Mikro Hibrit Güç Aktarma Sistemi için Planet Dişli Kutusunun Tasarımı ve Uygulaması

Abstract

Bu çalışma, yakıt tüketimini azaltmak amacıyla 3 HP elektrik motorunu (EM) mevcut 20 HP içten yanmalı motor (ICE) ile entegre ederek hibrit bir güç aktarma sistemi oluşturmak için bir planet dişli kutusunun tasarımını, imalatını ve testini hedeflemektedir. Planet dişli sistemi, iki ayrı güç ünitesinin giriş devirlerini çıkışta birleştirebilen mekanik bir kaplin olarak kullanılabilir. Planet dişli kutusunun bir diğer avantajı ise yüksek verimliliği ve önemli dişli küçültme potansiyelidir; bu sayede farklı çalışma aralıklarına sahip iki ayrı güç ünitesi kesintisiz biçimde çalışabilir. Goodman Kriteri kullanılarak MATLAB ortamında matematiksel bir model oluşturulmuş ve elde edilen parametreler, tasarım, modelleme ve imalat aşamalarında uygulanmıştır. Dişli kutusu, özel mühendislik yazılımları kullanılarak analiz edilmiş ve 2.5 veya daha yüksek bir emniyet katsayısı ile 12,000 saati aşan bir hizmet ömrüne sahip olduğu doğrulanmıştır. Hibrit güç aktarma sistemine entegrasyonun ardından dişli kutusunun verimliliğini belirlemek amacıyla bir test prosedürü geliştirilmiş ve iki farklı bağlantı noktası için ölçümler yapılmıştır. EM kullanılarak yapılan testlerde 1 kW'a kadar güç değerleri uygulanmıştır. Dişli kutusunun verimliliği deneysel olarak halka taşıyıcılı enerji hattı için %60 civarında ve güneş taşıyıcılı enerji hattı için %80 civarında olacak şekilde ölçülmüştür. Son olarak, önerilen PHEV konfigürasyonu ile yakıt tüketiminde elde edilen potansiyel azalmayı değerlendirmek için doğrulanmış güç aktarma sistemi modeli ve ölçülen dişli kutusu verimliliği kullanılarak bir paralel hibrit elektrikli araç (PHEV) simülasyonu gerçekleştirildi. Simülasyon sonuçları, PHEV tasarımının, PHEV kurulumlarındaki güç üniteleri arasındaki mekanik bağlantı için kullanılan planet dişli kutusuyla eşdeğer geleneksel bir araçla karşılaştırıldığında, içten yanmalı motor ayna dişlisine bağlıysa yakıt tüketimini %22 ve içten yanmalı motor güneş dişlisine bağlıysa %39 oranında azalttığını göstermektedir.This setup aims to design, manufacture, and test a planetary gearbox to integrate a 3 HP electrical motor (EM) with an existing 20 HP internal combustion engine (ICE), creating a hybrid powertrain to reduce fuel consumption. A planetary gearset system can be used as a mechanical coupler between two separate power units, allowing their input speeds to be combined at the output. A second advantage of the planetary gearset lies in its high efficiency and significant gear-reduction potential, enabling two separate power units with different operating bands to operate seamlessly. Using the Goodman Criterion, a mathematical model was constructed in MATLAB, and the parameters obtained from the results were applied to design, model, and manufacture the devised planetary gearbox coupler. The gearbox was analyzed using dedicated engineering software, which verified a safety factor of 2.5 or higher and a projected service life exceeding 12,000 hours. A testing procedure was developed to determine the gearbox's efficiency after integration into the hybrid powertrain, and measurements were taken for two different connection ports. Using an EM, the tests were conducted with power figures up to 1 kW. The efficiency of the gearbox was measured experimentally to be around 60% for ring-carrier powerline and around 80% for sun-carrier powerline. Finally, a parallel hybrid electric vehicle (PHEV) simulation was conducted using the validated powertrain model and measured gearbox efficiency to evaluate the potential reduction in fuel consumption achieved by the proposed PHEV configuration. The simulation results show that PHEV design reduces the fuel consumption by 22% if the ICE is connected to ring gear and 39\% if the ICE is connected to the sun gear when compared with an equivalent conventional vehicle, with the planetary gearbox used for the mechanical coupler between the power units on the PHEV setups.