A bolygóműves
sebességváltók
Mint szó volt róla, az átkötött bolygómű
átkötő eleme lehet egy kikötött bolygómű. Ennek elvi vázlata itt látható:
Példaként vegyünk két egyszerű, P(P)N
típusú bolygóművet, melyeket az alábbi rajz szerint kötöttünk össze. Ennek
az összetett bolygóműnek a "képlete": P'x1
(P)'y
N'2
+
P"1x
(P)"2
N"0
, ahol x jelzi
a bemenő tengelyt, y a
kimenőt, a 0
a befékezett elemet, az arab számok az összeköttetés sorszámát. Esetünkben
az egyik összeköttetés a P"1x
és a P'x1
napkerék között létesült, a másik a (P)"2
forgattyús kar az N'2gyűrűs
kerék között..
A fokozat áttételét először grafikusan
állapítjuk meg. Mivel két bolygóműről van szó, a Kutzbach féle szerkesztést
kétszer kell elvégezni. Célszerű (de nem szükségszerű) először a kikötött
(kék színű) bolygóművel kezdeni. Itt a gyűrűkerék fordulatszáma zérus.
Vegyük fel a bemenő tengely fordulatszámához tartozó pillanatnyi
kerületi sebesség 1
vektorát, ennek végpontját összekötjük az 2
vektor végpontjával (zérus!).
A ferde egyenes
a 3
vonalon kimetszi a kikötött bolygómű forgattyújának
pillanatnyi kerületi sebességét. Mindkét tengely fordulatszámát fekete
vonallal kivetítjük az n
egyenesre. A bolygóművek kapcsolódásából következik, hogy az így kapott
két fordulatszám megegyezik a másik bolygóműmegfelelő
tengelyeinek a fordulatszámával: n"3
= n'2 és n"1
= n'1. Ezt a két fordulatszámot
(a fordulatszámot modellező "emelőkart" - ha emlékszünk a mechanikai modellre)
átmásoljuk a Z
távolságra lévő másik ábrába. Ezek ott az 1
és 2
egyenesen
kimetszik az oda tartozó sebességvektorok végpontját. A két végpontot összekötve,
megkapjuk a harmadik kerületi sebesség vektorát, a 3
forgattyújét. Ennek végpontját kivetítve a fordulatszámok egyenesére, megkapjuk
az n'3 (kimenő) fordulatszámot.
Természetesen nincs értelme a két bolygóműhöz tartozó szerkesztést külön-külön
ábrán elvégezni: a harmadik rajzon az előző két szerkesztés összevontan
látható.
Emlékezve a mechanikai modellre, itt
is érzékelhető a két bolygómű vektorainak összefüggése. Akármelyik emelőkar
dőlését megváltoztatjuk, a hozzájuk tartozó vektorok együtt nyúlnak vagy
rövidülnek mindkét bolygóműben.
Egyébként
az így kapott diagramról az előző fejezetben tárgyalt kikötött bolygómű
áttétele is kiolvasható: az n'2fordulatszámot
vesszük zérusnak, azaz onnan mérjük a ki- és a bemenő tengelyek fordulatszámát:
a két tengely "fordulatszám-vektorának" aránya, azaz az áttétel ugyanakkora.
Ez
a körülmény is arra mutat rá, hogy a két bolygómű közül akármelyiket kiköthetjük,
két - egymástól különböző - áttételt kapunk. Valóban, ha megteremtjük ennek
a lehetőségét, azaz mindkét bolygóműhöz alkalmazunk féket, akkor kétfokozató
váltóművet kapunk (az elmaradhatatlan tengelykapcsoló persze egy harmadik
- a direkt - fokozat kapcsolását teszi lehetővé).
Az
áttételt természetesen analitikus módszerrel is meghatározhatjuk. Ehhez
kétszer kell felírni a kinematikai alapegyenletet, azon kívül az egyenletrendszer
megoldásához még további három "egyenletecskére" van szükség, melyek a
két bolygómű kapcsolatát, illetve a "felesleges" szabadságfok lekötését
írja le. Az egyenletrendszert úgy oldjuk meg, hogy az egyenlet egyik oldalára
kerüljön a ki-, illetve a bemenő tengely szögsebességének a hányadosa,
a másik oldalra pedig a két alapáttétel.
A tisztán bolygóművekből álló sebességváltókban, így például az alább
látható klasszikus Wilson-váltóban még több bolygómű található. A váltó
"képlete":
ahol a ? kérdőjel a fékezési lehetőségeket jelzi (természetesen
egyidejűleg csak egy elemet szabad fékezni, azaz csak egy kérdőjel helyére
lehet 0-t írni). A K
a tengelykapcsolóval való rövidrezárás lehetőségét jelzi. (Mint látható,
a 2-es kapcsolat például mind
a négy bolygóművet összeköti.)
Az ilyen összetett bolygómű úgy jön létre, hogy minden újabb bolygómű
úgy kapcsolódik az előzőekhez, hogy három tengelye közül kettő "rá van
kötve" a már ott lévő tengelyek közül valamelyik kettőre. (Az összekötések
variálhatósága meglehetősen nagy!) Így azután lehetséges, hogy például
egy átkötött bolygóműnek az átkötő eleme szintén bolygóművel átkötött másik
bolygómű. Ilyenkor három bolygómű van kapcsolatban egymással. Ez a helyzet
például a Wilson-váltó harmadik fokozatában is, azaz az F3
fék
működtetésekor. Ekkor a piros, a kék és a zöld bolygómű vesz részt a hajtásban.
(A sárga bolygómű a hátramenet kapcsolására szolgál.)
A harmadik fokozat áttételének grafikus meghatározását mutatja a mellékelt
ábra. Mivel mindhárom bolygómű geometriai mérete azonos, ezét csak három
egyenes látható a kerületi sebességek vektorai számára.
A
szerkesztést itt is célszerű a kikötött (zöld)
bolgyóművel kezdeni. Első lépésként vegyünk fel egy tetszőleges hosszúságú
vektort a zöld gyűrűkeréknél (1).
Innen húzzunk egyenest a zöld napkerékhez
(2).
Ez kimetszi a zöld forgattyúkar vektorát,
amit berajzolunk (3).
Mivel ez együtt forog a kék bolygómű gyűrűkerekével,
a sugárral kivetítjük oda (4), s így megkapjuk annak sebességvektorát
(5).
Tudjuk, hogy a zöld gyűrűkerék viszont együtt
forog a kék forgattyúval, ezért a sugárral
levetítjük (6) a hozzá tartozó
vektorhosszat, s megrajzoljuk a vektort (7).
A két ismert kék vektor végpontján átfektetett
egyenes (8)
kimetszi a kék napkerék sebességvektorát (9).
Mivel ez egyben a bemenő tengely szögsebességét is megadja, ezért azt kivetítjük
a szögsebességek egyenesére (10).
Most áttérünk a harmadik (piros) bolygóműre, melynek napkereke együtt forog
a kék napkerékkel, kerületi sebességük tehát egyforma (11),
gyűrűkereke viszot együtt forog a zöld gyűrűkerékkel, a sebességvektora
tehát szintén ismert (12).
E két vektor végpontját összekötő egyenes kimetszi (13)
a piros forgattyú vektorának hosszát (14).
Mivel a piros forgattyús tengely egyben a
kimenő tengely is, ezért az utoljára kapott vektort is kivetítjük a szögsebességek
egyenesére (15). A két szögsebesség
hosszát összevetve megkapjuk az áttételt.
Ha további sebességváltó-típusokkal akar megismerkedni, akkor
oldja meg a példákat.
Befejezésül néhány szót az egyesített bolygóműről. Ha két vagy
több bolygóművet összekötünk (két-két tengelyük összekapcsolásával), azaz
"összetett bolygóművet" hozunk létre, akkor előfordulhat, hogy két, egymással
összekötött fogaskerék átmérője azonos.
Ilyenkor
két fogaskereket megtakaríthatunk, ha egyesítjük azokat, amint az itt látható.
Eredetileg a P(P)N és egy P(PP)P)N
egyszerű bolygóművet kötöttünk össze, de a számítások eredményeként az
jött ki, hogy a két gyűrűkerék, s a velük kapcsolódó napkerekek átmérője
lehet egyforma. Ezeket "összetolva" olyan bolygóművet kapunk, aminek négy
kivezetett tengelye van, azaz eggyel több, mint az egyszerű bolygóműnek.
Az egyesített bolygóműre a Kutzbach-féle szerkesztés könnyen elvégezhető,
az analitikus elemzéshez azonban előbb "szét kell szedni" a bolygóművet,
hogy felírhassuk a szükséges egyenleteket. Ha olyan bolygóművel találkozunk,
amelynek öt kivezetett (kivezethető) tengelye van, akkor tudni kell, hogy
az három bolygómű egyesítésével jött létre.
Egyesített bolygóműveket előszeretettel alkalmaznak hidromechanikus
váltóművekhez (például a fenti a FORD-O-MATIC-ban jelent meg először).
Amint arról korábban volt szó, egy egyszerű bolygóművel hat áttételt
(fokozatot) lehet megvalósítani attól függően, hogy a három tengely közül
melyiket fékezzük, melyik a bemeneti, melyik a kimeneti tengely. Néhány
sikertelen próbálkozás után nemrég megjelent egy olyan
sebességváltó, amelyikben négy bolygómű van, de a bekötések variálásával
kilenc (!) előremeneti, s egy hátrameneti áttételt (fokozatot) lehet
kapcsolni.
És itt a legmodernebb
bolygóműves sebességváltó vázlata! |