Плотность крутящего момента планетарных редукторов может достигать примерно на 46% выше по сравнению с параллельными конструкциями, в основном за счёт распределения нагрузки между несколькими сателлитами. Это делает их особенно эффективными для электромобилей, позволяя улучшить динамику разгона и одновременно снизить массу трансмиссии примерно на 14–22%. Исследование 2023 года, посвящённое максимизации удельной мощности, также выявило интересный факт: компактные планетарные конструкции экономят около 8–12 кубических сантиметров пространства на каждый киловатт мощности, вырабатываемой двигателем. Это может показаться незначительным, однако имеет большое значение при проектировании электромобилей, где пространство плотно заполнено аккумуляторами.
Планетарные передачи благодаря своей конструкции с распределением нагрузки могут передавать примерно на 33% больший крутящий момент по сравнению с обычными косозубыми передачами, занимая при этом точно такое же пространство. Когда производители проявляют изобретательность в форме зубьев шестерён и размещении подшипников, они достигают значений крутящего момента в диапазоне примерно от 1650 до 2200 Н·м внутри компактных корпусов объёмом 9,5 литра. Это составляет около 21,3 Н·м на кубический сантиметр при пересчёте. Возьмём, к примеру, BorgWarner — одну из крупнейших компаний в этой отрасли. Они продемонстрировали на практике, что их интеллектуальные системы охлаждения обеспечивают стабильную мощность даже при интенсивной работе двигателей, например при подъёме в гору или длительной перевозке тяжёлых грузов. Такой подход к тепловому управлению играет решающую роль в поддержании высокой производительности в сложных эксплуатационных условиях.
Мотор постоянного тока с планетарным редуктором сочетает быстродействующие бесщеточные двигатели с многоступенчатыми редукторами, все это помещается в компактные размеры — всего 120 на 180 миллиметров. Такая компактная конструкция позволяет легко устанавливать их на модульные платформы скейтбордов. Примерно с конца прошлого года около четырех из пяти новых электромобилей начали использовать эти непосредственно соединенные планетарные моторы для задних колес. Что касается трехступенчатых моделей, они могут обеспечивать передаточные числа в диапазоне примерно от 18:1 до 34:1. Впечатляет их высокая производительность даже при различных температурных условиях, сохраняя механический КПД в пределах от 92% до чуть более чем 94%. Такие характеристики имеют большое значение при разработке эффективных транспортных систем.
Механический КПД планетарных передач обычно достигает около 95–98 процентов на каждую ступень, поскольку нагрузка распределяется между несколькими зубчатыми зацеплениями одновременно. Когда производители оптимизируют форму зубьев и используют более качественные материалы, потери на трение скольжения уменьшаются примерно на 21% по сравнению с обычными параллельными валами, как указано в исследовании, опубликованном в журнале Nature в прошлом году. Почему это так важно для электромобилей? Дело в том, что эти DC-моторы с планетарной передачей могут сохранять высокий КПД в более широком диапазоне скоростей. Это особенно важно для автомобилей, которые постоянно останавливаются и разгоняются в городском трафике, где ускорение происходит часто в течение дня.
Сочетание планетарных редукторов с двигателями постоянного магнита повышает общую эффективность силовой установки на 9,34 % в реальных условиях. Концентрическая компоновка минимизирует длину пути передачи мощности, снижая потери на инерцию на 18 % при ускорении. Торцевые роликовые подшипники, установленные в стратегически важных местах, дополнительно уменьшают вращательное трение, что способствует сокращению потерь энергии на 6,7 % во время рекуперативного торможения.
Использование передовых смазочных материалов на основе термически стабильных синтетических масел позволяет снизить рабочие температуры примерно на 23 градуса Цельсия при работе в тяжелых условиях постоянного высокого крутящего момента. Когда производители интегрируют каналы охлаждения вместе с материалами с фазовым переходом в свои конструкции, им удается отводить примерно на 41 процент больше тепла по сравнению со стандартными пассивными методами охлаждения. Это имеет большое значение, поскольку предотвращает разложение масла в критически важных зонах, где температура особенно высока. В результате современные планетарные редукторы сохраняют эффективность около 89 процентов даже при длительных нагрузках в 250 ньютон-метров. Плюс есть еще одно преимущество, о котором сегодня мало кто говорит, но которое не менее важно — они работают примерно на 19 процентов тише традиционных косозубых шестерен, что означает меньшее шумовое загрязнение для рабочих на заводах и окружающих общин.
Планетарные редукторы работают за счёт распределения нагрузки по нескольким сателлитам, вместо того чтобы передавать всё усилие на одну деталь одновременно. Такая конструкция помогает предотвратить износ, позволяя им надёжно работать при крутящем моменте свыше 250 ньютон-метров. Большинство качественных моделей изготавливаются из закалённой стали или специальных сплавов, устойчивых к резким скачкам крутящего момента, возникающим при быстром разгоне электрических транспортных средств. Высокое содержание углерода в этих стальных деталях обеспечивает им прочность порядка 1200 мегапаскалей и выше, что означает, они не деформируются и не ломаются в обычных условиях эксплуатации. Практические испытания также показали впечатляющие результаты: после более чем десяти тысяч рабочих циклов эти редукторные системы сохраняют свой уровень производительности с лишь небольшим падением эффективности на 0,8%. Такая долговечность значительно опережает традиционные конструкции с параллельными валами, превосходя их почти вдвое по результатам тестов на срок службы, проведённых производителями.
Планетарные редукторные двигатели для систем постоянного тока позволяют правильно согласовать инерцию, когда динамика ротора соответствует происходящему на колесах и осях, благодаря оптимальным передаточным числам. При таком совпадении крутильные колебания фактически снижаются примерно на 39 процентов по сравнению с обычными системами прямого привода, поэтому автомобили разгоняются от 0 до 60 миль/ч значительно плавнее, без раздражающих рывков. Испытания на местности показывают, что инженеры получают примерно на 22% более быстрый отклик от контуров тока, когда все правильно согласовано. Это важно, поскольку снижается нежелательный эффект шагания, а также увеличивается срок службы подшипников — данные испытаний указывают на улучшение срока службы подшипников примерно на 17% в типичных условиях городской езды с частыми остановками и троганиями.
Планетарная система в двигателях постоянного тока с планетарным редуктором позволяет получать передаточные числа в диапазоне от 3:1 до более чем 100:1 при использовании нескольких ступеней одновременно. Такой диапазон даёт инженерам возможность точно настраивать характеристики двигателей в зависимости от их назначения. Некоторые применения требуют максимальной мощности на низких скоростях, например, при подъёме в гору, тогда как другим требуется повышенная эффективность на шоссе. Согласно исследованию, опубликованному в прошлом году, применение двухступенчатых планетарных систем снижает максимальную скорость двигателя примерно на 38 процентов, но сохраняет тот же уровень крутящего момента. Это означает, что производители могут создавать более компактные и лёгкие двигатели, не жертвуя при этом производительностью.
Большинство электромобилей используют одноступенчатые планетарные редукторы благодаря их эффективности 92–95% и компактной конструкции. Однако исследования электрических коммерческих транспортных средств показывают, что многоступенчатые системы могут увеличить запас хода на 12–18% при высоких нагрузках. Компромисс заключается в повышенной сложности: многоступенчатые трансмиссии требуют на 23% больше компонентов, но позволяют использовать менее мощные двигатели за счёт оптимизированного переключения передач.
Планетарные коробки передач отлично работают в гибридных транспортных средствах, поскольку могут распределять нагрузку между несколькими компонентами и обрабатывать вход от традиционных двигателей и электродвигателей. Эти трансмиссии обеспечивают более плавное переключение между бензиновым и электрическим режимами по сравнению с другими альтернативами. Что касается рекуперативного торможения, такие коробки обычно восстанавливают около 15–22 процентов энергии, которая обычно теряется при остановке. Исследования по оптимальному управлению энергией также показывают интересные результаты: когда инженеры точно настраивают передаточные числа, автомобили с планетарными коробками передач восстанавливают почти на 9,3% больше энергии при движении в городском потоке с частыми остановками и стартами по сравнению с системами, использующими фиксированные передаточные числа. Это делает их весьма привлекательными для производителей, стремящихся повысить топливную экономичность без ущерба для производительности.
Планетарные передачи достигают впечатляющих характеристик благодаря трем основным компонентам, работающим совместно: центральной солнечной шестерне, расположенной в самом центре, нескольким более мелким планетарным шестерням, закрепленным на так называемом водиле, и большой кольцевой шестерне, которая охватывает все остальные элементы. Чаще всего солнечная шестерня выступает в качестве начального звена передачи мощности, приводя планетарные шестерни в движение. Эти малые шестерни одновременно зацепляются как с солнечной, так и с кольцевой шестерней, создавая удивительную систему, в которой нагрузка распределяется по нескольким точкам контакта. Преимущество такой конструкции заключается в высокой компактности при эффективной передаче мощности. Именно поэтому планетарные механизмы широко применяются в современных электромобилях, особенно в сочетании с двигателями постоянного тока, где каждый сантиметр пространства имеет значение, а максимальная эффективность не может быть снижена.
Большинство трансмиссий электромобилей имеют солнечную передачу, которая функционирует как основной входной вал, который посылает крутящий момент к этим планетарным передачам. Когда эти маленькие редукторы вращаются вокруг солнечного редуктора и одновременно сжимаются с стационарным кольцевым редуктором, создается эффект снижения скорости. Что делает эту установку такой хорошей, так это то, как несколько зубов соединяются одновременно. Это распределяет энергию довольно равномерно по всей системе, что означает лучшие возможности обработки нагрузки и меньшее износ компонентов с течением времени. Для транспортных средств, которые проходят через много циклов, таких как такси или фургоны, этот вид износостойкости действительно важен в долгосрочной перспективе.
Несколько планетарных шестерен inherently обеспечивают балансировку крутящего момента по всей системе, что позволяет планетарным редукторам выдерживать на 33% более высокие постоянные нагрузки по сравнению с традиционными прямыми зубчатыми передачами. Автоматическое выравнивание нагрузки обеспечивает долговечность при асимметричных напряжениях, вызванных резким ускорением и рекуперативным торможением, что делает планетарные конструкции особенно устойчивыми в сложных условиях эксплуатации электромобилей.
Плотность крутящего момента — это величина крутящего момента, который может передавать редуктор относительно его размера. Планетарные редукторы обладают высокой плотностью крутящего момента, поскольку распределяют нагрузку между несколькими шестернями, что повышает эффективность и снижает износ.
Планетарные шестерни улучшают силовые установки электромобилей за счет компактной конструкции и высокой плотности крутящего момента, что позволяет создавать более легкие трансмиссии и эффективно управлять мощностью. Они также способствуют поддержанию высокой эффективности на различных скоростях, что особенно важно при движении в городском цикле с частыми остановками.
Да, планетарные редукторы хорошо подходят для гибридных транспортных средств, поскольку они могут управлять распределением нагрузки и обеспечивать плавное переключение между традиционными и электрическими источниками энергии, что также делает их идеальными для систем рекуперативного торможения.
Планетарные редукторы примерно на 19% тише традиционных косозубых шестерен, что способствует снижению уровня шума как для работников промышленных предприятий, так и для окружающих сообществ.
Горячие новости© Авторское право 2025, Changwei Transmission (Jiangsu) Co., Ltd — Политика конфиденциальности
EN
