Mật độ mô-men xoắn của hộp số hành tinh thực tế có thể đạt mức cao hơn khoảng 46% so với thiết kế trục song song, chủ yếu nhờ việc phân bổ tải lên nhiều bánh răng hành tinh. Điều này làm cho chúng trở nên rất hiệu quả đối với xe điện, cho phép xe tăng tốc tốt hơn đồng thời giảm trọng lượng hệ thống truyền động từ 14% đến 22%. Nghiên cứu năm 2023 về cách tối đa hóa mật độ công suất đã chỉ ra một điều thú vị khác. Các bố trí hành tinh nhỏ gọn tiết kiệm khoảng 8 đến 12 centimet khối không gian cho mỗi kilowatt công suất do động cơ tạo ra. Con số này nghe có vẻ không lớn, nhưng lại khá quan trọng khi thiết kế xe điện vốn chứa đầy pin.
Các bánh răng hành tinh với thiết kế phân bổ tải trọng có thể chịu được mô-men xoắn lớn hơn khoảng 33% so với các bộ truyền bánh răng nghiêng thông thường, trong khi chiếm đúng bằng không gian như nhau. Khi các nhà sản xuất sáng tạo hơn trong việc thiết kế hình dạng răng bánh răng và vị trí đặt ổ bi, họ đã đạt được các giá trị mô-men xoắn trong khoảng từ 1.650 đến 2.200 Newton mét bên trong những vỏ hộp nhỏ gọn 9,5 lít. Điều này tương đương khoảng 21,3 Nm trên mỗi centimét khối khi thực hiện phép tính. Lấy ví dụ BorgWarner, một trong những tên tuổi lớn trong ngành, họ đã chứng minh qua kiểm tra thực tế rằng hệ thống làm mát thông minh của mình giúp duy trì công suất ổn định ngay cả khi động cơ hoạt động mạnh khi leo dốc cao hoặc chở tải nặng trong quãng đường dài. Kiểu quản lý nhiệt này tạo nên sự khác biệt lớn trong việc duy trì hiệu suất dưới các điều kiện vận hành khắc nghiệt.
Động cơ bánh răng hành tinh một chiều kết hợp các động cơ không chổi than quay nhanh với bộ giảm tốc nhiều cấp, tất cả được tích hợp trong không gian nhỏ gọn chỉ khoảng 120 x 180 milimét. Thiết kế nhỏ gọn này khiến chúng rất dễ dàng lắp đặt trên các hệ thống ván trượt dạng mô-đun. Vào khoảng cuối năm ngoái, khoảng bốn trong số năm xe điện mới đã bắt đầu sử dụng loại động cơ hành tinh ghép trực tiếp này cho bánh xe phía sau. Đối với các mẫu ba cấp, chúng có thể xử lý tỷ số giảm tốc dao động từ khoảng 18:1 đến 34:1. Điều ấn tượng là hiệu suất hoạt động tốt của chúng ngay cả trong các điều kiện nhiệt độ khác nhau, duy trì tỷ lệ hiệu suất cơ học ở mức từ 92% đến hơn 94%. Hiệu suất như vậy rất quan trọng khi thiết kế các hệ thống vận chuyển hiệu quả.
Hiệu suất cơ học của các hệ thống bánh răng hành tinh thường đạt khoảng 95 đến 98 phần trăm mỗi cấp độ vì tải được phân bổ đều trên nhiều khớp ăn khớp bánh răng cùng lúc. Khi các nhà sản xuất tối ưu hóa hình dạng răng và sử dụng vật liệu tốt hơn, họ có thể giảm tổn thất do ma sát trượt khoảng 21% so với các bánh răng trục song song thông thường, theo nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature năm ngoái. Điều này quan trọng như thế nào đối với xe điện? Các động cơ bánh răng hành tinh một chiều này có thể duy trì hiệu suất tối ưu trong dải tốc độ rộng hơn. Điều này rất quan trọng đối với ô tô thường xuyên dừng và khởi hành trong giao thông đô thị, nơi mà việc tăng tốc diễn ra liên tục trong suốt cả ngày.
Việc ghép các bộ giảm tốc hành tinh với động cơ nam châm vĩnh cửu cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống truyền động lên 9,34% trong điều kiện thực tế. Bố trí đồng tâm làm giảm chiều dài đường truyền công suất, cắt giảm tổn thất quán tính 18% trong quá trình tăng tốc. Các ổ bi côn được đặt chiến lược hơn nữa giúp giảm ma sát quay, góp phần làm giảm 6,7% lượng năng lượng bị lãng phí trong quá trình phanh tái tạo.
Việc sử dụng các chất bôi trơn tiên tiến dựa trên dầu tổng hợp ổn định về nhiệt có thể giảm nhiệt độ vận hành khoảng 23 độ Celsius khi hoạt động trong những điều kiện mô-men xoắn cao liên tục khắc nghiệt. Khi các nhà sản xuất tích hợp các kênh làm mát cùng với vật liệu thay đổi pha vào thiết kế của họ, họ thực sự có thể loại bỏ lượng nhiệt nhiều hơn khoảng 41 phần trăm so với các phương pháp làm mát thụ động tiêu chuẩn. Điều này tạo ra sự khác biệt lớn vì nó ngăn chặn tình trạng dầu bị phân hủy ở những khu vực then chốt nơi nhiệt độ tăng rất cao. Kết quả là, các hộp số hành tinh hiện đại duy trì hiệu suất ở mức khoảng 89 phần trăm ngay cả khi xử lý tải trọng kéo dài 250 Newton mét. Ngoài ra còn một lợi ích nữa mà gần đây ít người nhắc đến nhưng cũng quan trọng không kém, đó là chúng hoạt động êm hơn khoảng 19 phần trăm so với các bánh răng xoắn truyền thống, nghĩa là giảm ô nhiễm tiếng ồn cho cả công nhân nhà máy lẫn cộng đồng xung quanh.
Hộp số hành tinh hoạt động bằng cách phân bổ tải mô-men xoắn lên nhiều bánh răng hành tinh thay vì dồn toàn bộ áp lực vào một bộ phận tại một thời điểm. Thiết kế thông minh này giúp ngăn ngừa mài mòn, nhờ đó chúng có thể vận hành ổn định ở mức trên 250 Nm một cách đáng tin cậy. Hầu hết các mẫu chất lượng cao được chế tạo từ thép đã qua tôi luyện hoặc các hợp kim đặc biệt, có khả năng chịu được những cú tăng mô-men xoắn đột ngột mà chúng ta thường thấy khi xe điện tăng tốc nhanh từ vạch xuất phát. Hàm lượng carbon cao trong các chi tiết bằng thép này mang lại độ bền cực lớn, đạt mức khoảng 1.200 megapascal hoặc hơn, nghĩa là chúng sẽ không bị cong hay gãy trong điều kiện làm việc bình thường. Các bài kiểm tra thực tế cũng cho thấy một điều khá ấn tượng: sau khi trải qua hơn mười nghìn chu kỳ vận hành, các hệ thống hộp số này vẫn duy trì được hiệu suất hoạt động với mức giảm chỉ 0,8%. Mức độ bền bỉ như vậy khiến chúng vượt trội hơn hẳn so với thiết kế trục song song truyền thống, dẫn trước gần hai phần ba về tuổi thọ trong các bài kiểm tra do nhà sản xuất thực hiện.
Các động cơ bánh răng hành tinh dành cho hệ thống DC cho phép phù hợp quán tính một cách chính xác khi động học rô-to đồng bộ với chuyển động tại các bánh xe và trục nhờ vào tỷ số truyền lý tưởng. Khi sự đồng bộ này xảy ra, thực tế rung xoắn giảm khoảng 39 phần trăm so với các hệ thống truyền động trực tiếp thông thường, do đó xe tăng tốc từ 0 lên 60 dặm/giờ mượt mà hơn nhiều mà không còn hiện tượng giật khó chịu. Các thử nghiệm thực tế cho thấy kỹ sư đạt được thời gian phản hồi nhanh hơn khoảng 22% từ các vòng điều khiển dòng điện khi mọi thứ được phối hợp chính xác. Điều này rất quan trọng vì nó giúp giảm hiệu ứng cogging khó chịu đồng thời kéo dài tuổi thọ của bạc đạn – dữ liệu thực tế cho thấy cải thiện khoảng 17% về tuổi thọ bạc đạn trong các tình huống lái xe đô thị điển hình, nơi thường xuyên xảy ra tình trạng tắc đường và di chuyển ngắt quãng.
Hệ thống hành tinh trong động cơ giảm tốc DC giúp đạt được tỷ số truyền dao động từ 3:1 cho đến trên 100:1 khi sử dụng nhiều cấp độ cùng nhau. Dải tỷ số này cho phép các kỹ sư điều chỉnh chính xác hiệu suất của động cơ theo từng nhu cầu cụ thể. Một số ứng dụng yêu cầu công suất tối đa ở tốc độ thấp như leo dốc, trong khi những ứng dụng khác lại đòi hỏi hiệu suất cao hơn trên đường cao tốc. Theo nghiên cứu công bố năm ngoái, việc sử dụng hệ thống hành tinh hai cấp làm giảm khoảng 38 phần trăm tốc độ tối đa của động cơ nhưng vẫn giữ nguyên mức mô-men xoắn đầu ra. Điều đó có nghĩa là các nhà sản xuất có thể chế tạo động cơ nhỏ gọn và nhẹ hơn mà không làm giảm hiệu suất.
Hầu hết các xe EV sử dụng hộp giảm tốc hành tinh một cấp do hiệu suất cao 92–95% và thiết kế nhỏ gọn. Tuy nhiên, nghiên cứu về phương tiện thương mại điện cho thấy hệ thống nhiều cấp có thể cải thiện phạm vi hoạt động từ 12–18% trong điều kiện tải nặng. Đổi lại là độ phức tạp: hộp số nhiều cấp yêu cầu nhiều hơn 23% thành phần nhưng cho phép sử dụng động cơ nhỏ hơn nhờ tối ưu hóa việc sang số.
Hộp số hành tinh hoạt động rất hiệu quả trên các phương tiện lai vì chúng có thể phân bổ tải trọng qua nhiều bộ phận đồng thời và xử lý đầu vào từ cả động cơ truyền thống lẫn động cơ điện. Những hệ thống truyền động này giúp việc chuyển đổi giữa chế độ chạy xăng và chế độ điện trở nên mượt mà hơn nhiều so với các phương án khác. Khi nói đến phanh tái tạo, những hộp số này thường có thể thu hồi lại khoảng 15 đến 22 phần trăm năng lượng bị mất đi trong quá trình dừng xe. Nghiên cứu về cách quản lý năng lượng tối ưu cũng cho thấy một điều thú vị: khi kỹ sư điều chỉnh tỷ số truyền một cách chính xác, ô tô trang bị hộp số hành tinh thực tế có thể phục hồi gần như nhiều hơn 9,3% năng lượng trong lúc di chuyển trong giao thông đô thị với nhiều điểm dừng và khởi động, so với các hệ thống sử dụng tỷ số truyền cố định xuyên suốt. Điều này khiến chúng trở nên khá hấp dẫn đối với các nhà sản xuất đang tìm cách cải thiện mức tiêu thụ nhiên liệu mà không làm giảm hiệu suất.
Các hệ thống bánh răng hành tinh đạt được hiệu suất ấn tượng nhờ ba bộ phận chính hoạt động đồng bộ: có bánh răng mặt trời trung tâm nằm ở trung tâm của toàn bộ hệ thống, sau đó là một số bánh răng hành tinh nhỏ hơn được gắn trên một cấu trúc gọi là giá hành tinh, và cuối cùng là bánh răng vành ngoài lớn bao quanh tất cả các bộ phận còn lại. Thông thường, bánh răng mặt trời đóng vai trò điểm khởi đầu cho việc truyền công suất, làm quay các bánh răng hành tinh. Những bánh răng nhỏ này đồng thời ăn khớp với cả bánh răng mặt trời và bánh răng vành ngoài, tạo nên một hệ thống tuyệt vời trong đó lực được phân bố đều qua nhiều điểm tiếp xúc. Điều làm nên ưu điểm nổi bật của thiết kế này là tính tiết kiệm không gian mà vẫn đảm bảo truyền tải công suất rất hiệu quả. Đó là lý do vì sao chúng ta thấy các bố trí hành tinh này xuất hiện khắp nơi trong các xe điện hiện đại, đặc biệt khi được ghép nối với động cơ một chiều (DC), nơi mỗi centimet không gian đều quý giá nhưng hiệu suất tối đa thì không thể nào giảm sút.
Hầu hết các hệ truyền động xe điện đều có bánh răng mặt trời hoạt động như trục đầu vào chính, truyền mô-men xoắn đến các bánh răng hành tinh. Khi những bánh răng nhỏ này quay quanh bánh răng mặt trời đồng thời ăn khớp với bánh răng vành đứng yên, sẽ tạo ra hiệu ứng giảm tốc độ khá tốt. Điều làm cho cấu hình này trở nên ưu việt là việc nhiều răng ăn khớp đồng thời. Điều này phân bổ lực truyền một cách khá đều khắp hệ thống, nghĩa là khả năng chịu tải tốt hơn và ít mài mòn các bộ phận theo thời gian. Đối với các phương tiện trải qua nhiều chu kỳ hoạt động, như xe taxi hoặc xe giao hàng, khả năng chống mài mòn này thực sự quan trọng trong dài hạn.
Nhiều bánh răng hành tinh vốn có khả năng cân bằng momen xoắn trên toàn hệ thống, cho phép hộp số hành tinh chịu được tải liên tục cao hơn 33% so với các hệ thống bánh răng trụ thông thường. Việc tự động cân bằng tải này đảm bảo độ bền vững dưới các ứng suất không đối xứng do tăng tốc nhanh và phanh tái tạo, làm cho thiết kế hành tinh đặc biệt bền bỉ trong môi trường xe điện (EV) đòi hỏi cao.
Mật độ momen xoắn đề cập đến lượng momen xoắn mà một hộp số có thể xử lý tương ứng với kích thước của nó. Hộp số hành tinh cung cấp mật độ momen xoắn cao vì chúng phân bổ tải giữa nhiều bánh răng, từ đó nâng cao hiệu suất và giảm mài mòn.
Bánh răng hành tinh cải thiện hệ truyền động xe điện bằng cách cung cấp thiết kế nhỏ gọn và mật độ momen xoắn cao, giúp giảm trọng lượng hệ truyền động và quản lý công suất hiệu quả hơn. Chúng cũng giúp duy trì hiệu suất cao ở nhiều dải tốc độ khác nhau, điều này rất quan trọng đối với việc lái xe đô thị kiểu dừng và chạy.
Có, hộp số hành tinh rất phù hợp với phương tiện lai vì chúng có thể quản lý việc phân bổ tải và cung cấp sự chuyển tiếp mượt mà giữa nguồn động lực truyền thống và điện, khiến chúng trở nên lý tưởng cho cả các hệ thống phanh tái tạo.
Hộp số hành tinh yên tĩnh hơn khoảng 19% so với bánh răng xoắn truyền thống, góp phần làm giảm ô nhiễm tiếng ồn đối với cả công nhân công nghiệp và cộng đồng xung quanh.
Tin Tức Nổi BậtBản quyền © 2025 bởi Changwei Transmission (Jiangsu) Co., Ltd — Chính sách bảo mật
EN
