مجموعه خورشیدی
مجموعه ی خورشیدی یا مجموعه ی دنده های سیاره ای
The Planetary Gear Assembly
قلب جعبه دنده های اتوماتیک سیستم دنده های خورشیدی است. بنابراین لازم است تا مروری بر ساختمان اساسی یک مجموعه خورشیدی ساده را داشته باشیم .
یک مجموعه خورشیدی یا سیاره ای مطابق شکل زیر شامل یک دنده خورشیدی یا دنده مرکزی است که احاطه شده است با دنده های هرز گرد سیاره ای یا پینیون ها که روی محور نگهدارنده به طور انفرادی در حامل سیاره ای یا قفسه قرار گرفته و حرکت دورانی می کنند و به طور دائم درگیر می باشند و قفسه در داخل دنده داخلی یا رینگی ( به این دلیل به این نام خوانده می شود که محیط دایره از داخل دندانه دار شده است ) احاطه شده و به طور دائم با پینیون های دنده های سیاره ای در گیر می باشند.
مجموعه ی دنده های خورشیدی یا سیاره ای که نامش از عمل دنده های پینیون سیاره ای گرفته شده است ، قادرند تا دور محورشان بچرخند و هم زمان اطراف دنده خورشیدی دوران نمایند مانند گردش زمین که هم به دور خودش وهم اطراف کره خورشید دوران می نمایند.
با مطالعه شکل بالا به چند مزیت مهم دنده های خورشیدی پی می بریم.
1- تمام اعضاء مجموعه خورشیدی در یک محور اصلی شریک هستند و در نتیجه همه آن ها در یک مجموعه قرار گرفته اند.
2- دنده های خورشیدی همیشه به طور ثابت با هم درگیر می باشند و امکان حذف دندانه و یا شکستن و سر و صدا کمتر وجود دارد و هم چنین تعویض نسبت دنده سریع و بطور خود کار بدون افت قدرت انجام می گردد.
3- دنده های خورشیدی نسبت به جعبه دنده های استاندارد می توانند سخت تر و قوی تر باشند و بارهای گشتاوری را بطور وسیع جابجا یا انتقال نمایند و دارای حجم کمتری می باشند به این دلیل که بار گشتاوری از میان دنده های سیاره ای عبور می نماید و نیرو به چند دنده سیاره ای که تعداد دنده های درگیر آنها بیشتر می باشد تقسیم می گردد و در نتیجه قدرت انتقال افزایش پیدا می کند.
4- موقعیت اعضاء مجموعه سیاره ای برای نگه داشتن یا درگیری و قفل نمودن آنها با یکدیگر برای تعویض نسبت دنده ها نسبت به هم رابطه ساده ای دارند.
تعاریف ( Definitions) :
وقتی که یک سری چرخ دنده با هم به صورت ساده و یا ترکیب شده و یا مانند سیستم خورشیدی در حال گردش می باشند لازم است تا بعضی از اصطلاحات را در مورد توضیح چگونگی کار و تاثیر آنها بر مسیر قدرت ، عنوان گردد . بنابراین مروری داریم بر تعاریف درگیری دنده که در مورد وظیفه و عملکرد مجموعه ی خورشیدی ضروری می باشد .
نسبت دنده ( Gear Ratio ) :
با چرخش چرخ دنده ورودی می توان دور های مختلفی را در چرخ دنده ی خروجی به دست آورد . در یک ترکیب درگیری ساده اگر تعداد دوران چرخ دنده ورودی 3 دور و تعداد دوران چرخ دنده خروجی یک دور باشد ، نسبت دنده 3:1 خواهد بود .
کاهش دنده (of Reduction ) :
نسبت دنده باعث می شود که در این حالت گشتاور افزایش و دور کاهش یابد . به عنوان مثال در مورد یک نسبت دنده 3:1 اگر گشتاور ورودی 180 فوت- پوند و دور ورودی 2700 دور در دقیقه باشد به ترتیب گشتاور خروجی به 540 فوت- پوند و دور خروجی به 900 دور در دقیقه تغییر می یابد . ( ضایعات و تلفات اصطکاکی که همیشه وجود دارد محسوب نگردیده است . )
اوردرایو (Overdrive ) :
این حالت برعکس اثر نسبت کاهش دنده عمل می کند ، عامل نسبت دنده باعث می شود که گشتاور کاهش و دور افزایش یابد . در یک نسبت دنده 1:3 اگر گشتاور ورودی 180 فوت-پوند و دور ورودی 2700 دور در دقیقه باشد گشتاور خروجی به 60 فوت – پوند و دور خروجی به 8100 دور در دقیقه تغییر خواهد یافت .
حرکت مستقیم (Direct Drive ) :
نسبت دنده 1:1 و بدون تغییر در گشتاور و دور ورودی می باشد .
خلاص یا آزاد گردی (Neutral or Free Wheeling) :
در این حالت قدرت ورودی وجود دارد ولی قدرت از جعبه دنده خارج نمی گردد .
عضو عکس العملی ( Reaction Member ) :
در مجموعه خورشیدی اساس حالت انتقال با ثابت بودن یکی از اعضاء مجموعه می باشد که این عمل توسط وسایل اصطکاکی مانند نوارهای ترمز یا باند ، کلاچ های دیسکی چند صفحه ای و کلاچ یک طرفه انجام می گیرد .
قوانین طرز کار دنده های خورشیدی
The Laws of Planetary Gear Operation
طرز کار دنده های خورشیدی توسط پنج قانون اساسی که در واقع کلید آگاهی در مورد مسیر های مختلف اعمال قدرت در تمام جعبه دنده های اتوماتیک می باشند بیان می گردد و آنها عبارتند از : حالت خلاص ، کاهش دنده ،اوردرایو، حرکت مستقیم و دنده عقب که به ترتیب هر یک را مورد بررسی قرار می دهیم.
قانون خلاص ( Law of Neutral ) :
اگر هر کدام از عضو های مجموعه سیاره ای بچرخد اما هیچ کدام از آنها نگه داشته نشوند خروجی وجود نخواهد داشت . مثلا اگر دنده خورشیدی عضو ورودی باشد اما نه کاریر ( قفسه ) و نه رینگی ترمز نشود ، پینیون ها حول محور خود خواهند چرخید و کاریر یا دنده رینگی را حول دنده خورشیدی به چرخش در می آورند . البته هر کدام که مقاومت کمتری داشته باشد خواهد چرخید و به جز آن عضوی که همراه پینیون ها می چرخد خروجی دیگری وجود نخواهد داشت . یعنی سیستم خلاص است . نتیجه ای مشابه حالت بالا هنگامی رخ می دهد که دنده رینگی و یا کاریر عضو ورودی باشد و عضو دیگری ترمز نشود ، پینیون ها حول محور خود خواهد چرخید و عضو دارای مقاومت کمتر را خروجی می چرخانند در این حالت سیستم خلاص است .
در جعبه دنده های اتوماتیک حالت خلاص یا مانند فوق است و یا توسط محور توربین مبدل گشتاور که ورودی جعبه دنده است قطع می گردد و در تمام تولیدات جدید جعبه دنده های اتوماتیک 2 سرعته ( T-300 ) Jetaway ، پاور گلایدوتورک داریو جعبه دنده های هستند که وضعیت خلاص از طریق هرز کار کردن دنده ها عملی می گردد و در بقیه جعبه دنده ها وضعیت خلاص از طریق قطع محور توربین مبدل انجام می گیرد .
قانون کاهش دنده ( Law of Reduction ) :
اگر کاریر عضو خروجی باشد و هر یک از عضو های دیگر عضو ورودی باشند و بالاخره عضو باقیمانده ثابت باشد ، نتیجه کاهش دور خواهد بود . دوران خروجی نیز در جهت دوران ورودی خواهد بود .
توجه داشته باشید که در هر دو روش ایجاد کاهش دور ، کاریر ( قفسه ) عضو خروجی است.
روش اول
- دنده رینگی – ورودی
- دنده خورشیدی – ثابت
- کاریر – خروجی
دنده رینگی عضو ورودی است و در جهت عقربه ساعت می چرخد .
دنده خورشیدی ثابت است چون دنده رینگی در جهت عقربه ساعت می چرخد پینیون ها را در جهت عقربه ساعت می چرخاند . و چون پینیون ها با دنده خورشیدی ثابت درگیر هستند در جهت عقربه ساعت حول آن دوران می کنند .
دوران کاریر در جهت عقربه ساعت همراه پینیون ها با کاهش سرعت توام است . کاریر عضو خروجی است .
روش دوم
- دنده خورشیدی – ورودی
- دنده رینگی – ثابت
- کاریر – خروجی
اگر دنده خورشیدی عضو ورودی باشد و در جهت عقربه ساعت بچرخد پینیون ها در جهت عکس عقربه ساعت خواهند چرخید .
چون دنده رینگی ثابت است محور پینیون های درگیر با آن در جهت عقربه ساعت دندانه های داخلی دنده رینگی را می پیماید و کاریر را با خود جابجا می کنند . کاریر در این حالت نیز عضو خروجی است و در همان جهت دوران دنده خورشیدی با سرعت کمتر خواهد چرخید .
قانون اوردرایو ( Law of Overdrive ) :
اگر کاریر عضو ورودی باشد و یکی از عضو های باقی مانده ثابت باشند ، عضو خروجی سریعتر از عضو ورودی خواهد چرخید . جهت دوران شفت های ورودی و خروجی یکسان خواهد بود . توجه داشته باشید که در هر دو روش ایجاد اوردرایو ، کاریر عضو ورودی است.
روش اول
- کاریر – ورودی
- دنده رینگی – ثابت
- دنده خورشیدی – خروجی
کاریر عضو ورودی است و در جهت عقربه ساعت می چرخد .
دنده رینگی ثابت است . پینیون ها در داخل دنده رینگی ثابت شده خلاف عقربه ساعت می چرخند . در این حالت پینیون ها دنده خورشیدی را در جهت عقربه ساعت می چرخانند و در این صورت دنده خورشیدی خروجی است . دنده خورشیدی خروجی در همان جهت دوران کاریر می چرخد اما سرعت بیشتر .
روش دوم
- کاریر – ورودی
- دنده خورشیدی – ثابت
- دنده رینگی – خروجی
کاریر عضو ورودی است و دورانش در جهت عقربه ساعت است ، اما دنده خورشیدی ثابت است .
پینیون ها در جهت عقربه ساعت می چرخند و دنده رینگی را در جهت عقربه ساعت می چرخانند . دنده رینگی عضو خروجی است و در جهت دوران کاریر ورودی اما با سرعت بیشتر دوران می کند .
قانون حرکت مستقیم ( Law of Direct Drive ) :
چنانچه هر دو عضو از این مجموعه دنده سیاره ایی به هم متصل شده و به یک عضو ورودی واحد تبدیل شوند ، در این صورت این دو عضو در یک جهت و با یک سرعت می چرخند . تحت این شرایط عضو سوم از مجموعه دنده به دو عضو دیگر قفل شده و در همان جهت و با همان سرعت می چرخد و نتیجه حرکت مستقیم یا نسبت دنده 1: 1 است .
با مجموعه دنده سیاره ای ساده سه راه برای ایجاد حرکت مستقیم وجود دارد توجه داشته باشید که در هر حالت عضو سوم به دو عضو دیگر قفل می شود چون از چرخش پینیون ها ممانعت به عمل می آید . به جهت نتایج بدست آمده در عملی ترین طرح ، تنها روش اول برای ایجاد حرکت مستقیم به طور معمول در گیربکس های مدرن کاربرد دارد .
روش اول
- دنده خورشیدی و رینگی – ورودی
- کاریر – خروجی
دنده خورشیدی و دنده رینگی به هم قفل شده و در جهت عقربه ساعت می چرخند .
از آنجا که دنده خورشیدی و دنده رینگی به هم قفل شده اند . از چرخش پینیون ها حول محور خود جلوگیری می کنند چون این پینیون ها نسبت به دنده خورشیدی و یا دنده رینگی حرکت و یا چرخشی ندارند ، کاریر نیز قفل می شود . در نتیجه کل مجموعه دنده سیاره ایی به همدیگر قفل می شوند و مانند یک مجموعه واحد می چرخند .
روش دوم
- دنده خورشیدی و کاریر – ورودی
- دنده رینگی – خروجی
همچنین ممکن است کاریر و دنده خورشیدی را به هم قفل کرد و آنها را در جهت عقربه ساعت چرخاند .
چون کاریر و دنده خورشیدی به هم قفل می شوند پینیون ها نمی توانند حول دنده خورشیدی حرکت کنند و یا حول محورشان بچرخند . بنابراین پینیون ها دنده خورشیدی را نگه می دارند و بار دیگر مجموعه به صورت یک پارچه می چرخد .
روش سوم
- دنده رینگی و کاریر – ورودی
- دنده خورشیدی – خروجی
اگر دنده رینگی و کاریر قفل شوند و با هم در جهت عقربه ساعت بچرخند .
نتیجه مانند حالتی است که دنده خورشیدی و کاریر قفل شوند . پینیون ها نمی تواند بچرخند و دنده خورشیدی را به اعضای دیگر مجموعه قفل می کنند ، در این حالت کل مجموعه در یک جهت و با یک سرعت می چرخد
قانون دنده عقب ( Law of Reverse ) :
چنان چه کاریر ثابت باشد و یکی از دو عضو باقیمانده ورودی باشند عضو آخری عضو خروجی خواهد و در جهت عکس دوران می کند . چرخش پینیون ها در داخل کاریر ثابت شده جهت دوران را از عضو ورودی به عضو خروجی معکوس می کنند . توجه داشته باشید که در هر دو حالت معکوس کاریر ثابت است .
روش اول
- کاریر – ثابت
- دنده رینگی – ورودی
- دنده خورشیدی – خروجی
دنده رینگی ورودی است و در جهت عقربه ساعت می چرخد .
کاریر ثابت است اما پینیون ها بر روی محور خود در جهت عقربه ساعت می چرخند . پینیون ها دنده خورشیدی را در جهت عکس عقربه ساعت می چرخانند لذا دنده خورشیدی خروجی سریعتر از دنده رینگی ورودی اما در جهت عکس دوران می کند . این حالت اوردرایو معکوس است .
روش دوم
- دنده خورشیدی – ورودی
- کاریر – ثابت
- دنده رینگی – خروجی
دنده خورشیدی عضو ورودی است و در جهت عقربه ساعت می چرخد .
کاریر ثابت است اما پینیون ها روی محور خود و در جهت عکس می چرخند و دنده رینگی را نیز در همان جهت می چرخانند . دنده رینگی خروجی در این حالت با سرعت کمتر اما در جهت عکس عضو ورودی می چرخد و این حالت معکوس توام با کاهش دور است .