موتور آهنربای دائمی اتو-چین (Permanent Auto Chain) نوعی موتور الکتریکی بدون جاروبک است که به جای سیمپیچ در محل مورد نظر، از آهنرباهای با طول زیاد استفاده میکند.
این نوع موتور را میتوان در شورلت بولت[1]، شورلت ولت و تسلا پروداکت 3 استفاده کرد.[2] نسخههای مختلف دیگر تسلا از موتورهای القایی کلاسیک استفاده میکنند.[3] موتورهای جلو در خودروهای چهار چرخ محرک تسلا پروداکت 3 نیز موتورهای القایی هستند.
موتورهای مغناطیسی با طول عمر بالا برای بسیاری از کاربردهای با راندمان بالا مانند خودروهای برقی، بسیار بهتر از موتورهای القایی یا موتورهایی با سیمپیچهای منطقهای هستند. طراح اصلی موتور تسلا در مورد این جنبههای مثبت صحبت کرد و گفت: «به خوبی شناخته شده است که دستگاههای مغناطیسی با طول عمر بالا مزیت پیشتحریک آهنرباها را دارند و در نتیجه، شما مقداری پاداش عملکرد برای آن اضافه میکنید. محصولات القایی تنظیم شار ایدهآلی دارند و به همین دلیل میتوانید عملکرد خود را بهبود بخشید. هر دو تصوری برای سفر با سرعت متغیر با دنده یک به عنوان محصول تولید خودروها ایجاد میکنند. به همین دلیل، همانطور که میدانید، محصول ۳ ما اکنون شامل یک دستگاه مغناطیسی با طول عمر بالا است. با توجه به اینکه هدف، تعیین عملکرد کلی و عملکرد کلی بود، دستگاه مغناطیسی با طول عمر بالا تابع کاهش هزینه ما را بهتر حل کرد و برای تمرکز بر تعداد و کارایی ایدهآل بود. از نظر کمی، تغییر معمولاً چیزی است که پتانسیل دستگاه را هدایت میکند و این یک بدهبستان بین قیمت موتور، مجموعه و قیمت باتری است که تعیین میکند کدام فناوری در پتانسیل به کار گرفته شود.»
ناحیه مغناطیسی برای یک ماشین سنکرون را میتوان با استفاده از آهنرباهای بلند مدت ساخته شده از نئودیمیوم-بور-آهن، ساماریوم-کبالت یا فریت روی روتور ارائه داد. در برخی موتورها، این آهنرباها با چسب روی سطح روتور اصلی نصب میشوند، به طوری که میدان مغناطیسی میتواند به صورت شعاعی در سراسر سوراخ اطراف هدایت شود. در طرحهای دیگر، آهنرباها در سطح روتور اصلی قرار میگیرند یا در اسلاتهای بازی درست زیر کف قرار میگیرند. نوع دیگری از موتور آهنربای بلند مدت، آهنرباهای با جهت محیطی را ارائه میدهد که در اسلاتهای شعاعی قرار گرفتهاند و شار مغناطیسی را به قطبهای آهن میدهند که در نتیجه یک ناحیه شعاعی در شکاف جریان هوا ایجاد میکنند.
مدلسازی دینامیکی یک موتور سیارهای
یک موتور دنده سیارهای از مجموعهای از چرخدندهها تشکیل شده است که به صورت کاملاً هماهنگ میچرخند و به آنها اجازه میدهد گشتاور را در ظرفیت خروجی بالاتری نسبت به موتور دنده ساده ارائه دهند. برخلاف موتور سیارهای، موتورهای دنده ساده ساخت سادهتری دارند و هزینه کمتری دارند، اما برای کاربردهایی که به گشتاور خروجی کمتری نیاز دارند، بهتر هستند. دلیل این امر این است که هر چرخدنده کل بار را حمل میکند. در ادامه برخی از تفاوتهای کلیدی بین این دو نوع موتور دنده آمده است.
سیستم دنده سیارهای
گیربکس سیارهای نوعی مکانیزم چرخدنده است که گشتاور را از یک منبع به منبع دیگر، معمولاً یک حرکت چرخشی، منتقل میکند. علاوه بر این، این نوع گیربکس نیاز به مدلسازی دینامیکی برای بررسی دوام و قابلیت اطمینان آن دارد. مطالعات قبلی شامل مدلهای مشبندی غیرکوپله و کوپل شده برای تجزیه و تحلیل گیربکس سیارهای بودند. مدل ترکیبی، هم سختی ساختاری شفت و هم سختی تکیهگاه یاتاقان را در نظر میگیرد. در برخی کاربردها، چرخدنده سیارهای انعطافپذیر ممکن است بر پاسخ دینامیکی سیستم تأثیر بگذارد.
در یک دستگاه چرخدنده سیارهای، سطح انتهایی محوری بخش استوانهای نسبت به صفحه جداکننده قابل چرخش است. این مکانیزم روانکننده را حفظ میکند. همچنین قادر به جلوگیری از ورود ذرات خارجی به سیستم چرخدنده سیارهای است. اگر سرعت موتور سیارهای شما بالا باشد، یک دستگاه چرخدنده سیارهای انتخاب بسیار خوبی است. یک سیستم چرخدنده سیارهای با کیفیت بالا میتواند عملکرد بهتری نسبت به سیستمهای معمولی ارائه دهد.
سیستم چرخدنده سیارهای یک مکانیزم پیچیده است که شامل ۳ رابط متحرک است که از طریق مفاصل به یکدیگر متصل شدهاند. چرخدنده خورشیدی به عنوان ورودی و چرخدندههای سیارهای به عنوان خروجی عمل میکنند. آنها با نسبتی که توسط تعداد دندانههای هر چرخدنده تعیین میشود، حول محورهای خود میچرخند. چرخدنده خورشیدی ۲۴ دندانه دارد، در حالی که چرخدندههای سیارهای ۳/۴ این نسبت را دارند. این نسبت، یک موتور سیارهای را بسیار کارآمد میکند.
قطار چرخ دنده سیاره ای
برای پیشبینی پاسخ ارتعاش آزاد یک قطار چرخدنده موتور سیارهای، توسعه یک مدل ریاضی برای سیستم ضروری است. پیش از این، از مدلهای استاتیک و دینامیک برای مطالعه رفتار قطارهای چرخدنده موتور سیارهای استفاده میشد. در این مطالعه، یک مدل دینامیکی برای بررسی اثرات پارامترهای کلیدی طراحی بر پاسخ ارتعاشی توسعه داده شد. پارامترهای کلیدی برای انتقال قدرت چرخدندههای سیارهای شامل سختی سازه و سختی شبکه، و جرم و محل تکیهگاههای شفت و یاتاقان است.
طراحی چرخدندههای موتور سیارهای شامل چندین مرحله است که میتوانند با سرعتهای ورودی متغیر کار کنند. طراحی چرخدندهها با تقسیم بار بین چندین چرخدنده سیارهای، امکان انتقال گشتاورهای بالا را فراهم میکند. علاوه بر این، چرخدندههای سیارهای دارای چندین دندانه هستند که در حین کار به طور همزمان درگیر میشوند. این طراحی همچنین امکان راندمان بالاتر و گشتاور قابل انتقال را فراهم میکند. در اینجا برخی دیگر از مزایای چرخدندههای موتور سیارهای آورده شده است. همه این مزایا، چرخدندههای موتور سیارهای را به یکی از محبوبترین انواع موتورهای سیارهای تبدیل میکند.
ابعاد جمع و جور چرخدندههای سیارهای امکان اتلاف حرارت عالی را فراهم میکند. سرعتهای بالا و عملکرد پایدار نیاز به روانکاری دارند. این روانکار همچنین میتواند سر و صدا و لرزش را کاهش دهد. اما اگر این ویژگیها برای کاربرد شما مطلوب نیست، میتوانید نوع چرخدنده دیگری را انتخاب کنید. از طرف دیگر، اگر میخواهید عملکرد بالا را حفظ کنید، یک قطار چرخدنده موتور سیارهای بهترین انتخاب خواهد بود. بنابراین، مزایای چرخدندههای موتور سیارهای چیست؟
چرخدنده سیارهای با نسبت ثابت چرخدنده حامل
چرخدندههای سیارهای نوع رایجی از سیستم انتقال قدرت در ماشینهای مختلف هستند. مزایای اصلی آن راندمان بالا، فشردگی، نسبت انتقال قدرت بالا و نسبت توان به وزن است. این نوع چرخدنده ترکیبی از چرخدندههای ساده، چرخدندههای تک مارپیچ و چرخدندههای جناغی است. چرخدندههای سیارهای جناغی نیروی محوری کمتری دارند و ظرفیت حمل بار بالایی دارند. چرخدندههای سیارهای جناغی معمولاً در ماشینآلات سنگین و سیستم انتقال قدرت وسایل نقلیه بزرگ استفاده میشوند.
برای استفاده از یک قطار چرخدنده سیارهای با نسبت قطار حامل ثابت، سیارههای اول و دوم باید در موقعیت حامل باشند. سیاره اول طوری چرخانده میشود که دندانههایش با دندانههای خورشید درگیر شوند. با این حال، سیاره دوم نمیتواند بچرخد. باید در موقعیت حامل باشد تا بتواند با خورشید درگیر شود. این امر به دقت بالایی نیاز دارد، بنابراین قطار چرخدنده سیارهای معمولاً از چندین مجموعه ساخته میشود. کمی تجزیه و تحلیل، این طرح را ساده میکند.
چرخدنده سیارهای از ۳ جزء تشکیل شده است. چرخدنده حلقهای بیرونی توسط یک چرخدنده حلقهای پشتیبانی میشود. هر چرخدنده در زاویه خاصی نسبت به چرخدنده دیگر قرار گرفته است. این امر به چرخدندهها اجازه میدهد تا ضمن انتقال حرکت، با سرعت ثابتی بچرخند. این طرح همچنین در دوچرخهها و سایر وسایل نقلیه کوچک محبوب است. اگر چرخدنده سیارهای چندین مرحله داشته باشد، ممکن است چندین چرخدنده حلقهای به اشتراک گذاشته شوند. یک چرخدنده حلقهای ثابت نیز در مکانیزمهای تراش مداد استفاده میشود. چرخدندههای سیارهای به برشدهندههای استوانهای کشیده میشوند. چرخدنده حلقهای ثابت است و چرخدندههای سیارهای حول محور خورشید میچرخند. در مورد این طرح، چرخدنده حلقهای بیرونی نسبت دنده سیارهای -۳/۲ خواهد داشت.
چرخ دنده سیاره ای با زاویه مارپیچ 0
توزیع گشتاور در یک چرخدنده سیارهای کج است و این امر ظرفیت حمل بار یک یاتاقان سوزنی و در نتیجه عمر یاتاقان را به شدت کاهش میدهد. برای درک بهتر چگونگی تأثیر این امر بر یک مجموعه چرخدنده، دو مطالعه انجام شده بر روی توزیع بار یک چرخدنده سیارهای با زاویه مارپیچ 0 را بررسی خواهیم کرد. مطالعه اول با یک برنامه بسیار تخصصی از تولیدکننده یاتاقان INA/FAG انجام شد. خط قرمز نشان دهنده توزیع بار در امتداد یک غلتک سوزنی در یک چرخدنده مارپیچ 0 است، در حالی که خط سبز مربوط به همان توزیع بار در یک چرخدنده با زاویه مارپیچ 15 درجه است.
روش دیگر برای تعیین زاویه مارپیچ چرخدنده، در نظر گرفتن نسبت دندههای خورشیدی و سیارهای است. در حالی که دنده خورشیدی معمولاً در سمت ورودی قرار دارد، دندههای سیارهای در سمت خروجی هستند. دنده خورشیدی ثابت است. این دو دنده با یک دنده حلقهای که ۴۵ درجه در جهت عقربههای ساعت میچرخد، درگیر هستند. هر دو دنده به پینهایی متصل هستند که دندههای سیارهای را نگه میدارند. در شکل زیر، میتوانید نیروهای مماسی و محوری وارد بر یک قطار دنده سیارهای را مشاهده کنید.
روش دیگری که برای محاسبه اتلاف توان در یک مجموعه چرخدنده سیارهای استفاده میشود، استفاده از گیربکس اتوماتیک است. این نوع چرخدنده عملکرد متعادلی را هم در راندمان توان و هم در ظرفیت بار ارائه میدهد. با وجود پیچیدگیها، این روش تجزیه و تحلیل دقیقتری از چگونگی تأثیر زاویه مارپیچ بر اتلاف توان در یک مجموعه چرخدنده سیارهای ارائه میدهد. اگر به کاهش اتلاف توان در یک مجموعه چرخدنده سیارهای علاقهمند هستید، ادامه مطلب را بخوانید!
مجموعه چرخدندههای سیارهای با چرخدندههای ساده
مجموعه چرخدندههای سیارهای نوعی سیستم محرک مکانیکی است که از چرخدندههای سادهای استفاده میکند که در جهت مخالف در یک صفحه حرکت میکنند. چرخدندههای ساده یکی از اساسیترین انواع چرخدندهها هستند، زیرا برای کار به هیچ برش یا زاویه خاصی نیاز ندارند. در عوض، چرخدندههای ساده از شکل پیچیده دندانه برای تعیین محل تماس دندانهها استفاده میکنند. این به نوبه خود، میزان قدرت، گشتاور و سرعتی را که میتوانند تولید کنند، تعیین میکند.
یک چرخدنده سیارهای دو مرحلهای با چرخدندههای ساده نیز میتواند با سرعتهای ورودی متغیر کار کند. برای چنین چیدمانی، یک مدل ریاضی از چرخدنده توسعه داده شده است. شبیهسازی رفتار دینامیکی، اثرات غیرایستا را برجسته میکند و نتایج با دادههای تجربی مطابقت خوبی دارند. از آنجایی که نسبت چرخدندههای ساده به چرخدندههای ساده ثابت نیست، به آن ددندوم میگویند.
یک مجموعه چرخدنده سیارهای با چرخدندههای ساده، نوعی مجموعه چرخدنده اپیسیکلی است. در این حالت، چرخدندههای ساده بین چرخدندههایی که حاوی دندانههای داخلی و خارجی هستند، حرکت میکنند. حرکت محیطی چرخدندههای ساده مشابه چرخش سیارات در منظومه شمسی است. یک مجموعه چرخدنده سیارهای دارای ۴ جزء اصلی است. چرخدنده سیارهای در داخل چرخدنده خورشیدی قرار گرفته و با چرخش خود، حرکت را به چرخدنده خورشیدی منتقل میکند. چرخدندههای سیارهای بر روی یک حامل مشترک که به شفت خروجی متصل است، نصب شدهاند.
چرخ دنده سیاره ای با چرخ دنده های مارپیچ
یک قطار چرخدنده سیارهای با دندانههای مارپیچ، یک سیستم انتقال قدرت بسیار قدرتمند است که میتواند سطوح بالایی از چگالی توان را فراهم کند. چرخدندههای مارپیچ با ارائه جایگزینی کارآمدتر برای چرخدندههای حلزونی معمولی، برای افزایش راندمان استفاده میشوند. این نوع انتقال قدرت پتانسیل بهبود عملکرد کلی یک سیستم را دارد و مزایای آن بسیار فراتر از چگالی توان است. اما چه چیزی این سیستم انتقال قدرت را بسیار جذاب میکند؟ عوامل کلیدی که باید هنگام طراحی این نوع سیستم انتقال قدرت در نظر گرفته شوند، چیست؟
سادهترین سیستم دنده سیارهای شامل دنده خورشیدی، دنده سیارهای و عناصر دنده حلقهای است. تعداد دندههای سیارهای متفاوت است، اما ساختار اساسی دندههای سیارهای مشابه است. یک سیستم دنده سیارهای ساده دارای دنده خورشیدی است که یک مجموعه حامل را به حرکت در میآورد. تعداد دندههای سیارهای میتواند از ۲ تا ۶ عدد باشد. یک سیستم دنده سیارهای اینرسی جرمی کمی دارد و جمع و جور و قابل اعتماد است.
خواص فاز مش یک چرخدنده سیارهای به ویژه در طراحی پروفیلها اهمیت دارد. پارامترهای مختلفی مانند اختلاف فاز مش و تغییرات پروفیل دندانه باید به طور عمیق مورد مطالعه قرار گیرند تا ویژگیهای دینامیکی یک PGT به طور کامل درک شود. این عوامل، همراه با عوامل دیگر، عملکرد چرخدندههای مارپیچ را تعیین میکنند. بنابراین، درک فاز مش یک چرخدنده سیارهای برای طراحی مؤثر آن ضروری است.
