Synthese von Planetengetrieben für automatische Automobilgetriebe

In diesem Artikel behandeln wir die Konstruktion von Planetengetrieben für automatische Automobilgetriebe, ihre Anwendungsbereiche und Kosten. Nach dem Lesen empfehlen wir Ihnen, sich selbst weiter mit dieser Technologie auseinanderzusetzen. Hier finden Sie einige Links zu weiterführenden Informationen. Darunter befindet sich auch eine Anwendung in Hybridfahrzeuggetrieben. Betrachten wir zunächst die grundlegenden Prinzipien von Planetengetrieben. Sie sind hocheffizient und eine vielversprechende Alternative zu herkömmlichen Getriebesystemen.

Synthese von Planetengetrieben für automatische Automobilgetriebe

Die Hauptaufgabe von automatischen Getrieben in Kraftfahrzeugen besteht darin, die Balance zwischen Motor und Antriebsrad aufrechtzuerhalten. Die kinematische Struktur von Planetengetrieben wird aus grafischen Darstellungen dieser Getriebe abgeleitet. Der Syntheseprozess basiert auf einem Algorithmus, der zulässige Planetengetriebe mit bis zu zehn Gliedern generiert. Dieser Algorithmus ermöglicht es Konstrukteuren, Getriebe für Kraftfahrzeuge mit höherer Leistung und besserer Motor-Antriebsrad-Balance zu entwickeln.
In diesem Beitrag stellen wir eine MATLAB-Optimierungsmethode zur Bestimmung der Übersetzungsverhältnisse von Planetengetrieben vor. Wir ermitteln außerdem die Zähnezahlen aller Zahnräder. Anschließend schätzen wir die Gesamtübersetzungen der resultierenden Planetengetriebe ab. Abschließend analysieren wir die Eignung der vorgeschlagenen Planetengetriebe für automatische Automobilgetriebe durch Vergleich ihrer Strukturmerkmale.
Das folgende Funktionsdiagramm zeigt ein sechsgliedriges Planetengetriebe. Jedes Glied ist durch ein zweifarbiges Diagramm dargestellt. Die Zahlen im Diagramm bezeichnen die entsprechenden Glieder. Jedes Glied besitzt mehrere Gelenke. Dadurch kann der Benutzer für jedes Planetengetriebe unterschiedliche Konfigurationen erstellen. Die Zahlen in den verschiedenen Diagrammen haben unterschiedliche Bedeutungen, ebenso wie die Zahlen im zweifarbigen Diagramm.
Im nächsten Kapitel dieses Artikels behandeln wir die Synthese von Planetengetrieben für automatische Getriebe im Automobilbereich. SAE International ist eine internationale Organisation von Ingenieuren und technischen Experten mit Kernkompetenzen in der Luft- und Raumfahrt sowie der Automobilindustrie. Ihre gemeinnützige Stiftung, die SAE Foundation, fördert zahlreiche Programme und Initiativen. Dazu gehören die Collegiate Design Series und A World In Motion® sowie der A World in Motion® Award der SAE Foundation.

Anwendungen

Das Planetengetriebe ist eine Art von Planetengetriebe. Es ermöglicht eine hohe Drehzahlreduzierung auf kleinem Raum. In Pkw werden Planetengetriebe häufig für Automatikgetriebe eingesetzt. Sie finden auch Anwendung in Hebezeugen und Flaschenzügen. Ihre Einsatzgebiete sind vielfältig im Maschinenbau und in der Elektrotechnik. Sie eignen sich für Hochgeschwindigkeitsübersetzungen und benötigen weniger Platz als andere Getriebearten.
Zu den Vorteilen eines Planetengetriebes zählen seine kompakte Bauweise, sein geringes Gewicht und seine hohe Leistungsdichte. Allerdings weisen sie auch Nachteile auf. Getriebeverluste in Planetengetrieben entstehen durch die Reibung zwischen den Zahnflanken, die Verwirbelung des Schmieröls und die Reibung zwischen den Lagern der Wellenlagerung und den Kettenrädern. Dieser Leistungsverlust wird als latente Leistung bezeichnet, und frühere Untersuchungen haben gezeigt, dass er enorm ist.
Planetengetriebe werden häufig für Hochgeschwindigkeitsgetriebe eingesetzt, zeichnen sich aber auch durch ihre geringe Baugröße und ihre Eignung für vielfältige Anwendungen aus. Sie dienen als Differenzialgetriebe in Schnellspinnmaschinen, zum Antrieb von Spulen und für den Roper-Fadenabzug in Webstühlen. Darüber hinaus sind sie einfach herzustellen und somit eine ausgezeichnete Wahl für diverse industrielle Anwendungen.
Ein weiteres Beispiel für ein Planetengetriebe ist das Planetengetriebe. Es besteht aus zwei Zahnrädern mit einem mittleren Hohlrad und dem Sonnenrad im äußeren Hohlrad. Jedes Zahnrad ist so montiert, dass sich sein Mittelpunkt um das Hohlrad des anderen Zahnrads dreht. Planetenrad und Sonnenrad sind so konstruiert, dass ihre Teilkreise nicht verrutschen und synchron laufen. Der Teilkreis des Planetenrads beschreibt einen Punkt auf der Epizykloide.
Dieses Getriebesystem bietet zudem eine geringere mittlere Reparaturzeit (MTTR) als andere Planetengetriebe. Der Hauptnachteil dieser Getriebesätze liegt in der hohen Anzahl benötigter Lager. Darüber hinaus sind Planetengetriebe wartungsintensiver als Parallelwellengetriebe, was ihre Überwachung und Reparatur erschwert. Die MTTR ist im Vergleich zu Parallelwellengetrieben ebenfalls geringer. Zudem können leichte Achsenabweichungen zu Fehlausrichtungen oder Effizienzverlusten führen.
Ein weiteres Beispiel für ein Planetengetriebe ist das Differenzialgetriebe eines Automobils. Diese Zahnräder werden in Armbanduhren, Drehmaschinen und Fahrzeugen zur Kraftübertragung eingesetzt. Darüber hinaus finden sie in vielen weiteren Anwendungen Verwendung, unter anderem in der Luftfahrt. Sie sind laufruhig und langlebig und daher für viele Anwendungen bestens geeignet. Sie werden in Getrieben, Textilmaschinen und sogar in der Luft- und Raumfahrt eingesetzt. Der Teilkreis bezeichnet die Bahn zwischen zwei Zähnen eines Zahnradsatzes. Die Teilung eines Zahnrads kann durch Vergrößerung seines Grundkreises erhöht werden.
Ein Planetengetriebe wird auch als Evolventengetriebe bezeichnet. Die Zähnezahl jedes Zahnrads bestimmt seine Drehzahl. Ein Sonnenrad mit 24 Zähnen erzeugt ein Planetenrad mit N Zähnen und einem Übersetzungsverhältnis von 3/2. Ein Sonnenrad mit 24 Zähnen entspricht einem Planetenrad-Übersetzungsverhältnis von -3/2. Folglich liefert das Planetengetriebe ein hohes Drehmoment für die Antriebsräder. Diese Getriebeart findet jedoch in Fahrzeugen keine breite Anwendung.

Kosten

Die Kosten für Planetengetriebe sind geringer, wenn sie werkzeugbearbeitet statt auf einer herkömmlichen CNC-Fräsmaschine gefertigt werden. Die Planetenradträger sollten im Gussverfahren hergestellt und anschließend mit einer Spezialmaschine bearbeitet werden, die über mehrere Schneidwerkzeuge zur gleichzeitigen Materialbearbeitung verfügt. Dieses Verfahren ist in der Industrie weit verbreitet und besonders im Automobilsektor von Vorteil. Die Vorteile eines hochwertigen Planetengetriebes sind vielfältig.
Ein Beispiel hierfür ist das Planetengetriebe, bei dem die Planeten die Sonne umkreisen und sich dabei um ihre Achse drehen. Die resultierende Drehzahl jedes Zahnrads hängt von der Zähnezahl und der Drehzahl des Planetenträgers ab. Bei Planetengetrieben kann die Berechnung der Relativgeschwindigkeiten knifflig sein, da die Relativgeschwindigkeit von Sonne und Planet ermittelt werden muss. Die feststehende Sonne dreht sich im Eingriff nicht mit null Umdrehungen pro Minute, daher muss die Relativgeschwindigkeit berechnet werden.
Um die Kraftübertragung im Eingriff zu bestimmen, müssen Planetengetriebe so konstruiert sein, dass sie ein „Spiel“ ermöglichen. Ist die Tangentiallast zu gering, wird die Lastverteilung reduziert. Ein Planetengetriebe muss daher ein solches „Spiel“ ermöglichen. Es sollte außerdem eine gewisse Tangentiallast und Umfangsgeschwindigkeit zulassen. Je höher diese Faktoren sind, desto effizienter ist der Getriebesatz.
Ein Planetengetriebe besteht aus zwei oder mehr Stirnrädern, die umlaufend angeordnet sind. Diese Zahnräder sind so angeordnet, dass das Planetenrad innerhalb des Teilkreises des feststehenden äußeren Zahnkranzes rollt. Diese Kurve wird als Hypozykloide bezeichnet. Ein Planetengetriebe, bei dem ein Planetrad mit einem Sonnenrad kämmt, wird als Planetengetriebe bezeichnet. Das Sonnenrad ist feststehend, während das Planetenrad angetrieben wird.
Ein Planetengetriebe besteht aus mehreren Zahnrädern. Jedes Zahnrad hat eine unterschiedliche Anzahl an Eingriffen, was die Drehzahl beeinflusst. Durch die Übertragung des Eingangsdrehmoments auf die Eingriffe kann das Planetengetriebe die Lastaufbringungsfrequenz erhöhen. Es besteht aus drei Zahnrädern: dem Sonnenrad, dem Planetenrad und dem Hohlrad. Das Sonnenrad ist das zentrale Zahnrad, um das die Planetenräder kreisen. Das Hohlrad besitzt mehrere Zähne, was die Drehzahl erhöht.
Eine weitere Art von Planetengetriebe ist das Planetengetriebe. Dieses Getriebe verfügt über mehrere Zahnräder, die sich um eine zentrale Welle drehen. Dank seiner flachen Bauweise ist es besonders für Anwendungen mit beengten Platzverhältnissen geeignet. Dieser Getriebetyp wird in Automatikgetrieben eingesetzt. Darüber hinaus findet er in vielen industriellen Anwendungen mit Elektromotoren Verwendung. Die Wahl des Getriebetyps hängt von der Drehzahl und dem Drehmoment der Ein- und Ausgangswelle ab.

Bearbeitet von CX am 09.11.2023