Sintesi di treni di ingranaggi epicicloidali per trasmissioni automatiche automobilistiche

In questo articolo, analizzeremo la sintesi degli ingranaggi epicicloidali per le trasmissioni automatiche automobilistiche, le loro applicazioni e i costi. Dopo la lettura, potreste voler approfondire l'argomento. Ecco alcuni link per ulteriori informazioni, tra cui un'applicazione nelle trasmissioni per veicoli ibridi. Vediamo ora i concetti di base degli ingranaggi epicicloidali. Sono altamente efficienti e rappresentano una valida alternativa ai sistemi di ingranaggi convenzionali.

Sintesi di treni di ingranaggi epicicloidali per trasmissioni automatiche automobilistiche

Lo scopo principale delle trasmissioni automatiche per autoveicoli è quello di mantenere l'equilibrio tra motore e ruote motrici. La struttura cinematica dei treni di ingranaggi epicicloidali (EGT) deriva da rappresentazioni grafiche di questi stessi treni. Il processo di sintesi si basa su un algoritmo che genera treni di ingranaggi epicicloidali ammissibili con un massimo di dieci maglie. Questo algoritmo consente ai progettisti di realizzare trasmissioni automatiche con prestazioni superiori e un migliore equilibrio tra motore e ruote motrici.
In questo articolo presentiamo una tecnica di ottimizzazione in MATLAB per la determinazione dei rapporti di trasmissione dei meccanismi di trasmissione epicicloidali. Enumeramo inoltre il numero di denti per tutti gli ingranaggi. Successivamente, stimiamo i rapporti di velocità complessivi dei treni di ingranaggi epicicloidali ottenuti. Infine, analizziamo la fattibilità dei treni di ingranaggi epicicloidali proposti per le trasmissioni automatiche automobilistiche confrontandone le caratteristiche strutturali.
Nel seguente diagramma funzionale è rappresentato un treno di ingranaggi epicicloidali a sei maglie. Ogni maglia è rappresentata da un grafico bicolore doppio. I numeri sul grafico rappresentano le maglie corrispondenti. Ogni maglia ha più giunti. Ciò consente all'utente di generare diverse configurazioni per ogni treno di ingranaggi epicicloidali. I numeri sui diversi grafici hanno significati diversi, e lo stesso vale per la figura bicolore doppia.
Nel prossimo capitolo di questo articolo, tratteremo la sintesi di treni di ingranaggi epicicloidali per transaxle automatici automobilistici. SAE International è un'organizzazione internazionale di ingegneri ed esperti tecnici con competenze chiave nei settori aerospaziale e automobilistico. Il suo braccio filantropico, la SAE Foundation, supporta numerosi programmi e iniziative. Tra questi figurano la Collegiate Design Series, A World In Motion® e il premio A World in Motion® della SAE Foundation.

Applicazioni

Il sistema di ingranaggi epicicloidali è un tipo di treno di ingranaggi planetari. Permette di ottenere un'elevata riduzione di velocità in uno spazio ridotto. Nelle automobili, i treni di ingranaggi epicicloidali sono spesso utilizzati per la trasmissione automatica. Questi sistemi di ingranaggi trovano impiego anche in paranchi e paranchi a puleggia. Hanno numerose applicazioni sia nell'ingegneria meccanica che in quella elettrica. Possono essere utilizzati per trasmissioni ad alta velocità e richiedono meno spazio rispetto ad altri tipi di ingranaggi.
I vantaggi di un treno di ingranaggi epicicloidali includono la sua struttura compatta, il peso ridotto e l'elevata densità di potenza. Tuttavia, non sono esenti da svantaggi. Le perdite di potenza negli ingranaggi epicicloidali sono dovute all'attrito tra le superfici dei denti degli ingranaggi, all'agitazione dell'olio lubrificante e all'attrito tra i cuscinetti di supporto dell'albero e le ruote dentate. Questa perdita di potenza è detta potenza latente e precedenti ricerche hanno dimostrato che tale perdita è considerevole.
Il treno di ingranaggi epicicloidali è comunemente utilizzato per trasmissioni ad alta velocità, ma ha anche un ingombro ridotto ed è adatto a una varietà di applicazioni. Viene utilizzato come differenziale nei telai ad alta velocità, per azionare le bobine e per il sistema di rilascio positivo Roper nei telai. Inoltre, è facile da fabbricare, il che lo rende una scelta eccellente per una varietà di contesti industriali.
Un altro esempio di treno di ingranaggi epicicloidali è il treno di ingranaggi planetari. Esso è costituito da due ingranaggi con una corona centrale e l'ingranaggio solare sull'anello esterno. Ciascun ingranaggio è montato in modo che il suo centro ruoti attorno alla corona dell'altro ingranaggio. L'ingranaggio planetario e l'ingranaggio solare sono progettati in modo che i loro cerchi primitivi non slittino e siano sincronizzati. L'ingranaggio planetario presenta un punto sulla circonferenza primitiva che descrive la curva epicicloidale.
Questo sistema di ingranaggi offre anche un MTTR inferiore rispetto ad altri tipi di ingranaggi epicicloidali. Il principale svantaggio di questi ingranaggi è l'elevato numero di cuscinetti necessari per il loro funzionamento. Inoltre, gli ingranaggi epicicloidali richiedono una manutenzione più intensiva rispetto agli ingranaggi ad assi paralleli. Ciò li rende più difficili da monitorare e riparare. Anche l'MTTR è inferiore rispetto agli ingranaggi ad assi paralleli. Possono inoltre presentare lievi disallineamenti assiali, con conseguente perdita di efficienza.
Un altro esempio di treno di ingranaggi epicicloidali è il differenziale di un'automobile. Questi ingranaggi sono utilizzati negli orologi da polso, nei torni e nelle automobili per trasmettere potenza. Inoltre, trovano impiego in molte altre applicazioni, compresi gli aeromobili. Sono silenziosi e resistenti, il che li rende una scelta eccellente per numerose applicazioni. Sono utilizzati nelle trasmissioni, nelle macchine tessili e persino nell'industria aerospaziale. Il passo assiale è la distanza tra due denti in un set di ingranaggi. Il passo assiale di un ingranaggio può essere aumentato incrementando il suo cerchio di base.
Un ingranaggio epicicloidale è anche noto come ingranaggio a evolvente. Il numero di denti di ciascun ingranaggio ne determina la velocità di rotazione. Un ingranaggio solare a 24 denti produce un ingranaggio planetario a N denti con un rapporto di 3/2. Un ingranaggio solare a 24 denti corrisponde a un rapporto di trasmissione dell'ingranaggio planetario di -3/2. Di conseguenza, il sistema di ingranaggi epicicloidali fornisce una coppia elevata alle ruote motrici. Tuttavia, questo tipo di ingranaggio non è ampiamente utilizzato nei veicoli.

Costo

Il costo degli ingranaggi epicicloidali è inferiore quando vengono realizzati con utensili specifici piuttosto che con una normale fresatrice a controllo numerico. I supporti epicicloidali dovrebbero essere prodotti tramite fusione e lavorati con utensili specifici, dotati di più frese per tagliare il materiale simultaneamente. Questo approccio è ampiamente utilizzato in ambito industriale ed è particolarmente utile nel settore automobilistico. I vantaggi di una trasmissione a ingranaggi epicicloidali ben realizzata sono numerosi.
Un esempio è la configurazione planetaria in cui i pianeti orbitano attorno al sole ruotando sul suo asse. La velocità risultante di ciascun ingranaggio dipende dal numero di denti e dalla velocità del portaplanetari. Il calcolo delle velocità relative negli ingranaggi epicicloidali può essere complesso, poiché è necessario determinare la velocità relativa del sole e del pianeta. Il sole, essendo fisso, non ha una velocità di rotazione pari a zero al momento dell'ingranamento, quindi la velocità relativa deve essere calcolata.
Per determinare la trasmissione di potenza in presa, gli ingranaggi epicicloidali devono essere progettati in modo da poter "galleggiare". Se il carico tangenziale è troppo basso, la ripartizione del carico sarà minore. Un ingranaggio epicicloidale deve consentire il "galleggio". Dovrebbe inoltre consentire un certo carico tangenziale e velocità primitive. Maggiore è il valore di questi fattori, maggiore sarà l'efficienza del gruppo di ingranaggi.
Un treno di ingranaggi epicicloidali è costituito da due o più ingranaggi cilindrici a denti dritti disposti circonferenzialmente. Questi ingranaggi sono disposti in modo che l'ingranaggio planetario ruoti all'interno del cerchio primitivo della corona dentata esterna fissa. Questa curva è detta ipocicloide. Un treno di ingranaggi epicicloidali in cui un ingranaggio planetario si innesta su un ingranaggio solare è detto treno di ingranaggi epicicloidali. L'ingranaggio solare è fisso, mentre l'ingranaggio planetario è azionato.
Un treno di ingranaggi epicicloidali contiene diversi ingranaggi. Ogni ingranaggio ha un numero diverso di dentature, che si traduce in giri al minuto (RPM). L'ingranaggio epicicloidale può aumentare la frequenza di applicazione del carico trasferendo la coppia in ingresso agli ingranaggi. Il treno di ingranaggi epicicloidali è composto da 3 ingranaggi: il sole, i pianeti e la corona. L'ingranaggio solare è l'ingranaggio centrale, mentre i pianeti orbitano attorno al sole. La corona ha diversi denti, il che aumenta la velocità di rotazione.
Un altro tipo di ingranaggio epicicloidale è il riduttore epicicloidale. Questo tipo di riduttore è costituito da più ruote dentate che ruotano attorno a un albero centrale. Il suo design compatto lo rende una scelta popolare per applicazioni con spazio limitato. Questo tipo di riduttore viene utilizzato nelle trasmissioni automatiche. Inoltre, trova impiego in molti settori industriali che coinvolgono motori elettrici a ingranaggi. Il tipo di riduttore da utilizzare dipenderà dalla velocità e dalla coppia degli alberi di ingresso e di uscita.

Modificato da CX il 09/11/2023