หลักการทำงานของการส่งกำลังและข้อควรระวังในการใช้งานของระบบส่งกำลังแบบต่อเนื่องที่ปรับความเร็วได้ (Variator Gearbox) แบบจานกรวยดาวเคราะห์

ระบบจานทรงกรวยดาวเคราะห์เชิงกล ตัวแปรความเร็วแบบจานทรงกรวยดาวเคราะห์เชิงกลเป็นอุปกรณ์ส่งกำลังแบบปรับความเร็วต่อเนื่อง (CVT) ที่มีความซับซ้อนสูง สามารถปรับเปลี่ยนความเร็วขาออกอย่างต่อเนื่องและราบรื่นภายในช่วงที่กำหนดไว้ล่วงหน้า โดยใช้การปรับแต่งเชิงกล ขณะที่ยังคงความเร็วขาเข้าคงที่ หลักการพื้นฐานของมันไม่ได้อิงจากการเปลี่ยนอัตราทดเกียร์แบบดั้งเดิม แต่อาศัยการเปลี่ยนแปลงรัศมีจุดสัมผัสอย่างต่อเนื่องในการส่งกำลังด้วยแรงเสียดทาน

โครงสร้างหลักของระบบส่งกำลังนี้ประกอบด้วยเพลาเข้า (input shaft), เพลาออก (output shaft) และกลไกจานทรงกรวยแบบดาวเคราะห์ (planetary cone disk mechanism) เพลาเข้าเชื่อมต่อกับจานทรงกรวยดวงอาทิตย์ (sun cone disk) ที่ทำหน้าที่ขับเคลื่อน จานทรงกรวยดวงอาทิตย์มักมีพื้นผิวเสียดทานรูปกรวยเว้า รอบจานทรงกรวยดวงอาทิตย์จะมีเฟืองทรงกรวยแบบดาวเคราะห์ (planetary conical gears) จัดเรียงอย่างสม่ำเสมอ เฟืองทรงกรวยแบบดาวเคราะห์เหล่านี้มีรูปร่างเป็นกรวยคู่ โดยพื้นผิวกรวยทั้งสองด้านสัมผัสกับพื้นผิวกรวยด้านในของจานทรงกรวยดวงอาทิตย์ และพื้นผิวกรวยด้านในของแหวนแรงดันที่สามารถเลื่อนตามแนวแกนได้ (หรือที่เรียกว่าแหวนออก หรือ output ring) ตามลำดับ เฟืองทรงกรวยแบบดาวเคราะห์ถูกรองรับโดยกรอบยึด (cage) หรือตัวยึดเฟืองดาวเคราะห์ (planet carrier) ซึ่งทำให้เฟืองสามารถหมุนรอบตัวเองได้ รวมทั้งโคจรรอบภายในโพรงที่เกิดขึ้นระหว่างจานทรงกรวยดวงอาทิตย์กับแหวนแรงดัน

กระบวนการเปลี่ยนความเร็วเป็นการกระทำเชิงกลที่ต้องประสานงานอย่างแม่นยำ เมื่อเราต้องการเปลี่ยนความเร็วขาออก เราจะหมุนสกรูปรับความเร็วด้วยมือหมุนภายนอกหรือกลไกปรับความเร็ว ซึ่งสกรูตัวนี้จะดันนัตปรับความเร็วให้เกิดการเคลื่อนที่ตามแนวแกน การเคลื่อนที่ของนัตผ่านชุดตลับลูกปืนรับแรงผลักหรือกลไกข้อต่อ จะส่งผ่านและเปลี่ยนตำแหน่งมุมของแคมปรับความเร็วหรือแผ่นเอียง (swashplate) ในที่สุด การเปลี่ยนแปลงมุมของแคมนี้จะบังคับให้เฟืองกรวยแบบดาวเคราะห์ทั้งหมดเอียงไปพร้อมกัน กล่าวคือ เปลี่ยนมุมระหว่างแกนของเฟืองแต่ละตัวกับแกนของจานกรวยกลาง (sun cone disk)

การเปลี่ยนแปลงมุมเอียงของเกียร์กรวยดาวเคราะห์คือกลไกทางกายภาพที่สำคัญต่อการเปลี่ยนความเร็วของระบบ เมื่อจานกรวยดาวเคราะห์อยู่ที่มุมเอียงเฉพาะหนึ่งมุม รัศมีที่มีผลต่อจุดสัมผัสกับจานกรวยดวงอาทิตย์จะคงที่ รัศมีของจุดสัมผัสนี้วัดจากศูนย์กลางการหมุนของจานกรวยดวงอาทิตย์ ซึ่งถือเป็นรัศมีขาเข้า (input radius) ของระบบส่งกำลัง พร้อมกันนั้น รัศมีของจุดสัมผัสระหว่างจานกรวยดาวเคราะห์กับแหวนแรงดันภายนอกก็จะเป็นรัศมีขาออก (output radius) ของระบบส่งกำลัง กล่าวอีกนัยหนึ่ง คือเทียบเท่ากับการเปลี่ยนอัตราส่วนของรัศมีส่งกำลังระหว่างฝั่งขับเคลื่อน (จานกรวยดวงอาทิตย์) กับฝั่งที่ถูกขับเคลื่อน (แหวนแรงดัน) อย่างต่อเนื่อง หรือกล่าวอีกอย่างคือ อัตราส่วนส่งกำลัง (transmission ratio)

โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เมื่อกลไกปรับแต่งทำให้เกียร์ทรงกรวยแบบดาวเคราะห์เอียงไปในทิศทางหนึ่ง จุดสัมผัสของเกียร์ทรงกรวยแบบดาวเคราะห์กับแผ่นดิสก์ทรงกรวยดวงอาทิตย์จะเลื่อนเข้าหาปลายด้านใหญ่ของแผ่นดิสก์ทรงกรวยดวงอาทิตย์ (เพิ่มรัศมีขาเข้า) ในขณะที่จุดสัมผัสกับแหวนแรงดันจะเลื่อนเข้าหาปลายด้านเล็กของแหวนแรงดัน (ลดรัศมีขาออก) ตามสูตรอัตราทด (ความเร็วขาออก/ความเร็วขาเข้า ≈ รัศมีขาเข้า/รัศมีขาออก) อัตราทดจะเพิ่มขึ้น และความเร็วขาออกจะลดลง ตรงกันข้าม เมื่อเกียร์ทรงกรวยแบบดาวเคราะห์เอียงไปในทิศทางตรงข้าม รัศมีขาเข้าจะลดลง ในขณะที่รัศมีขาออกจะเพิ่มขึ้น ส่งผลให้อัตราทดลดลง และความเร็วขาออกเพิ่มขึ้น ตลอดกระบวนการปรับแต่ง แนวทางการถ่ายโอนกำลังจะต่อเนื่องไม่ขาดตอน: เพลาขาเข้าขับให้แผ่นดิสก์ทรงกรวยดวงอาทิตย์หมุน ซึ่งต่อมาจะขับให้เกียร์ทรงกรวยแบบดาวเคราะห์หมุนผ่านแรงเสียดทาน จากนั้นเกียร์ทรงกรวยแบบดาวเคราะห์จะขับให้แหวนแรงดันหมุนผ่านแรงเสียดทาน และแหวนแรงดันจะส่งผ่านกำลังไปยังเพลาขาออกในที่สุด

เมื่อใช้ตัวเปลี่ยนความเร็วประเภทนี้ ต้องปฏิบัติตามขั้นตอนการใช้งานอย่างเคร่งครัดเพื่อให้มั่นใจในอายุการใช้งานของอุปกรณ์ ประการแรก ห้ามโหลดเกินขีดจำกัดอย่างเด็ดขาด การโหลดเกินจะทำให้เกิดการลื่นไถลอย่างรุนแรงทันที และอุณหภูมิสูงแบบฉับพลันอาจทำให้ผิวสัมผัสแบบเสียดสีของจานทรงกรวยและล้อทรงกรวยไหม้เสียหายอย่างถาวร ดังนั้น ภาระที่ใช้งานต้องไม่เกินค่าแรงบิดที่ระบุไว้สูงสุดเสมอ ประการที่สอง การปรับความเร็วต้องดำเนินการขณะเครื่องกำลังทำงานอยู่เท่านั้น กล่าวคือ ต้องปรับความเร็วขณะเพลาขาเข้ากำลังหมุนอยู่ การหมุนวงล้อปรับความเร็วด้วยแรงขณะเครื่องหยุดนิ่งจะทำให้กลไกปรับความเร็วของล้อทรงกรวยแบบดาวเคราะห์สึกหรออย่างรุนแรง หรือแม้แต่ติดขัดจนทำให้อุปกรณ์เสียหายได้ ดังนั้น ควรหมุนวงล้อปรับความเร็วอย่างช้าๆ และสม่ำเสมอ ประการที่สาม ต้องมั่นใจว่ามีการหล่อลื่นอย่างเพียงพอและเหมาะสม โดยต้องใช้น้ำมันหล่อลื่นพิเศษที่ผู้ผลิตกำหนดไว้โดยเฉพาะ ซึ่งน้ำมันหล่อลื่นชนิดนี้ไม่เพียงแต่หล่อลื่นตลับลูกปืนและเกียร์เท่านั้น แต่ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานเฉพาะของมันยังมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อความมั่นคงของแรงบิดที่ถ่ายทอดผ่านคู่ผิวเสียดสีอีกด้วย จึงจำเป็นต้องตรวจสอบระดับน้ำมันเป็นประจำ และเปลี่ยนน้ำมันตามรอบเวลาที่กำหนด เพื่อรักษาประสิทธิภาพในการหล่อลื่นและการระบายความร้อน ประการที่สี่ ต้องใส่ใจต่อการเฝ้าสังเกตการณ์ระหว่างการใช้งานและการบำรุงรักษาประจำวัน ระหว่างการใช้งาน ให้ฟังเสียงผิดปกติใดๆ และตรวจสอบว่าอุณหภูมิของกล่องเกียร์อยู่ในช่วงปกติหรือไม่ รวมทั้งตรวจสอบอย่างสม่ำเสมอว่าส่วนยึดตรึงทั้งหมดหลวมหรือไม่ สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้งานต่อเนื่องเป็นเวลานาน ให้ตรวจสอบการสึกหรอของเกียร์ทรงกรวยแบบดาวเคราะห์และแผ่นเสียดสีตามคู่มือการบำรุงรักษาเป็นระยะ และเปลี่ยนชิ้นส่วนที่สึกหรอออกทันทีเมื่อพบว่ามีการสึกหรอ

โดยสรุป ตัวแปรความเร็วแบบจานทรงกรวยเกียร์ดาวเคราะห์เชิงกล (mechanical planetary conical disc variator) สามารถเปลี่ยนความเร็วแบบไม่เป็นขั้นตอน (stepless speed change) ได้โดยการปรับมุมเอียงของเกียร์ดาวเคราะห์ทรงกรวยอย่างแม่นยำ ซึ่งส่งผลให้รัศมีการสัมผัสที่มีประสิทธิภาพของการขับเคลื่อนด้วยแรงเสียดทานเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่อง กลไกนี้เป็นกลไกคลาสสิกที่เหมาะสำหรับการใช้งานในระดับกำลังปานกลางถึงต่ำ ซึ่งต้องการความเรียบเนียนสูงในการควบคุมความเร็ว ผู้ใช้งานจะสามารถรับประกันการทำงานที่เชื่อถือได้และบรรลุสมรรถนะสูงสุดได้ ก็ต่อเมื่อเข้าใจหลักการของการขับเคลื่อนด้วยแรงเสียดทานและการเปลี่ยนความเร็วเชิงเรขาคณิตอย่างลึกซึ้ง และปฏิบัติตามข้อกำหนดอย่างเคร่งครัดในด้านภาระงาน การควบคุมความเร็ว และการหล่อลื่น

ฉัน หากท่านต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวลดความเร็ว (reducer) หรือกล่องเกียร์ (gearbox) โปรดติดต่อวิศวกรของบริษัท WUMA ได้ทุกเมื่อ หากท่านต้องการทราบข้อมูลเพิ่มเติมเกี่ยวกับตัวลดความเร็ว (reducer) หรือกล่องเกียร์ (gearbox) โปรดติดต่อวิศวกรของบริษัท WUMA ได้ทุกเมื่อ