A bolygóműves sebességváltó-fokozat

Többször volt szó arról, hogy a bolygómű kétszabadságfokú mechanizmus. A sebességváltó viszont mindig egyszabadságfokú: a bemenő tengely forgatásakor a kimenő tengely forgása minden sebességfokozatban egyértelmű. Ha bolygóművel akarunk sebességfokozatot megvalósítani, akkor a bolygóműnek az egyik szabadságfokát el kell venni. Legegyszerűbb, ha a három tengely közül valamelyiknek nulla fordulatszámot írunk elő, ami azt jelenti, hogy a házhoz kötjük, azaz kikötjük. A gyakorlatban ehhez féket (szalagféket vagy soklemezes "tengelykapcsolót") alkalmazunk. Az alábbi ábra mutatja, hogy egy adott alapáttételű bolygóművel első lépésben háromféle valóságos áttételt valósíthatunk meg, attól függően, hogy mit kötünk ki. (Az áttételt az alapegyenlet segítségével kapjuk meg: a kiválasztott szögsebességet zérusnak vesszük, a másik kettőből hányadost képezünk.)

A valóságban azonban a tényleges áttételek száma nem három, hanem hat, mivel a hajtásirányt megfordíthatjuk: az y tengely lesz a bemenő, az x tengely a kimenő tengely. A három új áttétel az előző háromnak a reciproka.

Másfelöl viszont, ha egy konkrét áttételt akarunk megvalósítani kikötött bolygóművel, bármilyen típust alkalmazhatunk, csak arra kell ügyelni a kikötésre kerülő tengely kiválasztásakor és az alapáttétel megállapításakor, hogy azok összhangban legyenek. Az alábbi ábrán négy különböző alapáttételű, különböző típusú bolygóművet láthatunk olyan bekötéssel, hogy a kapott áttétel mindegyiknél egyformán - 1:4 (hátramenet). Az ötödik (sárga alapú) ábrácska mutatja a kikötött bolygóművel megvalósított sebességvátó-fokozat általános alakját: a konstruktőr szabadon választhatja meg a B bolygómű típusát, s ahhoz kell meghatároznia az alapáttételt és bolygómű bekötési módját.

Sebességváltóról lévén szó, az egyes fokozatokat időnként váltani kell. A bolygómű kikötött tengelyét tehát időnként fel kell tudni szabadítani. Az alábbi ábrán tehát a bolygóművet nem csak kikötve ("földelve") láthatjuk, hanem szalagfékkel felszerelve is. Mivel azonban a "felesleges" szabadságfokot le kell kötni, egy surlódásos tengelykapcsolót is alkalmazunk. Ennek zárásakor úgy fosztjuk meg a bolygómű egyik szabadságfokától, hogy rákényszerítjük, forogjon együtt a bemenő tengellyel. Nem kell magyarázni, hogy ilyenkor a harmadik tengely is együtt forog a bemenő tengellyel, azaz "direkt" fokozatot kapunk. A negyedik ábrácska tehát egy olyan kétfokozatú sebességváltó elvi felépítését mutatja, amelynek az egyik fokozata (behúzott fék, oldott tengelykapcsoló) valamilyen fordulatszám-módosítást eredményez, a másik fokozata (oldott fék, zárt tengelykapcsoló) pedig a direkt fokozat. Ha sem a fék, sem a tengelykapcsoló nincs bekapcsolva, akkor "üresben" áll a sebességváltó.

A fenti sebességváltó direkt fokozatát tehát a bolygómű korábban kikötött tengelyének átkötésével valósítottuk meg. Az átkötő elem egy mechanikus tengelykapcsoló volt. Sok sebességváltóban a mechanikus tengelykapcsoló helyett hidrodinamikus tengelykapcsolót alkalmaztak átkötő elemként, ahogy az az alábbi ábrán látható.

Ez a "direkt" fokozat természetesen csak a nyomatékmódosítás (illetve nem-módositás) vonatkozásában direkt! Arról van szó, hogy itt a hidrodinamikus tengelykapcsoló karakterisztikájának a módosítására használjuk a bolygóművet, aminek az alapáttételétől és bekötési módjától függően három eset lehetséges, amint azt az alábbi ábra mutatja. Az első esetben a teljesítmény a bolygómű három tengelye közül kettőn befelé áramlik, a harmadikon kifelé. (A teljesítményáramlás irányának megállapításához a szögsebesség-egyenletet és a nyomaték-aránypárokat kell használni.) Mint látható, itt teljesítményelágazásról van szó: A motor teljesítményének csak egy része megy keresztül a - rossz hatásfokú - hidrodinamikus tengelykapcsolón, igaz viszont, hogy az egység "rugalmassága" rosszabb a magában használt tengelykapcsolóénál. A bolygómű alapáttélének változatásával növelhetjük a tengelykapcsolón áthaladó teljesítményt, amikor is az egység karakterisztikája közelít a tengelykapcsolóéhoz, de csökkenthetjük is, és akkor az egység mindinkább úgy viselkedik, mint egy merev, mechanikus tengelykapcsoló. Az ilyen - optimalizált teljesítménymegosztású - egységet második sebességfokozatként célszerű alkalmazni.

A másik két esetben teljesítménycirkuláció jön létre: a teljesítmény többször áthalad a hidrodinamikus tengelykapcsolón, minek eredményeként nagyon rugalmas karakterisztikát kapunk. Igaz, a hatásfok nagyon rossz, de az ilyen fokozatokat csak indításra szokás alkalmazni, ami nagyon rövid ideig van bekapcsolva.

Egy bolygómű átkötő eleme azonban nem csak (mechanikus, illetve hidrodinamikus) tengelykapcsoló lehet, hanem meghatározott, 1:1-től eltérő áttételű mechanikus hajtómű is, amint az a mellékelt ábrán látható. Ilyenkor az egyik szabadságfokot úgy vesszük el, hogy valamelyik tengely forgását egy másiktól tesszük függővé, vagy a bemenő tengelytől, vagy a kimenő tengelytől. (Előbbi esetben "visszakötött", az utóbbiaban "előrekötött" bolygóműről beszélünk.)

Mint korábban láthattuk, a kikötött bolygómű is egy meghatározott áttételű mechanikus hajtómű, nincs tehát akadálya annak, hogy egy kikötött bolygóművet használjunk az átkötött bolygómű átkötő elemeként.

Vizsgáljuk meg, mit eredményezhet ez a lehetőség.