FLUID COUPLING AND PLANETARY GEARS

ชิ้นส่วนสำคัญที่สุดของเกียร์อัตโนมัติคือ“ทอร์คคอน เวอร์เตอร์” หรือตัวตุ้มส่งกำลังที่ยึดติดกับแผงเหล็กต่อจากข้อ เพลาข้อเหวี่ยงให้หมุนไปพร้อมกันนี่เอง เพระามันจะเป็นตัวสั่งงานส่งกำลังขับเคลื่อนไปยังชุดเกียร์ ซึ่งถือเป็นอุปกรณ์ประ เภท “Fluid Coupling” คือถ่ายทอดกำลังโดยใช้กำลังการไหลจากของเหลวแบบหนึ่ง (ส่วนเรื่องเกียร์เปลี่ยนอัตราทดเป็น1-2-3 ได้อย่างไรนั้นเป็นอีกเรื่องที่จะยังไม่กล่าวถึง เนื่องจากสลับซับซ้อนมีมากแบบเกินกว่าที่จะเข้าใจได้ด้วยการอ่านหนัง สือ เพียงอย่างเดียว) ในระบบเกียร์อัตโนมัติรุ่นแรก ๆ จะถูกออกแบบให้มีการถ่ายทอดกำลังการขับเคลื่อนจากเครื่องยนต์ไปยังชุดเกียร์เรียก ว่า Planetary Gear Set เป็นชุด ๆ สุดแต่ว่าจะมี 1 หรือ 2 อัตราทด ผ่านทาง Fluid Coupling ซึ่งมีลักษณะเหมือนโดนัทใน ขณะที่แกนกลางมีเฟืองไปขับเพลาเกียร์โดยที่ภายในมีแผ่นครีบหลาย ๆ ใบเรียงซ้อนกันเพื่อตีวนน้ำมันเกียร์มีชื่อเรียกว่า “Torus Member” การทำงานของ Fluid Coupling ก็คือน้ำมันจะถูกดูดเข้าไปใน Torus Member ซึ่งเมื่อ Torus ถูกเหวี่ยงหมุนด้วยแรงเครื่องยนต์น้ำมันก็จะพยายามกระฉอก ออกทางด้านนอกใน รูป C ใน ขณะที่มี Torus ซ้อนทับอีกด้านทำให้น้ำมันกระ ฉอกออกไม่ได้ต้องหมุนวนอยู่ใน Torus ทั้ง สองแทนพร้อมกับหมุนไปรอบๆตัว เองจากเพลาขับของเครื่องยนต์การขับเคลื่อนโดยของ เหลวในชุด Torus Member นี้จะถูกจำกัดประสิทธิภาพทางเชิงกลของมันซึ่งหากต้องการประ สิทธิภาพที่ดีขึ้นก็คงต้องเพิ่ม จำนวนชุดหรือขยายขนาดของ Fluid Coupling ขึ้นไปซึ่งเป็น เรื่องยุ่งยากมากจนกระทั่งมีการพัฒนาให้เป็นแบบที่เรียกว่า“ทอร์คคอน เวอร์เตอร์”ชนิดที่ใช้ ในปัจจุบัน “ทอร์คคอนเวอร์เตอร์”ชนิดที่ใช้ในปัจจุบันจะพัฒนาให้ของเหลวที่ขับดันไหล เวียนในทอร์คมีการสับเปลี่ยนทิศทาง การไหลเพื่อเสริมแรงบิดซึ่งกันและกัน โดยมีส่วนประกอบหลัก 4 ส่วนคือ “ตัวเสื้อทอร์ค”ซึ่งบรรจุน้ำมันไว้ ภายในและด้านหนึ่งจะยึดเข้ากับ เพลาข้อเหวี่ยงส่วนีกด้านเป็นปลอกที่มีเฟืองหรือบากไปขับชุดปั๊มน้ำ มันในเกียร์ “ส่วน Impeller” ซึ่งจะมีครีบเชื่อมติดกับเสื้อทอร์คหมุนไปพร้อมกับ เพลาข้อเหวี่ยงและจะสลัดเหวี่ยงน้ำมันออกจากศูนย์กลางไปตามแนว บิดตัวของครีบ (Vane) ออกสู่ด้านนอกเพื่อให้ไหลไปยังครีบของเทอร์ ไบน์ที่อยู่ตรงข้ามกัน “ส่วนเทอร์ไบน์” เป็นส่วนกลางจะมีเฟืองต่อไปขับเพลาเกียร์โดยที่ อาจมีชุดสปริงเหมือนในแผ่นคลัทช์แห้ง ทั่วไปเพื่อรองรับแรงบิดให้ ออกรถได้นุ่มนวลขึ้น และเทอร์ไบน์จะหมุนตามแรงเฉื่อยที่เกิดจากน้ำ มันที่ถูก Impeller ดันผ่านมา โดยที่น้ำมันจะไหลวนจากด้านนอกเทอร์ ไบน์ที่ส่งผ่านมาจาก Impeller และไหลตามทิศทางของครีบเทอร์ไบน์ กลับเข้าสู่ศูนย์กลางและไหลผ่านครีบของสเตเตอร์ที่ทำจากอลูมิเนียม และหมุนฟรีอยู่ระหว่างเทอร์ไบน์กับอิมเพลเลอร์ “Stator” ทำหน้าที่หักเหทิศทางการไหลของน้ำมันจากเทอร์ไบน์ให้ กลับไปช่วยดันเสริมการไหลของน้ำมันที่เกิดจากแรงเหวี่ยงหนีศูนย์ กลางในชุด Impeller และไหลไปขับเทอร์ไบน์เวียนกันไปเช่นนี้เพื่อเพิ่มแรงบิดให้ รถออกตัวได้ง่ายขึ้นจนกระทั่งเมื่อความ เร็วรอบเครื่องสูงมากและน้ำมันไหลเวียนเร็วขึ้นจนทำให้ Stator หมุนเร็วขึ้นจนใกล้ความเร็วเทอร์ไบน์ ในขณะที่เทอร์ไบน์ ก็จะมีความเร็วเทียบเท่า Impeller ครีบที่ Stator ก็จะหมุนตามเทอร์ไบน์จนการเปลี่ยนหรือหักเหทิศทางน้ำมันแทบไม่มีเหลือ อยู่พอที่จะเป็นผลให้ช่วยผลักดัน Impeller ต่อไป นั่นคือช่วงที่รถยนต์มีความเร็วสูงพอและไม่ต้องการแรงบิดมากมายเท่า ตอนที่เริ่มออกรถอีกต่อไป หลักการนี้สามารถเสริมประสิทธิภาพให้ทอร์คคอนเวอร์เตอร์สร้างแรงบิดเพิ่ม ขึ้นได้ ด้วยการเพิ่มมุมเอียงของครีบ และ ขนาดรูปร่างที่ถูกแก้ไข เพื่อให้น้ำมันที่ไหลวนอยู่ภายในสามารถรีดความเร็วและแรงขับดันออกมาได้เร็ว และรุนแรงขึ้นอีก ทั้งเสริมสร้างและใช้วัสดุที่ประกอบเป็นครีบที่แข็งแรงขึ้น เพื่อให้ต้านทานแรงม้ามหาศาลในเครื่องยนต์ที่ใช้ในการแข่งขัน และจะมีประสิทธิภาพเพิ่มมากขึ้นหากโมดิฟายครีบที่เอียงของสเตเตอร์ อันเป็นตัวหักเหทางเดินน้ำมันระหว่างเทอร์ไบน์ และอิมเพลเลอร์เพื่อเสริมแรงดันการไหลของน้ำมันให้ได้สูงสุด (Maximum Torque Multiplication) ดังที่กล่าวไปแล้ว The fluid coupling originates from the work of Dr. Hermann Föttinger, who was the chief designer at the AG Vulcan Works in Stettin.[2] His patents from 1905 covered both fluid couplings and torque converters. Dr Bauer of the Vulcan-Werke collaborated with English engineer Harold Sinclair of Hydraulic Coupling Patents Limited to adapt the Föttinger coupling to vehicle transmission. Following Sinclair's discussions with the London General Omnibus Company begun in October 1926 and trials on an Associated Daimler bus chassis Percy Martin of Daimler decided to apply the principle to a private car.[3] In 1930 Harold Sinclair, working with The Daimler Company of Coventry, England, devised a transmission system using a fluid coupling and Wilson self-changing gearbox for buses in an attempt to mitigate the lurching he had experienced while riding on London buses during the 1920s.[2] These couplings are described as constructed under Vulcan-Sinclair and Daimler patents. In 1939 General Motors Corporation introduced Hydramatic drive, the first fully automatic automotive transmission system installed in a mass produced automobile.[2] The Hydramatic employed a fluid coupling. The first Diesel locomotives using fluid couplings were also produced in the 1930s[4] A fluid coupling consists of three components, plus the hydraulic fluid: The housing, also known as the shell[5] (which must have an oil tight seal around the drive shafts), contains the fluid and turbines. Two turbines (fan like components): One connected to the input shaft; known as the pump or impellor,[5] primary wheel[5] input turbine The other connected to the output shaft, known as the turbine, output turbine, secondary wheel[5] or runner The driving turbine, known as the 'pump', (or driving torus[note 1]) is rotated by the prime mover, which is typically an internal combustion engine or electric motor. The impellor's motion imparts both outwards linear and rotational motion to the fluid. The hydraulic fluid is directed by the 'pump' whose shape forces the flow in the direction of the 'output turbine' (or driven torus[note 1]). Here, any difference in the angular velocities of 'input stage' and 'output stage' result in a net force on the 'output turbine' causing a torque; thus causing it to rotate in the same direction as the pump. The motion of the fluid is effectively toroidal - travelling in one direction on paths that can be visualised as being on the surface of a torus: If there is a difference between input and output angular velocities the motion has a component which is circular (i.e. round the rings formed by sections of the torus) If the input and output stages have identical angular velocities there is no net centripetal force - and the motion of the fluid is circular and co-axial with the axis of rotation (i.e. round the edges of a torus), there is no flow of fluid from one turbine to the other. [edit] Stall speedAn important characteristic of a fluid coupling is its stall speed. The stall speed is defined as the highest speed at which the pump can turn when the output turbine is locked and maximum input power is applied. Under stall conditions all of the engine's power would be dissipated in the fluid coupling as heat, possibly leading to damage. Step-circuit coupling A modification to the simple fluid coupling is the step-circuit coupling which was formerly manufactured as the "STC coupling" by the Fluidrive Engineering Company. The STC coupling contains a reservoir to which some, but not all, of the oil gravitates when the output shaft is stalled. This reduces the "drag" on the input shaft, resulting in reduced fuel consumption when idling and a reduction in the vehicle's tendency to "creep". When the output shaft begins to rotate, the oil is thrown out of the reservoir by centrifugal force, and returns to the main body of the coupling, so that normal power transmission is restored.[6] [edit] SlipA fluid coupling cannot develop output torque when the input and output angular velocities are identical.[7] Hence a fluid coupling cannot achieve 100 percent power transmission efficiency. Due to slippage that will occur in any fluid coupling under load, some power will always be lost in fluid friction and turbulence, and dissipated as heat. The very best efficiency a fluid coupling can achieve is 94 percent, that is for every 100 revolutions input, there will be 94 revolutions output. Like other fluid dynamical devices, its efficiency tends to increase gradually with increasing scale, as measured by the Reynolds number. [edit] Hydraulic fluidAs a fluid coupling operates kinetically, low viscosity fluids are preferred.[7] Generally speaking, multi-grade motor oils or automatic transmission fluids are used. Increasing density of the fluid increases the amount of torque that can be transmitted at a given input speed.[8] [edit] Hydrodynamic brakingFluid couplings can also act as hydrodynamic brakes, dissipating rotational energy as heat through frictional forces (both viscous and fluid/container). When a fluid coupling is used for braking it is also known as a retarder.[5] [edit] Applications[edit] IndustrialFluid couplings are used in many industrial application involving rotational power,[9][10] especially in machine drives that involve high-inertia starts or constant cyclic loading. [edit] Rail transportationFluid couplings are found in some Diesel locomotives as part of the power transmission system. Self-Changing Gears made semi-automatic transmissions for British Rail, and Voith manufacture turbo-transmissions for railcars and diesel multiple units which contain various combinations of fluid couplings and torque converters. [edit] AutomotiveFluid couplings were used in a variety of early semi-automatic transmissions and automatic transmissions. Since the late 1940s, the hydrodynamic torque converter has replaced the fluid coupling in automotive applications. In automotive applications, the pump typically is connected to the flywheel of the engine—in fact, the coupling's enclosure may be part of the flywheel proper, and thus is turned by the engine's crankshaft. The turbine is connected to the input shaft of the transmission. While the transmission is in gear, as engine speed increases torque is transferred from the engine to the input shaft by the motion of the fluid, propelling the vehicle. In this regard, the behavior of the fluid coupling strongly resembles that of a mechanical clutch driving a manual transmission. Fluid flywheels, as distinct from torque converters, are best known for their use in Daimler cars in conjunction with a Wilson pre-selector gearbox. Daimler used these throughout their range of luxury cars, until switching to automatic gearboxes with the 1958 Majestic. Daimler and Alvis were both also known for their military vehicles and armored cars, some of which also used the combination of pre-selector gearbox and fluid flywheel. [edit] AviationThe most prominent use of fluid couplings in aeronautical applications was in the Wright turbo-compound reciprocating engine, in which three power recovery turbines extracted approximately 20 percent of the energy or about 500 horsepower (370 kW) from the engine's exhaust gases and then, using three fluid couplings and gearing, converted low-torque high-speed turbine rotation to low-speed, high-torque output to drive the propeller. Epicyclic gearing or planetary gearing is a gear system consisting of one or more outer gears, or planet gears, revolving about a central, or sun gear. Typically, the planet gears are mounted on a movable arm or carrier which itself may rotate relative to the sun gear. Epicyclic gearing systems also incorporate the use of an outer ring gear or annulus, which meshes with the planet gears. Planetary gears (or epicyclic gears) are typically classified as simple and compound planetary gears. Simple planetary gears have one sun, one ring, one carrier, and one planet set. Compound planetary gears involve one or more of the following three types of structures: meshed-planet (there are at least two more planets in mesh with each other in each planet train), stepped-planet (there exists a shaft connection between two planets in each planet train), and multi-stage structures (the system contains two or more planet sets). Compared to simple planetary gears, compound planetary gears have the advantages of larger reduction ratio, higher torque-to-weight ratio, and more flexible configurations. The axes of all gears are usually parallel, but for special cases like pencil sharpeners they can be placed at an angle, introducing elements of bevel gear (see below). Further, the sun, planet carrier and annulus axes are usually coaxial. The gear ratio in an epicyclic gearing system is somewhat non-intuitive, particularly because there are several ways in which an input rotation can be converted into an output rotation. The three basic components of the epicyclic gear are: Sun: The central gear Planet carrier: Holds one or more peripheral planet gears, all of the same size, meshed with the sun gear Annulus: An outer ring with inward-facing teeth that mesh with the planet gear or gears In many epicyclic gearing systems, one of these three basic components is held stationary; one of the two remaining components is an input, providing power to the system, while the last component is an output, receiving power from the system. The ratio of input rotation to output rotation is dependent upon the number of teeth in each gear, and upon which component is held stationary. In other systems, such as hybrid vehicle transmissions, two of the components are used as inputs with the third providing output relative to the two inputs.[3] In one arrangement, the planetary carrier (green) is held stationary, and the sun gear (yellow) is used as input. In this case, the planetary gears simply rotate about their own axes (i.e., spin) at a rate determined by the number of teeth in each gear. If the sun gear has Ns teeth, and each planet gear has Np teeth, then the ratio is equal to -Ns/Np. For instance, if the sun gear has 24 teeth, and each planet has 16 teeth, then the ratio is -24/16, or -3/2; this means that one clockwise turn of the sun gear produces 1.5 counterclockwise turns of each of the planet gear(s) about its axis. This rotation of the planet gears can in turn drive the annulus (not depicted in diagram), in a corresponding ratio. If the annulus has Na teeth, then the annulus will rotate by Np/Na turns for each turn of the planet gears. For instance, if the annulus has 64 teeth, and the planets 16, one clockwise turn of a planet gear results in 16/64, or 1/4 clockwise turns of the annulus. Extending this case from the one above: One turn of the sun gear results in turns of the planets One turn of a planet gear results in turns of the annulus So, with the planetary carrier locked, one turn of the sun gear results in turns of the annulus. The annulus may also be held fixed, with input provided to the planetary gear carrier; output rotation is then produced from the sun gear. This configuration will produce an increase in gear ratio, equal to 1+Na/Ns. These are all described by the equation: where n is the form factor of the planetary gear, defined by: If the annulus is held stationary and the sun gear is used as the input, the planet carrier will be the output. The gear ratio in this case will be 1/(1+Na/Ns). This is the lowest gear ratio attainable with an epicyclic gear train. This type of gearing is sometimes used in tractors and construction equipment to provide high torque to the drive wheels. In bicycle hub gears, the sun is usually stationary, being keyed to the axle or even machined directly onto it. The planetary gear carrier is used as input. In this case the gear ratio is simply given by (Ns+Na)/Na. The number of teeth in the planet gear is irrelevant. Compound planets of a Sturmey-Archer AM bicycle hub (gear ring removed)[edit] Compound planetary gears Stepped planet series of the Rohloff Speedhub internally geared bicycle hub with the smaller planet series meshing with the sun wheel and the larger planet series meshing with the annulus."Compound planetary gear" is a general concept and it refers to any planetary gears involving one or more of the following three types of structures: meshed-planet (there are at least two more planets in mesh with each other in each planet train), stepped-planet (there exists a shaft connection between two planets in each planet train), and multi-stage structures (the system contains two or more planet sets). Some designs use "stepped-planet" which have two differently-sized gears on either end of a common casting. The large end engages the sun, while the small end engages the annulus. This may be necessary to achieve smaller step changes in gear ratio when the overall package size is limited. Compound planets have "timing marks" (or "relative gear mesh phase" in technical term). The assembly conditions of compound planetary gears are more restrictive then simple planetary gears,[4] and they must be assembled in the correct initial orientation relative to each other, or their teeth will not simultaneously engage the sun and annulus at opposite ends of the planet, leading to very rough running and short life. Compound planetary gears can easily achieve larger transmission ratio with equal or smaller volume. For example, compound planets with teeth in a 2:1 ratio with a 50T annulus would give the same effect as a 100T annulus, but with half the actual diameter. More planet and sun gear units can be placed in series in the same annulus housing (where the output shaft of the first stage becomes the input shaft of the next stage) providing a larger (or smaller) gear ratio. This is the way some automatic transmissions work. During World War II, a special variation of epicyclic gearing was developed for portable radar gear, where a very high reduction ratio in a small package was needed. This had two outer annular gears, each half the thickness of the other gears. One of these two annular gears was held fixed and had one tooth fewer than did the other. Therefore, several turns of the "sun" gear made the "planet" gears complete a single revolution, which in turn made the rotating annular gear rotate by a single tooth.[citation needed] HyperSmash.com Search Engine Submitter
If you wish get high ranking in search engines. So you need to check our Link Building Company Pingates