چرخ دندهای سیاره ای

چرخدنده سیاره ای

قبل از اینکه به سراغ چرخدنده سیارهای برویم لازم است تعریفی از سیستم انتقال قدرت داشته باشیم.
در اینجا به تعریفی از سیستم انتقال نیرو در سیستم اتوماتیک اتومبیل می پردازیم :

سیستم انتقال نیرو چیست؟

سیستم انتقال نیرو مجموعه ای است که به انتهای موتور متصل است و قدرت موتور را به چرخ های محرک می رساند. هر اتومبیل در محدوده ی خاصی از دور موتور RPM (Reudution PER Minute) به حداکثر کارکرد خود می رسد. یک سیستم انتقال نیروی مناسب ضمن نگهداشتن دور موتور در این محدوده قدرت موتور را به چرخ های محرک انتقال می دهد تا اتومبیل به بهترین وجه رانده شود. این کار به وسیله ی ترکیب دنده ها و محورهای متعدد صورت می گیرد. زمانی که اتومبیل روی دنده ی یک است، دور موتور بسیار بالا تر از دور چرخ های محرک است. در حالی که در دنده های بالا موتور حتی در سرعت های بالا تر از 70 MPH (110km/h ) آزاد کار می کند. به غیر از دنده های جلو هر گیر بکس اتوماتیک دارای یک وضعیت خلاص است که سیستم انتقال نیرو را از چرخ های محرک جدا می کند. دنده ی عقب باعث می شود که چرخ های محرک در جهت معکوس گردش کنند که اجازه ی عقب رفتن به اتومبیل می دهد. در نهایت در این گیربکس ها یک وضعیت پارک (park position) نیز وجود دارد. در این وضعیت یک مکانیزم قفل کننده درون شفت اصلی وارد می شود و چرخ های محرک را قفل می کند تا آن ها را از چرخش باز دارد.
دو نوع سیستم انتقال نیرو وجود دارد:
1) دفرنسیال عقب (rear wheel drive)

2) دفرنسیال جلو(front wheel drive)

در اتومبیل های دیفرانسیل عقب سیستم انتقال نیرو معمولا پشت موتور ، زیر برآمدگی وسط کف اتومبیل در امتداد پدال گاز سوار می شود. برای اتصال محور محرک که عقب اتومبیل قرار دارد به سیستم انتقال قدرت از یک میل گردان (drive shaft) استفاده می شود تا قدرت را به محور انتقال دهد. شار قدرت در این سیستم ها ساده است؛ به صورتی که قدرت به صورت مستقیم از اتومبیل به مبدل گشتاور (torque converter) و سپس سیستم انتقال قدرت و میل گردان(drive shaft)منتقل می شود تا جایی که به محور محرک (final drive) برسد و در آن جا تقسیم شده و به دو چرخ فرستاده می شود.

در یک اتومبیل دیفرانسیل جلو ، سیستم انتقال قدرت و محور جلو با هم ترکیب شده و قطعه ای به نام ترانس اکسل (transaxle) ساخته می شود. در اتومبیل های دیرانسیل جلو موتور اصولا به صورت عرضی سوار می شود و اکسل در پایین، جلوی موتور قرار دارد. محور های جلو مستقیما به اکسل متصلند و نیروی رانشی چرخ ها را فراهم می کند. در چنین ساختاری شار قدرت از موتور به سمت مبدل گشتاور جاری می شود و سپس توسط سلسله شاره گر هایی پس از تغییر جهت °180 به سمت سیستم انتقال نیرو که در کنار موتور است می رود. در این قسمت قدرت از طریق سیستم انتقال قدرت مستقیما به محور محرک فرستاده می شود و پس از تقسیم به چرخ ها منتقل می شود.
چینش های دیگری در اتومبیل های دیفرانسیل جلو که موتور آن ها به صورت طولی قرار می گیرد، وجود دارد. همچنین خودرو هایی موجود است که هر دو محور عقب و جلو در آن ها محور محرک است؛ اما دو سیستم فوق الذکر معمول ترین چینش های انتقال قدرت هستند. از جمله ی دیگر چینش ها می توان به مدلی اشاره کرد که موتور، سیستم انتقال و تبدیل نیرو و محور محرک همگی در قسمت عقب ماشین قرار دارند. این چینش یشتر در ماشین های پورشه(Porsche) معمول است.

اجزای سیستم انتقال نیرو:

سیستم های انتقال نیروی اتوماتیک مدرن از قطعات بی شماری تشکیل شده اند که همه به صورت یک سیستم مکانیکی، هیدرولیکی، الکترونیکی هوشمند کار می کنند. این تکنولوژی در طول سال های گذشته توسط افراد مستعد رشد و نمو داشته است. در این جا با توضیحات ساده و به دور از پیچیدگی های خاص به شرح کار می پردازیم. برای تصور کردن نحوه ی کار قطعات باید در تصور خود آن ها را مجسم کنید.
قطعات اصلی تشکیل دهنده ی یک سیستم انتقال نیروی اتوماتیک عبارت اند از:
a) گروه دنده های سیارکی ( (set planetary gearسیستم هایی مکانیکی اند که نسبت دور موتور و چرخ ها را تنظیم می کنند.
b) سیستم هیدرولیکی (hydraulic system) که با فشار روغن را توسط پمپ روغن از طریق محفظه ی سوپاپ به گیربکس می فرستد تا کلاچ ها و رشته ها عمل کنند و در نتیجه گروه دنده های سیارکی کنترل می شوند.
c) آب بند ها و واشرها (seals & gaskets) که برای جلوگیری از نشت روغن پر فشار استفاده می شوند.
d) مبدل گشتاور پیچشی (torque Converter) که شبیه به یک کلاچ عمل می کند و به اتومبیل در حالی که در دنده است و موتور در حال گردش با دور بالاست ، اجازه ی ایست یا کم کردن سرعت می دهد.
e) گاورنور ((governor و تعدیل کننده (modulator) که سرعت اتوموبیل ، وضعیت پدال گاز را کنترل می کند تا زمان تعویض دنده را محاسبه کند. در ماشین های جدید تر تعویض دنده توسط کامپیوتر کنترل می شود. کامپیوتر از بوبین های کوچک برای ارسال روغن در زمان مناسب به جزء مناسب برای تعویض دنده استفاده می کند.

دستگاه دنده خورشیدی:

تعریف اولیه: یکی از جالب ترین چرخ دنده هایی که اختراع شده است، چرخ دنده خورشیدی است. فرض کنید می‌خواهید دو چرخ دنده داشته باشید که سرعت یکی n برابر دیگری باشد، اما جهت چرخش آنها با هم یکی باشد. برای این کار از چرخ دنده خورشیدی استفاده می شود.

مجموعه چرخدنده سیاره ای

یک مجموعه خورشیدی و یا سیاره ای مطابق شکل شامل یک دنده خورشیدی یا دنده مرکزی (زرد) که با دنده های هرز گرد سیاره ای یا پنیونها که روی محور نگهدارنده ان به طور یکپارچه روی قفسه یا حامل سیاره ای(سبز) قرار گرفته و قفسه هم در داخل دنده داخلی یا رینگی(ابی) احاطه شده است. محور چرخ دنده خورشیدی ثابت و محور چرخ دنده های سیاره ای متحرک است . مجموعه چرخ دنده های اپی سیکلیک (سیاره ای)اغلب زمانی مفید هستند که نسبت سرعت به گشتاور زیادی در یک مجموعه فشرده از چرخ دنده ها مورد نیاز باشد.
تنش های محرک روی دندانه های زیادی وارد میشود و بنابراین بار متعادل میگردد درنتیجه این طرح دوام زیادتری پیدا میکند . دنده های خورشیدی نسبت به دنده های استاندارد میتوانند مقاومتر باشند وگشتاورهای زیاد را انتقال دهند.
عضوهای مجموعه خورشیدی (رینگی ،خورشیدی ،قفسه )در گیربکسهای اتوماتیک به وسیله ی کلاچ ها و باندهایی ثابت و یا محرک میشوند. در حالت کلی میتوان پنج حالت مختلف را در مجموعه مورد بررسی قرار داد.البته باید دانست که مجموعه نمیتواند پنج حالت را در گیربکس داشته باشد.در گیربکس ها برای ایجاد نسبت دنده ی مناسب از دو و یا سه مجموعه استفاده میکنند.
برای بررسی حالت ها باید به چند نکته توجه کرد
تعداد دنده های خورشیدی منظور از محرک ،عضوی است که گشتاور ورودی به ان وارد میشود و نیرو را به عضو متحرک منتقل میکند.

نسبت دنده برابر است با تعداد دنده های متحرک تقسیم بر تعداد دنده های محرک

حالت های مختلف موجود در دستگاه :

1)قانون خلاص : هیچ عضوی درگیر نمی باشد.
2)قانون مستقیم که کافی است دو عضو با هم یکپارچه شوند.
3) دنده عقب : در این حالت قفسه ثابت می شود و دو حالت خواهیم داشت که حالت مطلوب ان این است که خورشیدی محرک باشد و رینگی متحرک باشد. چون در این حالت افزایش گشتاور خواهیم داشت .حالت دوم افزایش نسبت دنده خواهیم داشت که برای دنده عقب مناسب نیست.
4) قانون دنده سنگین : که دو حالت دارد
(قفسه متحرک – رینگی محرک – خورشیدی ثابت)
( قفسه متحرک– رینگی ثابت – خورشیدی محرک )بیشترین افزایش گشتاور
5)قانون اور درایو:
(قفسه محرک – رینگی ثابت – خورشیدی متحرک )بیشترین افزایش نسبت دنده
(قفسه محرک – رینگی متحرک – خورشیدی ثابت)

بررسی انتقال قدرت در مجموعه خورشیدی

برای بررسی حالت ها باید ادراک خوبی داشت تا جهت دور اجزا را مجسم کرد. اگر ماکت این مجموعه را داشته باشید درک آن آسان تر خواهد بود .
برای هر دنده باید جهت دور خورشندی ،رینگی ، قفسه و پنیون ها را باید درنظر گرفت.

جهت چرخش رینگی و پنیون همواره موافق یکدیگرند به علت دنده داخلی بودن رینگی و جهت چرخش خورشیدی و پنیون مخالف یکدیگرند همانند دو چرخ دنده ی خارجی

بررسی یکی از حالت ها (قانون دنده سنگین )خورشیدی محرک - قفسه متحرک - رینگی ثابت

همانطور که مشاهده میکنید قدرت (دور) از خورشیدی که موافق عقربه های ساعت میچرخد به قفسه منتقل میشود ،چون رینگی ثابت است در نتیجه پنیون ها مخالف میچرخند. جهت چرخش قفسه (خروجی ) در جهت موافق خواهد بود چون راه گریزی ندارد.
در جدول زیر حا لت های کلی انتقال نیرو در مجموعه ی چرخدنده به نمایش در آمده است :

حالات مختلف	دنده رینگی	قفسه	خورشیدی
1	خروجی	ورودی	قفل
2	ورودی	خروجی	قفل
3	خروجی	قفل	ورودی
4	ورودی	قفل	خروجی
5	قفل	خروجی	ورودی
6	قفل	ورودی	خروجی
7	دو جزء قفل است=>حالت 1:1
8	هیچ جزئی قفل نیست=>حالت خلاص

کاربرد چرخدنده سیاره ای:

یک مورد کاربرد چرخدنده سیاره ای در سیستم تعویض دنده طراحی شده برای گیربکس‌های اتوماتیک موسوم به سیستم تعویض دنده آنتونو می‌باشد. در گیربکس‌های اتوماتیک مرسوم، تعویض دنده از یک دنده به دنده دیگر به صورت پله‌ای اتفاق می‌افتد و این باعث تغییر لحظه‌ای سرعت می‌گردد. در سیستم آنتونو، در حالت گذر از یک دنده به دنده دیگر، سیستم کلاچ وظیفه انتقال قدرت را بعهده می‌گیرد، لذا هیچ وقت انتقال نیرو از موتور به چرخ منقطع نمی‌شود. همین امر موجب می‌شود که احساس رانندگی بهتری بوجود آید. سیستم تعویض دنده خودکار آنتونو (AAD) از یک ایده کاملاً واضح و ساده استفاده می‌کند. تغییر دنده‌ها بوسیله دو نیرویی که بطور طبیعی در حین انتقال قدرت بوجود می‌آیند صورت می‌گیرد. دو نیرویی که جایگزین المانهای مصرف کننده انرژی در گیربکسهای اتوماتیک موجود می‌شوند. یکی از این دو نیرو، نیروی محوری ایجاد شده در اثر درگیری چرخ‌دنده‌های مارپیچ است که تمایل دارد چرخ دنده‌های درگیر را در امتداد شفت‌هایشان از یکدیگر دور کند. دیگری نیروی گریز از مرکز ایجاد شده بوسیله اجسام دوار می‌باشد. اگر تعادل بین این دو نیرو یعنی نیروی گریز از مرکز و نیروی محوری در یک نمونه کلاچ بررسی شود، عملکرد این سیستم بهتر درک می‌شود. کاملاً باز می‌شود. بدین ترتیب نسبت تبدیل کاهنده (دنده یک) بطور یکنواخت ایجاد می‌گردد.در حین شتاب، گشتاور از طریق شفت ورودی اعمال می‌شود. نیروی محوری ایجاد شده از درگیری چرخ دنده‌های مارپیچ، چرخ‌دنده حلقه‌ای را به سمت باز شدن کلاچ رانده و آن را در وضعیت باز نگه می‌دارد و در نتیجه انتقال قدرت از طریق مجموعه چرخ دنده سیاره‌ای اتفاق افتاده و یک نسبت تبدیل کاهنده دور که اولین نسبت تبدیل است شکل می‌گیرد. در این حالت چرخ دنده خورشیدی مجموعه سیاره‌ای با کمک یک سیسم جانبی قفل است. در وضعیت انتقالی (حالت گذر از دنده یک به دو) نیروی محوری با نیروی گریز از مرکز برابر می‌شود و کلاچ شروع به لغزش می‌کند به محض اینکه این لغزش افزایش می‌یابد نیروی محوری کاهش خواهد یافت. بخشی از توان از طریق کلاچ انتقال می‌یابد که باعث می‌شود نیروی محوری بطور تصاعدی حذف شده و کلاچ بطور کامل بسته شود. در این حین، نسبت تبدیل بصورت پیوسته تا لحظه یکی شدن دور شفت ورودی و خروجی که نسبت تبدیل دوم است، کاهش می‌یابد. در حین حرکت در دنده دو که هیچ نسبت تبدیلی از طریق چرخ‌دنده‌ها صورت نمی‌گیرد، نیروی گریز از مرکز از نیروی محوری که در این حالت مقدار آن صفر است بزرگتر بوده و کلاچ را همواره بسته نگه می‌دارد. در این حال به منظور کاهش استهلاک چرخ‌دنده‌های مجموعه سیاره‌ای می‌توان قفل چرخ‌دنده خورشیدی مجموعه را برداشت.
در فرایند دنده معکوس، در اثر افزایش بار روی شفت خروجی یا کاهش گشتاور روی شفت ورودی دور پایین می‌آید. با پایین آمدن دور، نیروی گریز از مرکز کاهش یافته و دیگر برای بسته نگه داشتن کلاچ کافی نبوده و بنابراین لغزش کلاچ شروع خواهد شد. به محض شروغ لغزش مجموعه، چرخ‌دنده خورشیدی مجدداً فعال شده و در اثر نیروی محوری درگیری چرخ‌دنده‌های مارپیچ، کلاچ کاملاً باز می‌شود. بدین ترتیب نسبت تبدیل کاهنده (دنده یک) بطور یکنواخت ایجاد می‌گردد.