτικές λύσεις. Όσον αφορά την ανακτητική πέδηση, αυτοί οι μειωτήρες συνήθως καταφέρνουν να ανακτήσουν περίπου 15 έως 22 τοις εκατό της ενέργειας που χάνεται συνήθως κατά το φρενάρισμα. Η έρευνα για τη βέλτιστη διαχείριση της ενέργειας δείχνει επίσης κάτι ενδιαφέρον: όταν οι μηχανικοί ρυθμίζουν τις σχέσεις μετάδοσης με ακρίβεια, τα αυτοκίνητα εξοπλισμένα με πλανητικούς μειωτήρες ανακτούν σχεδόν 9,3% περισσότερη ενέργεια κατά την οδήγηση σε αστική κυκλοφορία με πολλές στάσεις και εκκινήσεις, σε σύγκριση με συστήματα που χρησιμοποιούν σταθερές σχέσεις μετάδοσης. Αυτό τα καθιστά ιδιαίτερα ελκυστικά για τους κατασκευαστές που επιθυμούν να βελτιώσουν την οικονομία καυσίμου χωρίς να θυσιάσουν την απόδοση.
Τα πλανητικά συστήματα γραναζιών επιτυγχάνουν την εντυπωσιακή τους απόδοση χάρη σε τρία βασικά μέρη που λειτουργούν από κοινού: υπάρχει το κεντρικό ηλιακό γρανάζι στο επίκεντρο όλων, μετά αρκετά μικρότερα πλανητικά γρανάζια προσαρτημένα σε αυτό που ονομάζεται φορέας, και τέλος το μεγάλο δακτυλιοειδές γρανάζι που περιβάλλει όλα τα υπόλοιπα. Συνήθως, το ηλιακό γρανάζι λειτουργεί ως αφετηρία για τη μεταφορά της ισχύος, ωθώντας τα πλανητικά γρανάζια σε λειτουργία. Αυτά τα μικρά γρανάζια ακουμπούν ταυτόχρονα και στο ηλιακό γρανάζι και στο δακτυλιοειδές γρανάζι, δημιουργώντας ένα εκπληκτικό σύστημα όπου η δύναμη διανέμεται σε πολλαπλά σημεία. Αυτό που κάνει αυτή τη διάταξη τόσο εξαιρετική είναι η αποτελεσματική χρήση του χώρου, ενώ παράλληλα μεταδίδει την ισχύ με μεγάλη αποδοτικότητα. Γι' αυτόν τον λόγο βλέπουμε αυτές τις πλανητικές διατάξεις να εμφανίζονται παντού στα σύγχρονα ηλεκτρικά οχήματα, ειδικά όταν συνδυάζονται με DC κινητήρες, όπου κάθε ίντσα χώρου έχει σημασία, αλλά η μέγιστη απόδοση δεν μπορεί να θυσιαστεί.
Οι περισσότεροι ηλεκτρικοί σύνολοι κίνησης οχημάτων έχουν τον ήλιο ως κύριο εισαγόμενο άξονα που μεταφέρει ροπή στα πλανητικά γρανάζια. Όταν αυτά τα μικρά γρανάζια περιστρέφονται γύρω από τον ήλιο και εμπλέκονται ταυτόχρονα με το στάσιμο δακτύλιο γραναζιού, δημιουργείται ένα καλό φαινόμενο μείωσης της ταχύτητας. Αυτό που κάνει αυτή τη διάταξη τόσο καλή είναι ότι πολλά δόντια έρχονται σε επαφή ταυτόχρονα. Αυτό διανέμει την ισχύ ομοιόμορφα σε όλο το σύστημα, γεγονός που σημαίνει καλύτερη αντοχή στις φορτίσεις και λιγότερη φθορά στα εξαρτήματα με την πάροδο του χρόνου. Για οχήματα που υπόκεινται σε πολλούς κύκλους, όπως τα ταξί ή τα οχήματα παράδοσης, αυτή η αντοχή στη φθορά έχει μεγάλη σημασία μακροπρόθεσμα.
Οι πολλαπλοί πλανητικοί οδοντωτοί τροχοί εξισορροπούν εν γένει τη ροπή σε όλο το σύστημα, επιτρέποντας στα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων να αντέχουν 33% υψηλότερα συνεχή φορτία σε σύγκριση με τα συμβατικά συστήματα οδοντωτών τροχών. Αυτή η αυτόματη εξίσωση φορτίου διασφαλίζει ανθεκτικότητα υπό ασύμμετρες τάσεις που προκαλούνται από γρήγορη επιτάχυνση και ανακτητική πέδηση, καθιστώντας τα πλανητικά σχέδια ιδιαίτερα ανθεκτικά σε απαιτητικά περιβάλλοντα ηλεκτρικών οχημάτων (EV).
Η πυκνότητα ροπής αναφέρεται στην ποσότητα ροπής που μπορεί να αντέξει ένα κιβώτιο ταχυτήτων σε σχέση με το μέγεθός του. Τα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων προσφέρουν υψηλή πυκνότητα ροπής, επειδή διανέμουν το φορτίο μεταξύ πολλαπλών γραναζιών, βελτιώνοντας την απόδοση και μειώνοντας τη φθορά.
Τα πλανητικά γρανάζια βελτιώνουν τα συστήματα μετάδοσης ισχύος στα ηλεκτρικά οχήματα προσφέροντας συμπαγείς σχεδιασμούς και υψηλή πυκνότητα ροπής, επιτρέποντας ελαφρύτερα συστήματα μετάδοσης και αποτελεσματική διαχείριση ισχύος. Επίσης βοηθούν στη διατήρηση υψηλής απόδοσης σε διάφορες ταχύτητες, κάτι κρίσιμο για την πόλη με διακοπτόμενη κυκλοφορία.
Ναι, τα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων είναι ιδανικά για υβριδικά οχήματα, καθώς μπορούν να διαχειριστούν την κατανομή φορτίου και να παρέχουν ομαλές μεταβάσεις μεταξύ συμβατικών και ηλεκτρικών πηγών ενέργειας, καθιστώντας τα επίσης ιδανικά για συστήματα ανακτητικού φρεναρίσματος.
Τα πλανητικά κιβώτια ταχυτήτων είναι περίπου 19% πιο αθόρυβα από τα παραδοσιακά ελικοειδή γρανάζια, συμβάλλοντας στη μείωση της θορυβώδους ρύπανσης τόσο για τους βιομηχανικούς εργάτες όσο και για τις περιβάλλουσες κοινότητες.
Τελευταία ΝέαΠνευματικά Δικαιώματα © 2025 από την Changwei Transmission (Jiangsu) Co., Ltd — Πολιτική Απορρήτου
EN
