Какое масло заливать в коробку робот, сколько лить масла в РКПП

Роботизированные коробки передач (РКПП) требуют качественного и регулярного обслуживания. В случае поломки ремонт такого агрегата стоит дорого. Даже если в мануале автомобиля указано, что коробка необслуживаемая, владельцам рекомендуют периодически менять масло и фильтры. Смазывающая жидкость с течением времени неизбежно загрязняется. Какое масло заливать в робота и как часто требуется обслуживание – рассмотрим ниже.

Когда требуется замена

Роботизированные коробки передач – это узлы сложной конструкции. Принцип действия схож с автоматизированными механическими КПП, но обслуживание РКПП другое.

Интервал замены масла зависит от типа роботизированной коробки передач:

• РКПП с одним пакетом сцепления типа АМТ. В однодисковых коробках смазывающую жидкость меняют в среднем через 80 000 км пробега.
• РКПП с двумя пакетами сцепления типа DSG. Интервал замены масла – от 50 000 до 70 000 км.

Двухдисковые коробки в свою очередь делят на «сухие» и «мокрые». В «мокрых» РКПП диски сцепления погружаются в трансмиссионное масло, поэтому обслуживание требуется чаще – через 50 000 км. В «сухих» коробках жидкость меняют через 60 000– 70 000 км.

При расчете межсервисного интервала принимают во внимание условия эксплуатации коробки. Агрессивное вождение, большие нагрузки снижают срок службы смазывающей жидкости. Интервал между обслуживанием сокращают на 20–40 %.

Как понять, что масло нужно менять раньше срока

• При переключении режимов чувствуются удары, толчки в коробке.
• Во время движения машины слышны посторонние звуки, возникает вибрация в трансмиссии.
• При диагностике мехатроника считываются ошибки.

Какое масло заливать в коробку-робот

Производители рекомендуют использовать в РКПП полусинтетические и синтетические масла с вязкостью 75W-80 (всесезонные) классом не ниже GL-4. Такие продукты более устойчивы к окислению, чем минеральные.

Чтобы правильно выбрать, какое масло лить в коробку-робот, необходимо изучить паспорт автомобиля – в документе содержатся все требования к обслуживанию. Тип смазывающей жидкости зависит от модели, года выпуска машины и типа РКПП.

Общая рекомендация для всех авто от любого производителя – использовать оригинальное, качественное масло. Это важное условие для стабильной работы узла.

Сколько масла лить в РКПП

Объем трансмиссионной жидкости также указан в инструкции к автомобилю. Если замену проводит сам автовладелец, то необходимо ориентироваться на количество слитого масла. В коробку добавляют ровно столько же литров жидкости. После этого проверяют уровень с помощью контрольного окошка или другим доступным методом.

ТОП масел для роботизированных коробок передач

ROLF ATF MULTIVEHICLE

Высокоэффективное масло на синтетической основе. Продукт с отличными противозадирными, противоизносными свойствами, обеспечивает плавное переключение передач.

Основные характеристики:

• Плотность: 0,845 г/см³.
• Вязкость при 40 °С: 40,1 мм²/с.
• Вязкость при 100 °С: 7,87 мм²/с.
• Индекс вязкости: 172.
• Температура вспышки: 218 °С.
• Температура застывания: не выше -45 °С.

принцип работы, ремонт и обслуживание

Многие представители компаний по продаже новых автомобилей готовы предложить своим клиентам на выбор модели, в которых могут быть установлены следующие виды КПП роботизированная, автоматическая или механическая. И если в последних двух типах преобладающее большинство автолюбителей разбирается, то о варианте коробки-робота стоит поговорить.

Что такое коробка-робот?

Это устройство представляет собой стандартную механическую коробку передач, оснащенную дополнительной системой управления передачами и сцеплением автомобиля. Главное отличие заключается в том, что функционал сцепления и переключения передач полностью роботизирован при помощи специального электронного блока со встроенными алгоритмами управления.

Работать такая коробка может в нескольких режимах: на полном автомате, а также на полуавтомате. Во втором случае водитель принимает непосредственное участие в процессе переключения передач с низшей ступени на более высокую. Делает он это с помощью переключателей, расположенных под рулевым колесом, или с помощью рычага селектора.

В процессе эксплуатации роботизированная КПП способна совместить в себе рабочую динамичность, экономичность и надежность стандартной «механики», а также комфорт в управлении «автомата». Несомненным плюсом устройства является низкая стоимость, по сравнению с автоматическим аналогом. В настоящее время все большее количество мировых автопроизводителей доверяют коробке-роботу.

Устройство роботизированной коробки передач

Существует несколько типов конструкции коробки-робота. Однако в каждом из них есть один общий компонент — механическая КПП, оснащенная системой управления передачами и сцеплением. Именно она является основой работы КПП робот что это обстоятельство не может не радовать, так как в механике разобраться гораздо проще, нежели в его автоматическом аналоге.

В процессе производства роботизированную коробку могут оснащать либо приводом с гидравликой, либо электрическим приводом сцепления. Во втором случае роль исполняющих конструкций возлагается на сервомеханизмы, то есть на электрический мотор и механическую передачу. В первом варианте привод производится при помощи специальных гидроцилиндров, управление которых осуществляется электромагнитными клапанами.

Данный тип привода еще имеет название электрогидравлического. Некоторые крупные компании, к примеру Ford или Opel при установке роботизированной КППП используют в ее конструкции электропривод, где для того чтобы переместить главный цилиндр сцепления применяется гидромеханический блок, оснащенный электрическим мотором.

Скорость выполнения своих обязанностей в электрическом приводе довольно невысокая и составляет от 0,3 до 0,5секунды. Однако в отличие от гидравлического привода энергии риходится затрачивать на порядок меньше. Обратной стороной медали в гидравлике является скорость работы, которая зачастую используется производителями спортивных автомобилей. Только представьте, переключение передачи в моделе Lamboghini Aventador с роботизированной КПП составляет всего 0,051 секунды. Этот показатель в десять раз лучше, нежели у машин с коробкой-роботом и электрическим приводом.

Подобные качества двух типов привода коробки-робота определили область их использования. Так, гидравлику используют производители моделей представительского и спортивного класса, а электрические приводы устанавливаются на бюджетные автомобили.

Как обслуживается КПП, диагностирование неисправностей и разновидности ее ремонта смотрите здесь. Хотите узнать можно ли сделать ремонт КПП ВАЗ 2019 самостоятельно? Тогда вам сюда.

Поломка РКПП

Самым незащищенным от неисправностей компонентом в устройстве роботизированной коробки является сцепление. Среди поломок этого конструкционного элемента наиболее часто встречаются износы ведомого диска, выжимного и направляющих, а также корзины сцепления. Первые признаки появления неисправности в сцеплении можно понять из пробуксовки машины, то есть резком трогании с места либо отсутствии крутящего момента на средней скорости. В случае достижения значительного порога износа деталей и механизмов сцепления коробки-робота, система уведомит владельца авто путем подачи сигнала на приборной панели и переходом в аварийный режим.

Вторая строчка среди распространенных неисправностей «робота» закрепилась за нарушением работы так называемого актуатора, то есть электромеханического привода, отвечающего за корректное переключение передач и работу сцепления.

Ни один механизм автомобиля не застрахован от износа в процессе длительной эксплуатации. Это обстоятельство становится причиной износа щеток, различных загрязнение, а также обрывов в цепи электродвигателя. Помимо вышеназванных самых распространенных поломок коробка-робот может пострадать и от износа рычагов, а также износа зубцов на колесах привода. Определить неисправность привода можно по сопровождающимся рывкам при попытках тронуться с места. Но не нужно сразу впадать в панику, ведь рывки могут быть связаны и с нарушениями в настройках сцепления автомобиля.

Путем визуального осмотра и посещения специализированной станции можно определить лишь внешние неисправности. Внутри себя коробка-робот может скрывать и другие неприятные сюрпризы для владельца автомобиля. Определить данные неисправности можно лишь путем проверки роботизированной КПП на специальном компьютере. Загруженные в систему диагностические коды позволят выявить такие неисправности как проблемы в электрической части, а также ряд других механических неисправностей. Отыскать диагностические коды и программу для проверки можно и самостоятельно. Но тут важно учитывать, что для каждого производителя эти значения индивидуальны.

Неисправности роботизированной коробки передач DSG

Отдельно хочется упомянуть неисправности, которые могут возникнуть в процессе эксплуатации коробки-робота DSG. И даже несмотря на то, что этот тип устройства используется сравнительно недавно и уже успел снискать славу архинадежной конструкции за счет наличия семи ступеней переключения передач, у него имеются слабые места.

Конечно, их не так много, как в предыдущих поколениях, но проблем с ними от этого меньше не становится. Первое место прячется в блоке управления. Можно сказать, что в процессе разработки конструкторы что-то упустили из виду. И теперь отчаянно пытаются устранить свою ошибку. Втрое проблемное место — двойное сцепление сухого типа.

За счет особенностей конструкции коробки DSG сухое сцепление постоянно находится в работе и, особенно в переходном режиме, деталь подвергается интенсивному износу. Почувствовать неисправность можно в появлении вибрации в момент выезда со стоянки или двора, а также в появлении пробуксовки. Лечить болезнь не получится. Поможет лишь полная замена сцепления.

МКПП, АКПП, вариатор или робот.

Что выбрать? Что лучше

Для тех, кто планирует приобретать автомобиль, стоит нелегкая задача. Огромный выбор марок и моделей в разных ценовых категориях сбивают с толку. Особенно, если будущий автовладелец не разбирается в технике. Выбор авто зависит от бюджета и пристрастий. Но основным критерием выбора чаще всего становится вид коробки. Сегодня выпускаются автомобили с различными видами коробок на борту. Каждая из них имеет свои плюсы и минусы, особенности эксплуатации, стоимость обслуживания. Что же выбрать? Об этом наша статья.

Виды коробок переключения передач

Для начала уточним — выбирать автомобиль только по виду коробки передач не нужно. Как минимум, потому что у каждого водителя свои предпочтения и свое мнение. Также отметим, что каждый производитель за свою историю выпуска автомобилей имел “промахи”, выпуская коробку переключения передач с погрешностями и недоработками. Речь не идет о китайских автомобилях. Такие марки автомобилей, как Тойота, Митсубиши, Фольксваген были замечены с явными недоработками.

Поэтому выбор коробки должен быть основан на рациональности. Необходимо заранее собрать необходимую информацию о конкретной модели и типе коробки. Например, какие наиболее частые поломки именно этой коробки, есть ли проблемы прямо с завода, какие могут быть дефекты и есть ли слабые места. Такой детальный сбор информации поможет выбрать наиболее оптимальный вариант для себя на основе опыте вождения и других субъективных мыслей.

Также не стоит забывать, что в настоящее время, когда между автоконцернами происходит серьезная конкуренция, каждый пытается перетянуть одеяло на себя. Так, например, концерн VAG, который выпускает автомобили марок Ауди, Фольксваген и Шкода, начали устанавливать свой вид коробки под названием DSG. По факту же, ДСГ — это обычный робот с двумя сцеплениями. Но новое название выделяет производителя и вводит покупателя в замешательство. Однако такая коробка имеет свои определенные преимущества и особенности. Она состоит из двух узлов. Один из них отвечает за 1,3 и 5 передач, а второй за 2, 4 и 6. Управление полностью автоматическое, его добавляет качественная электрика и электроника. Поэтому водителю ничего делать не нужно. В тот момент, когда коробка переходит на 2 передачу, следующий ее шаг — автоматический переход на 3. Она находится в режиме ожидания и самостоятельно переключает передачу со 2 на 3. И делает это за миллисекунды. Водитель даже не замечает этого. Разгон при этом максимально плавный и приятный. Нет толчков, рывков. Этот вид коробки — идеальный для тех, кто любит маневренную, скоростную езду.

Есть и еще один вид коробок под названием Powershift. Их устанавливают в автомобиле марок Ford. КП Powershift по принципу работы очень похожа на DSG. Отличие лишь в программной части и настройках. Схожесть двух видов коробок передач заключается не только в принципе работы, но и компонентов. Их количество и виды, практически, одинаковы, но выпускаются различными производителями.  

В сухом же остатки все существующие на данный момент коробки переключения передач можно разделить на 4 вида:

• МКПП — механическая коробка переключения передач;
• АКПП — автоматическая коробка передач;
• Роботизированная коробка передач;
• Вариаторная коробка или просто вариатор, CVT.

Каждый вид имеет особенности и своих поклонников. Кто-то утверждает, что АКПП — единственно возможный наилучший вариант. Кому-то по душе вариатор. О каждом из видом КП поговорим далее.

Механика (МКПП)

Во всем мире львиная доля продаж автомобилей приходится именно на механику. В некоторых странах большинство авто выпускается только на механике. В странах СНГ, где представлен широкий ряд машин с разными видами КП, часть автолюбителей склоняются именно к МКПП.

Наверняка это связано с тем, что данный вид коробки является самым дешевым. У каждого автомобилиста первая авто была на МКПП, на нем сдавали на права.

Поэтому многие убеждены, что механика вечна, она неубиваема и дешевая в обслуживании. Отчасти, это правда. Но только отчасти.

А все дело в том, что существует огромный ряд механических коробок передач, у которых недостатков больше, чем даже в самых ненадежных автоматах. Поэтому при выборе МКПП нужно ориентироваться на производителя, его репутацию. Но даже при этом всегда есть вероятность купить автомобиль с ненадежной МКП.

Плюсы и минусы механики

Для объективного сравнения всех существующих видом КП, необходимо сравнить плюсы и минусы каждой.

К преимуществам механики относится:

• Ресурс механики гораздо выше, чем у других видов коробок. Поэтому при желании купить подержанный автомобиль возрастом от 5 лет, лучше выбирать именно на механике;
• Ремонт и обслуживание МКПП обходится действительно недорого;
• Если в дороге произойдет поломка коробки, автомобиль будет продолжать ехать. Да, это будет сопровождаться стуками и скрежетом, но даже при таких обстоятельствах можно спокойно доехать до СТО самостоятельно без вызова эвакуатора;
• Как правило, обслуживание МКП заключается только в своевременной замене масла. При соблюдении этого простейшего требования, коробка может прослужить до 20 лет без существенного ремонта. Замена масла должна производиться не реже 60 000 км пробега.

Минусы заключаются только в ограничении комфорта вождения. Водитель вынужден постоянно держать руку на кулисе переключения передачи, контролировать педаль сцепления. Особенно это сложно будет даваться новичкам, а также в условиях постоянного трафика и множества светофоров. При неправильном переключении и несоблюдении правил эксплуатации механики можно сжечь сцепление, обрести проблемы с мотором и самой коробкой. В этом плане механика намного уступает автомату.

Итог: механику можно назвать надежной при грамотном выборе модели коробки, но уровень комфорта вождения намного ниже по сравнению с другими коробками.

Автоматическая коробка передач

Именно с автоматом сравнивают механику при выборе коробки передач. Однозначно сказать сложно: нужно сравнить плюсы и минусы обеих коробок, выбрав оптимальный вариант для себя.

Классическая модель автоматической коробки передач работает на основе гидротрансформатора. Он считается главной деталью в узле. С его помощью происходит переключение планетарных передач, а также замещает сцепление, благодаря чему переключение передачи происходит автоматически. Водителю не нужно постоянно контролировать переключение скорости, как этого требует МКПП.

Автомат достаточно сложный узел с технической точки зрения. Большую роль в его работе играет автоматика, которая контролирует большинство процессов. Однако многие современные АКПП не уступают в ресурсе МКПП, а также требуют минимального технического обслуживания. К тому же, коробка-автомат имеет ряд существенных преимуществ, которые становятся перевесом при выборе вида КП.

К плюсам относится:

• Ресурс коробки. То, что коробка способна проехать не более 100 000 км пробега и сломаться — миф. Современные коробки-автомат при условии правильного обслуживания способны проехать более 500 000 км. Одно “но”: нужно уделить внимание качеству расходников и масла. Это важно. О других мифах относительно АКПП можно почитать здесь;
• Комфорт вождения. Очевидное преимущество автомата над механикой. Передача переключается автоматически, водителю не нужно участвовать в процессе. Не нужно трогать сцепление (педаль конструктивно отсутствует), беспокоиться о скорости, дозировать бензин во избежание того, что авто заглохнет. Все это доставляет удовольствие вождения;
• Ремонтопригодность. В АКПП можно отремонтировать каждый компонент. В крайнем случае, заменить его на новый или подержанный ради экономии;
• Потребление топлива. Есть модели автомобилей с автоматом на борту, которые потребляют не более 4-6 литров на сотню. Это очень хороший показатель в наших реалиях относительно стоимости бензина.

Из минусов можно выделить лишь стоимость ремонта. Ремонт АКПП обойдется дороже, чем ремонт механики, но дешевле, чем ремонт вариатора или робота. Также ремонт требует профессионализма. Иначе проблемы с коробкой и дорогостоящий повторный ремонт неизбежен.

Вариаторная коробка (CVT)

Многие, кто впервые сталкивается с проблемой выбора вида коробки передач, не знают, что такое вариатор. CVT — это бесступенчатая коробка передач. Является самым удобным с точки зрения управляемости узлом. Подробно о вариаторе мы уже писали в этой статье.

Если кратко, то работает вариатор с помощью приводного ремня, передвигающимся по двум разнонаправленным конусам. Такая конструкция полностью исключила необходимость поднимать передачи вручную. Их тут даже нет. Вариаторная коробка считывает и оценивает электроникой многие факторы и принимает зону оптимального положения ремня самостоятельно. В результате крутящий момент передается на колеса транспортного средства.

На сегодняшний день лишь небольшая часть автомобилей выпускается с вариатором. Но по прогнозам экспертов, в будущем вариаторная коробка получит огромный успех за счет своих преимуществ:

• Очень плавный набор скорости, отличная динамика и хороший разгон. Водитель ощущает максимальный комфорт управления. Автомобиль начинает движение без рывков и ощутимых толчков, что типично для механики и классической АКПП. Время набора скорости напрямую зависит от мощности двигателя. На спортивных моделях вариатор может демонстрировать невероятную динамику;
• Очень малый расход бензина. Вариаторная коробка станет идеальным вариантом для тех, кто хочет экономить на топливе;
• Простая эксплуатация. Даже новичку будет понятно управления авто с вариатором на борту. Те, кто всю жизнь откатали на механике, запросто освоят CVT. Работает коробка-вариатор понятно и просто.

Но стоит указать и минусы коробки вариатора. Они есть и достаточно существенны:

• Срок службы вариатора очень уступает АКПП и, уж тем более, механике. Он составляет, в среднем, не более 150 тысяч км пробега. Коробка очень чувствительна к нагрузкам. Она не предназначена для спортивной езды, дрифтования. Это “городской” вариант. В обратном случае ремень рвется и ехать дальше уже невозможно. Приобретать б/у автомобиль с пробегом свыше 100 тыс км не следует — ремонт вариатора неизбежен;
• Ремонт вариатора — очень дорогое удовольствие. Чаще всего рвется ремень, который не подлежит ремонту. Его нужно менять. А он дорогой. Кроме того, в Киеве очень мало СТО, которые занимаются профессиональным ремонтом. В столице достаточно сложно найти специалиста, который занимается ремонтом данного типа коробок. Поэтому редко, кто сможет гарантировать высокое качество услуг. В отличие от нас.

Роботизированная коробка передач

Робот или автомат? Этот вопрос актуален для автомобилистов, которые выбирают между двумя вариантами КП. Роботизированная коробка считается “свежим дыханием” в области производства и выпуска коробок переключения передач. Так как она является оптимальным сочетанием автомата и МКПП и взяла себе все преимущества обеих модификаций.

По факту, робот — это МКПП, дополненная электронным мозгом. Если выбирать между автоматом или роботом, то эксперты твердо укажут на второй, так как он имеет широкие возможности различных настроек. Именно поэтому очень многие крупные автоконцерны выпускают новые модели авто с роботизированной коробкой на борту.

Преимущества:

• Самый экономичный расход топлива по сравнению со всеми видами коробок. Это не громкие рекламные лозунги, а факт. Робот показывает экономию в расходе бензина на 10-15% меньше, чем механика. Это действительно очень хорошие показатели;
• Отличная динамика. РКПП очень отзывчива и сразу реагирует на “тапку в пол”. Быстрый разгон и плавная динамика — идеальное сочетание для автовладельца;
• Очень лояльное отношение к двигателю. Даже если есть намеренное желание навредить мотору, сделать это будет ну очень проблематично. Тонкие настройки робота помогают бережно относиться к движку, сохраняя его целым и невредимым;
• Дешевая конструкция. Производство робота обходится быстрее и дешевле, чем другие виды КП. При этом РКПП является самой экологичной модификацией.

И все бы хорошо, если бы не острый вопрос со стоимостью обслуживания и надежностью коробки. Здесь огромный пробел. Роботизированная коробка очень дорога в обслуживании за счет очень высоких электронных настроек, над которыми работают программисты. Если образуется какой-то сбой в электронике, исправить проблему будет очень сложно. И снова из-за ограниченных возможностей мастеров, привыкших к механике и АКПП. Робот считается наименее надежным по сравнению даже с вариатором.

Так какую коробку переключения передач выбрать?

Однозначно выдвинуть кандидата на получение премии “лучшая коробка” мы не можем. Потому что у каждого автолюбителя есть свои критерии выбора. Если важна практичность и надежность, длительный срок эксплуатации, то механике нет равных. Если же вопрос в комфорте — выбирайте автоматическую коробку передач на основе гидротрансформатора. На сегодняшний день вариаторы плавно входят в строй, становясь серьезными конкурентами механике и автомату. Они дарят невероятную динамику, плавность и удовольствие от езды. Но и по сей день производители не могут увеличить срок эксплуатации коробки. Роботизированная коробка передач обеспечивает максимальный комфорт езды, она действительно умная и адаптированная к любым условиям. Но при этом остается самой ненадежной.

В статье мы привели плюсы и минусы каждого варианта. Оцените их и сделайте свой выбор, наиболее подходящий вам.

Флагманские модели Porsche семейства 718 получили «робот» PDK

Все модели Porsche «718-го» семейства теперь можно заказать в версии с роботизированной коробкой передач PDK с двойным сцеплением.

«Робот» PDK, как сообщает пресс-служба компании из Цуффенхаузена стал доступен отныне не только для базовых автомобилей линейки 718, но и для топовых: Boxster и Cayman 718 GTS 4.0, а также 718 Spyder и 718 Cayman GT4.

Автомобили / Новости

Коробка передач с двойным сцеплением, по заявлению производителя, улучшает комфорт при переключении ступеней, а также динамику автомобилей – за счет того, что переключения происходят без разрыва потока мощности.

По сравнению с «718-ми» моделями с механической коробкой передач 420-сильные автомобили серии GT – 718 Spyder и 718 Cayman GT4 – в варианте с PDK разгоняются с места до «сотни» на полсекунды быстрее, за 3,9 с, а 200 км/ч способны набрать за 13,4 с (на 0,4 быстрее).

В свою очередь, модели 718 Cayman GTS 4.0 и 718 Boxster GTS 4.0 с мотором мощностью 400 л.с. и трансмиссией PDK также «сбросили» полсекунды с времени разгона с места до 100 км/ч (до 4,0 с) и 0,4 с – при разгоне до 200 км/ч (до 13,7 секунды).

На моделях серии 718 GTS 4.0 в стандартный пакет Sport Chrono входит система выбора режимов вождения – с ее помощью регулируется работа коробки передач PDK в соответствии с выбранным «пресетом» (Normal, Sport, Sport Plus или Individual). В частности, в режиме Sport переключения передач происходят быстрее, коробка раньше переключается на пониженную передачу при ускорениях с хода, а при переключениях «вверх» мотор раскручивается до более высоких оборотов. Режим Sport Plus, как заявляет производитель, позволяет водителю «полностью раскрыть потенциал атмосферного 6-цилиндрового оппозитного двигателя»; кроме того, именно на этот режим «завязана» функция Launch Control.

Нажатие же клавиши Sport Response позволяет кратковременно (на 20 секунд) активизировать все «ресурсы» мотора и коробки для максимального ускорения вне зависимости от выбранного режима движения. Подобная функция позволяет быстрее (и безопаснее) совершить обгон на трассе.

Модели 718 Spyder и 718 Cayman GT4 с коробкой PDK получат также механический дифференциал с увеличенной (по сравнению с машинами с МКП) степенью блокировки – по заявлению Porsche, новый дифференциал улучшил динамику и управляемость машин.

Все автомобили Porsche семейства 718 получат к 2021 модельному году ряд новых опций. В частности, в интерьере появится новый вариант обшивки: на смену «алькантаре» придет современный материал Race-Tex, применяемый для отделки гоночных сидений. Модели GT-серии – 718 Cayman GT4 и 718 Spyder – получат новый цвет кузова: Python Green (специальный оттенок зеленого). Для 718 Spyder станут доступны 20-дюймовые колеса золотистого цвета (ранее ими оснащался лишь 718 Cayman GT4), кроме того в качестве опции родстер можно будет оснастить обычными летними шинами вместо входяших в стандартную комплектацию покрышек категории Ultra-high-performance.

Роботизированная коробка передач

Основу роботизированной коробки передач составляет механическая коробка, но функции выключения сцепления и переключения передач автоматизированы. Работой коробки передач управляет электронный блок с заложенным алгоритмом управления.

Коробка-робот сочетает топливную экономичность и высокую надежность МКПП с комфортом автоматической коробки. Но при этом стоимость «робота» значительно ниже классической АКПП. Именно эти факторы поспособствовали тому, что большинство автопроизводителей в настоящее время оснащают свои транспортные средства роботизированными коробками. Они устанавливаются как на модели эконом, так и премиум класса.

Конструкция роботизированной коробки передач

В зависимости от компании-производителя конструкция роботизированных коробок может разниться. Однако следует выделить их общее устройство: механическая коробка передач с интегрированной системой управления сцеплением и передачами.

В автоматизированных КПП применяется сцепление фрикционного типа: это либо отдельный диск, либо пакет фрикционных дисков. Инновационным считается т.н. двойное сцепление, способное передавать крутящий момент без потери мощности.

Как указывалось выше, основу конструкции роботизированной коробки составляет МКПП. Производители, как правило, используют уже готовые технические решения. К примеру, на базе АКПП 7G-Tronic построена автоматизированная коробка передач Speedshift от Mercedes – в этом случае гидротрансформатор был заменен фрикционным многодисковым сцеплением. Базой для SMG от BMW служит 6-ступенчатая «механика», оснащенная электрогидравлическим приводом сцепления.

«Роботы» могут комплектоваться гидравлическим либо электрическим приводом сцепления и передач. В качестве исполнительных устройств в электрическом приводе используются сервомеханизмы (механическая передача и электродвигатель). Гидравлический привод приводится в действие посредством гидроцилиндров, которые находятся под управлением электромагнитных клапанов. Этот вид привода также называют электрогидравлическим. Некоторые конструкции роботизированных коробок передач с электрическим приводом (Durashift EST от компании Ford, Easytronic от компании Opel) оснащаются гидромеханическим блоком с электродвигателем для перемещения главного цилиндра привода сцепления.

Электрический привод характеризуется меньшим энергопотреблением и невысокой скоростью работы – временной промежуток переключения передач варьируется в пределах 0,3–0,5 секунды. В гидравлическом приводе постоянно поддерживается давление в системе, поэтому он требует больших затрат энергии. Вместе с тем, он отличается более высокой скоростью работы. Некоторые коробки-роботы с гидроприводом, которыми комплектуются спортивные авто, отличаются поразительной скоростью переключения передач, например, у Lamboghini Aventador этот показатель составляет 0,05 cек., а у Ferrari 599GTO – 0,06 cек.

Эти качества определяют область применение агрегатов. Таким образом, «роботы» с электрическим приводом устанавливаются на бюджетные транспортные средства, а с гидравлическим – на автомобили сегмента премиум.

Электрическим приводом оснащаются следующие коробки передач:

• SensoDrive от компании Citroen;
• 2-Tronic от компании Peugeot;
• Easytronic от компании Opel;
• MultiMode от компании Toyota;
• Dualogic от компании Fiat;
• Allshift от компании Mitsubishi;
• Durashift EST от компании Ford.

Гидравлический привод устанавливается на следующие роботизированные коробки передач:

• SMG от компании BMW;
• R-Tronic от компании Audi;
• Quickshift от компании Renault;
• ISR от компании Lamborghini;
• Selespeed от компании Alfa Romeo.

Электронная система осуществляет управление роботизированной коробкой передач. Она состоит из входных датчиков, исполнительных устройств и электронного блока управления. Задача входных датчиков заключается в отслеживании основных параметров коробки: положение селектора, положение вилок включения передач, частоту вращения на входе и выходе, температуру и давление трансмиссионного масла. Все параметры передаются в блок управления.

Учитывая входящие сигналы датчиков, электронный блок управления формирует команды для исполнительных устройств в соответствии с заложенной программой. Кроме того, электронный блок в процессе работы взаимодействует прочими электронными системами, среди которых система управления двигателем, система ABS (ESP). В коробках с гидравлическим приводом в систему управления также входит гидравлический блок управления (отвечает за управление гидроцилиндрами и давление в системе).

В зависимости от привода исполнительными механизмами выступают электромагнитные клапаны гидроцилиндров (гидравлический привод), электродвигатели (электрический привод).

Коробка передач с двойным сцеплением

Роботизированная коробка передач имеет достаточно весомый недостаток – относительно большой промежуток времени переключения передач. Данный недостаток влечет за собой провалы и рывки в процессе управлением машины, что в свою очередь приводит к снижению комфорта. Для решения данной проблемы была разработана коробка с двойным сцеплением, которая обеспечивает переключение без потери мощности.

При уже включенной передаче двойное сцепление позволяет выбрать следующую передачу и включить ее при первой потребности, при этом работа коробки передач не будет прервана. Отсюда исходит другое название – преселективная коробка передач (preselect – предварительный выбор).

Еще одним преимуществом «робота» с двойным сцеплением считается высокая скорость переключения. Причем, скорость зависит лишь от скорости переключения муфт (DCT M Drivelogic от BMW – 0,1 cек., DSG от Volkswagen – 0,2 cек.). Данный тип коробки передач отличается компактными размерами, что особенно важно для малолитражных автомобилей. Вместе с этим, отмечается повышенное энергопотребление, особенно это касается коробки с «мокрым» сцеплением. Высокая скорость переключения вместе с беспрерывной передачей крутящего момента обеспечивает хорошую разгонную динамику транспортного средства и значительную топливную экономичность.

Двойным сцеплением комплектуются многие роботизированные коробки передач:

• DSG от компании Volkswagen;
• Speedshift DCT от компании Mercedes;
• DCT M Drivelogic от компании BMW;
• PDK от компании Porsche;
• S-Tronic от компании Audi;
• Twin Clutch SST от компании Mitsubishi;
• Powershift от компаний Ford и Volvo;
• TCT от компании Alfa Romeo.

Даже спортивный автомобиль Ferrari 458 Italia укомплектована коробкой с двойным сцеплением Doppelkupplungsgetriebe. Вышеуказанные коробки передач имеют гидравлический привод сцепления и передач. В настоящий момент лишь одна коробка использует электропривод устройств – EDC (Efficient Dual Clutch) от компании Renault. Стоит отметить, что время переключения передач составляет всего 0,29 сек.

Лидерами по массовому применению коробок передач с двумя сцеплениями по праву считаются компании Audi и Volkswagen, которые устанавливают на свои автомобили коробки S-tronic и DSG с 2003 года. S-tronic, в отличие от коробки DSG, устанавливается продольно на оси полноприводных и заднеприводных автомобилей.

DCT M Drivelogic – это автоматизированная коробка передач с функцией Drivelogic. Данная функция предусматривает 11 программ переключения передач, из которых 6 предполагают выполнение в ручном режиме, а остальные 5 – это автоматизированные программы переключения передач. С помощью этой функции можно адаптировать смену передач под стиль вождения конкретного человека.

Принцип работы роботизированной коробки передач

У данного типа коробки передач предусмотрено два режима работы: автоматический и полуавтоматический. В первом случае электронный блок управления задействует определенный алгоритм управления коробкой, учитывая при этом сигналы входных датчиков. Команды блока управления выполняют исполнительные механизмы.

Полуавтоматический режим переключения передач аналогичен функции Типтроник на АКПП. Благодаря данному режиму обеспечивается возможность последовательно переключать передачи посредством селектора и/или подрулевых лепестков. По этой причине роботизированную трансмиссию также называют секвентальной КПП (sequensum – последовательность).

Сцепление Робот коробка переключения передач

Главная \ Роботизированные Коробки Переключения Передач

Многие современные автомобили оснащаются роботизированной коробкой передач.  Премиальные комплектации  популярных городских моделей:   Toyota Aygo,  Peugeot 107, Ford Fusion, Ford C-Max, Citroen C1, Opel Zafira, VW Crafter, Mersedes Sprinter — за счет роботизированной коробки переключения передач (РКПП)  удобны и практичны в эксплуатации. Поскольку роботизированная коробка передач  не очень давно нашла широкое применение в практике автомобилестроения, в блогах и форумах наблюдается явный интерес к ее свойствам и особенностям эксплуатации роботов.

Роботизированная  коробка передач  представляет собой обычную механическую трансмиссию, переключением передач  управляет робот – набор  электронных блоков и  датчиков.  Электронный блок  управления (ЭБУ) обрабатывает  сигналы датчиков и других систем автомобиля: блока управления двигателем, тормозной и антизаносной/противопробуксовочной систем, — и  приводит в действие приводы  (актьюаторы) включения сцепления и переключения передач. В сравнении с автоматической коробкой передач роботизированная  трансмиссия дешевле,  надежнее,  проще в ремонте и экономичнее по расходу топлива, поскольку по конструктиву идентична механической,  а в сравнении с обычной «механикой» — значительно удобнее для водителя, которому не приходится заботиться о переключении передач.

Однако за все преимущества приходится платить. Коробка робот изнашивает сцепление быстрее, чем опытный  водитель на механике. Примерно через 30 — 50 тыс.км пробега сцепление на автомобилях, оснащенных коробкой роботом, начинает проявлять признаки неисправности. Основные жалобы владельцев  Toyota Aygo,  Peugeot 104, Ford Fusion, Citroen C1, по поводу коробки передач, звучат так: замедленное срабатывание (коробка «буксует»), повышенный шум, не включается передача, не едет 🙁 

Методы «лечения» известны и доступны, это: программная адаптация сцепления и адаптация приводов роботизированной КПП с помощью специализированного оборудования, ремонт механизмов приводов включения сцепления и приводов переключения передач, ремонт блоков управления РКПП.  Иногда для восстановления работоспособности коробки робота достаточно выполнить прокачку сцепления и адаптацию сцепления (обучение момента трогания). Если неисправность связана с нестабильным прохождением электрического  сигнала, то требуется ремонт или замена проводки (косы проводов коробки передач). Рано или поздно возникает необходимость замены пакета сцепления РКПП, после чего также требуется провести адаптацию.

Своевременное обслуживание робота  позволяет продлить срок службы комплекта сцепления РКПП, обеспечив пробег 60-70 тыс.км  и более. Чтобы роботизированная  КПП служила долго, необходимо при текущем  сервисном обслуживании (через каждые 10-15 тыс.км) проводить адаптацию алгоритма работы робота к степени износа диска сцепления.

VW Crafter, Mersedes Sprinter имеют несколько другой роботизированный привод переключения передач, он у них электрогидравлический (принцип похож на гидромеханический автомат: соленоиды, давление масла, масляный насос). самое сложное и ненадежное место в этой системе переключения это механизм выбора передач. Поршни, втулки, направляющие забиваются стружкой от выработки деталей и начинают подклинивать вызывая неадекватную реакцию исполнительного механизма робота и уход компьютера в аварийный режим или невозможность выключения передачи (автомобиль всегда находится на передаче и мигает ошибка кпп на панели приборов).

• Расценки на ремонт роботизированных КПП

Роботизированная коробка передач, все плюсы и минусы правильного выбора

На чтение 6 мин. Просмотров 441

Роботизированная коробка передач — достойный выбор автовладельцев, сочетающий в себе надежность «механики» и удобство «автомата».

Прогресс не стоит на месте, а желание человека сделать свой быт более удобным, подталкивает его на все новые изобретения. Стараясь облегчить жизнь водителя по многочисленным пробкам, производители автомобилей постоянно совершенствуют свои детища, применяя всевозможные новшества. Вот и к механической коробке передач на автомобиле придумали автоматическое сцепление. Сложив совместно понятия автомат и механика, конструкторы получили устройство под названием роботизированная коробка передач, совместившее в себе плюсы и минусы обоих агрегатов.

Роботизированная коробка передач

Устройство роботизированной коробки

Многие автовладельцы полагают, что роботизированная коробка представляет собой обычный автомат с какими-то особенностями. Но это не так. За основу конструкции разработчики взяли механическую коробку, более надежную, чем автоматическая, добавив к ней специальные устройства, отвечающие за выжим сцепления с переключением передач.

В обычной механике переключением передачи с выжимом сцепления заведует непосредственно водитель. Он самостоятельно, ориентируясь на дорожную ситуацию используя педаль сцепления с рычагом КПП, выбирает необходимую передачу согласно времени ее включения. Изобретатели решили исключить водителя из этой цепи, доверив все действия автоматике и компьютеру. Установив узлы-актуаторы, они сделали возможным автоматическое переключение роботизированной коробки, основой которой осталась механика.

Роботизированная механическая коробка передач, совместила положительные моменты постой механики и автомата — топливную экономичность, простоту ремонта и прочее с возможностью езды в автоматическом режиме без использования педали сцепления. При этом она сохранила возможность ручного управления при помощи рычага или подрулевых переключателей по принципу Типтроника.

Принцип работы

Коробка робот работает при помощи узлов-актуаторов. Получая информацию о скорости движения, оборотах двигателя, датчиков ABS и ESP с бортового компьютера и действуя через свою механическую часть, они выжимают сцепление, перемещают синхронизаторы в коробке, выбирая необходимую передачу. Сервопривод, ответственный за сцепление, приняв необходимую команду, рассоединяет первичный вал с двигателем. В это время второй сервопривод, выбрав нужную передачу, включает ее. После включения первый актуатор восстанавливает сцепление, и автомобиль продолжает движение.

Устройство роботизированной коробки передач

Сервоприводы, которые имеет робот, могут быть двух видов — электрические и гидравлические. Электрический представляет собой шаговый электродвигатель, перемещающий через редуктор свою исполнительную часть. Гидравлический привод воздействует через гидроцилиндр, получающий команды от электронного блока управления. Поэтому его еще называют электрогидравлическим.

Плюсы и минусы роботизированной коробки передач

1. Коробка робот, выполненная на базе механики, обладает высокой надежностью по сравнению с автоматом и вариатором;
2. Рабочий объем роботизированной коробки значительно меньше автоматической, и, значит, меньше количество используемого масла;
3. Сцепление робота имеет увеличенный на 30 процентов ресурс;
4. Почти все модификации имеют функцию переключения передач вручную по принципу Типтроника на автомате;
5. Робот дешевле при производстве и ремонте по сравнению с вариаторной и автоматической коробками;
6. Роботизированная коробка передач весит намного меньше, чем автоматическая, что дает ей преимущество для установки на малолитражные автомобили;
7. Позволяет снизить расход топлива при равных условиях по сравнению с использованием всех остальных видов коробок передач.

Помимо достоинств робот имеет следующие недостатки:

1. Коробка передач робот с электрическим сервоприводом обладает значительной задержкой переключения, достигающей 2-х секунд, которая вызывает дискомфорт при разгоне и динамичной езде;
2. При использовании гидравлического привода применяется тормозная жидкость, которая постоянно находится под давлением, ускоряя процесс переключения до 0,05 секунды. Но гидравлический привод существенно дороже в устройстве, он повышает энергонагруженность мотора, являясь уделом дорогих автомобилей или спорткаров;
3. На обычном роботе отсутствует возможность адаптации под стиль езды водителя. Если автомат может подстроиться, то робот поддерживает только один стиль, который установлен как прошивка в блоке управления.

Преселективная коробка передач. Движение в верном направлении

Из-за своих недостатков коробка переключения передач робот была встречена первыми покупателями довольно негативно. Основная претензия была в том, что робот работает с рывками во время движения. Но конструкторы, видя перспективу конструкции в ее простоте и дешевизне, не отказались от производства, продолжив поиски решения.

Для исправления ситуации, с целью избежать задержек переключения, производители предложили использовать коробку с двумя независимыми сцеплениями. Такое решение позволило полностью избавиться от рывков и задержек, увеличив динамику автомобиля, добавив комфорт водителю с пассажирами.

Audi с роботизированной коробкой передач

Первыми, кто начал серийно выпускать такие устройства, были Ауди и Фольксваген, начавшие устанавливать коробки DSG и S-Tronic на свои автомобили с 2003 года.

Двойное сцепление дало возможность включать последующую передачу при уже включенной передаче, переходя на нее без перерыва в работе коробки, сохранив тягу в полном объеме. Поэтому другое название коробки с двойным сцеплением — преселективная, что означает предварительно выбранная.

Если обычная коробка в устройстве имеет по одному первичному и вторичному валу, то такая получила в свою конструкцию их по два, предназначенных для четных и нечетных передач. При этом первичные валы вставлены один в другой по принципу матрешки, соединяясь с двигателем каждый отдельным многодисковым сцеплением.

При включении первой передачи на одном из вторичных валов в начале движения замыкается первое сцепление, автомобиль трогается. Умная электроника, понимая, что дальше должна быть вторая замыкает следующую шестерню на другом вторичном валу, но второе сцепление остается при этом разомкнутым, не внося конфликта в работу коробки. Как только необходимая скорость будет достигнута, произойдет одновременное выключение первого сцепления с включением второго. И так далее. При торможении процесс аналогичный, только в обратную сторону. Получается, что у такой коробки одновременно включены две передачи, что еще раз подтверждает ее название преселективная.

Скорость переключения преселективной коробки робота очень высока, превышающая по своим показателям скорости работы некоторых спортивных автомобилей. Например, робот серийного Гольфа имеет скорость переключения 8 миллисекунд, что меньше времени моргания глаза, а у Феррари Энзо роботизированная коробка переключается за 150 миллисекунд. Почувствуйте разницу, как говорят.

Достоинства и недостатки

Совместив лучшее от всех разработок, коробки передач с двойным сцеплением стали экономичнее и быстрее обычных механических. При этом они более комфортны для пассажиров, чем другие. Обладая малыми габаритами, роботы предпочтительнее в использовании для малолитражных автомобилей по сравнению с автоматическими коробками.

Но несмотря на обилие плюсов, есть значительные минусы. Недостатками преселективной коробки является ее сложность ремонта при высокой стоимости производства. До недавнего времени также была проблема при передаче большого крутящего момента, но сейчас она уже решена.

Подводя итоги

И сегодня многие именитые производители, такие как Ауди, Фольксваген, Опель, Фиат, и даже Порше признали перспективность этого направления, все больше склоняясь к использованию роботов в массовом производстве. Учитывая все положительные моменты при удешевлении производства, роботизированные коробки скоро полноценно войдут в жизнь автомобилистов, значительно потеснив механику с автоматом.

За дизайном | Понимание конструкции двигателя и коробки передач — блог Blue Alliance

Ян Уолтерс
Особая благодарность Autodesk

Зачем тратить время на выбор правильного двигателя и коробки передач?

Выбор правильной комбинации двигателя и коробки передач для конкретного применения очень важен как в FIRST Robotics Competition (FRC), так и в реальных инженерных проектах
. Без соответствующих комбинаций мотор-редуктор ваша команда обнаружит, что ваш робот не работает так быстро и эффективно, как предполагалось, и может
иметь тенденцию перегорать моторы.

Это руководство научит вас основам проектирования и реализации коробки передач. Сначала я расскажу вам о характеристиках двигателя. Далее я расскажу, как выбрать двигатель
и передаточное число с учетом требований приложения. Затем я предоставлю информацию о выборе коробки передач, а затем сделаю обзор двигателей и коробок передач
, доступных в FRC. Наконец, я продемонстрирую, как использовать то, что вы узнали в этом руководстве, на примере задачи и укажу дополнительные инструменты и ресурсы, если вы хотите узнать еще
.

Это руководство создано в рамках программы Autodesk FIRST High School Intern.

Предварительные требования

— Базовое понимание физики — например, системы силы, крутящего момента, мощности и передачи
— Готовность учиться

Характеристики двигателя

Есть несколько важных характеристик двигателей, которые предоставляют информацию о двигателе и его возможностях. Это выходной крутящий момент двигателя, его потребляемый ток, его выходная скорость, его мощность и его КПД, каждый из которых я буду обсуждать по очереди.Эти характеристики взаимозависимы и могут быть получены из четырех значений: крутящий момент двигателя при остановке, ток при остановке, ток холостого хода и скорость холостого хода.

Крутящий момент

Выходной крутящий момент двигателя — это сила, с которой его выходной вал может вращаться. Если к двигателю будет приложен слишком большой крутящий момент, его выходной вал остановится или перестанет вращаться. Другие характеристики двигателя обычно записывают как функцию крутящего момента. Обычно он измеряется в Н-м, когда требуются метрические единицы, и в унциях, когда требуются английские единицы.

Текущий розыгрыш

Потребляемый двигателем ток — это величина электрического тока, потребляемого двигателем при любой заданной нагрузке. По мере увеличения нагрузки на двигатель (крутящего момента) величина потребляемого двигателем тока линейно увеличивается. Это отношение можно записать как

(1)

Символ	Имя	Единицы	Описание
I	Текущий	Ампер (A)	Величина тока, потребляемого двигателем
Установить	Затяжной ток	Ампер (A)	Количество потребляемого тока при остановке двигателя
Ifree	Свободный ток	Амперы (A)	Величина тока, потребляемого при отсутствии нагрузки на двигатель
τ стойло	Крутящий момент	Ньютон-метр (Н-м)	Величина крутящего момента, необходимая для остановки двигателя
τ	Крутящий момент	Ньютон-метр (Н-м)	Величина крутящего момента, приложенного к выходному валу двигателя

Скорость

Выходная скорость двигателя — это скорость вращения выходного вала.По мере увеличения нагрузки на двигатель выходная скорость линейно уменьшается. Это отношение можно записать как

(2)

Символ	Имя	Единицы	Описание
ω	Скорость	оборотов в минуту (об / мин)	Скорость вращения выходного вала двигателя
ω бесплатно	Свободная скорость	оборотов в минуту (об / мин)	Скорость, с которой двигатель вращается без нагрузки
τ стойло	Крутящий момент	Ньютон-метр (Н-м)	Величина крутящего момента, необходимая для остановки двигателя или предотвращения вращения его выходного вала
τ	Крутящий момент	Ньютон-метр (Н-м)	Величина крутящего момента, приложенного к выходному валу двигателя

Фото: http: // www.engin.umich.edu/group/ctm/examples/motor/motor.html

Мощность

Мощность двигателя — это скорость, с которой двигатель может работать. По сути, это измерение того, насколько быстро двигатель может выполнять работу. Его значение в ваттах определяется уравнением

.

(3)

Символ	Имя	Единицы	Описание
п.	Мощность	Вт	Количество мощности, отдаваемой двигателем
τ	Крутящий момент	Ньютон-метр (Н-м)	Величина крутящего момента, приложенного к выходному валу двигателя
ω	Скорость	оборотов в минуту (об / мин)	Скорость вращения выходного вала двигателя

КПД

КПД двигателя — это показатель того, какая часть электрической энергии, вложенной в двигатель, преобразуется в механическую энергию.Большая часть оставшейся энергии преобразуется в тепло, что может вызвать перегорание двигателя, если он работает с крутящим моментом / оборотами в минуту, когда его эффективность очень низка. Эффективность определяется уравнением

(4)

Символ	Имя	Единицы	Описание
η	КПД	Процент (%)	Процент введенной в двигатель электрической энергии, которая преобразуется в полезную механическую энергию
Pout	Выходная мощность	Вт	Выходная мощность двигателя при заданном крутящем моменте и скорости
Штифт	Потребляемая мощность	Вт	Количество электроэнергии, подаваемой на двигатель
I	Текущий	Ампер (A)	Величина тока, потребляемого двигателем
В	Напряжение	Вольт (В)	Напряжение, при котором работает двигатель

Фото: http: // www.engin.umich.edu/group/ctm/examples/motor/motor.html

Кривые двигателя

Скорость, потребляемый ток, мощность и КПД двигателя часто наносят на график в зависимости от выходного крутящего момента, чтобы облегчить визуализацию их значений. Все уравнения для этих кривых получены из четырех описанных выше спецификаций с использованием уравнений с 1 по 4 на нескольких предыдущих страницах.

График на этой странице показывает кривые двигателя для двигателя CIM, который очень часто встречается в FRC.

Выбор двигателя и передаточного числа

Теперь, когда вы понимаете спецификации, которые различают двигатели, вы можете работать над выбором двигателя и передаточного числа для вашего приложения. Какой двигатель лучше всего подходит для данной работы, полностью зависит от требований приложения. Это означает, что вы должны определить конечные результаты, например, насколько большой груз вы перемещаете и с какой скоростью вы хотите, чтобы он двигался, а затем преобразовать их в такие требования, как выходной крутящий момент и скорость.

Для начала ознакомьтесь со спецификациями доступных двигателей. На этой странице находится лист технических характеристик двигателя на сезон FRC 2012 года. При выборе двигателя и передаточного числа необходимо учитывать множество факторов, в том числе:

• Как зубчатая передача повлияет на выходной крутящий момент и скорость двигателя. Обычно шестерни используются для уменьшения скорости и увеличения крутящего момента.
• Неэффективность передачи мощности — эффективность каждой ступени передачи или цепи составляет примерно 90%.
• Разница между теоретической и реальной производительностью. Поскольку теоретические характеристики обычно лучше, чем фактические, даже с учетом неэффективности важно выбирать двигатели и передаточные числа с нормальным запасом прочности. То есть убедитесь, что они смогут справиться с нагрузкой, превышающей ожидаемую, на более высокой скорости, чем требуется.
• Величина тока, которую может потреблять один двигатель, ограничивается автоматическими выключателями на распределительном щите.При использовании автоматического выключателя на 40 ампер потребление тока ограничивается максимум 40 ампер, а это означает, что вы должны проектировать двигатели так, чтобы они потребляли менее 40 ампер при ожидаемой нагрузке. Кроме того, робот может потреблять максимум 120 ампер одновременно, что ограничивается главным выключателем.
• При работе двигателей с нагрузкой на остановку или близкой к ней, максимальный крутящий момент, который они могут выдать, приведет к их сгоранию, поскольку большая часть энергии, подаваемой на двигатель, будет превращаться в тепло. Количество тепла, которое может выдержать двигатель, напрямую связано с его общей массой.По этой причине тяжелые двигатели, такие как CIM, с гораздо меньшей вероятностью перегорят, чем более мелкие, такие как двигатели Fisher Price.
• Если ни один двигатель не соответствует вашим требованиям, рассмотрите возможность объединения двигателей в пару. При объединении двух двигателей выходной крутящий момент и потребляемый ток складываются, а выходная скорость не изменяется. Если используются два разных двигателя, их частота вращения должна быть согласована с помощью редуктора. Например, сочетание двигателя Fisher Price и CIM потребует дополнительного редуктора 3: 1 для двигателя Fisher Price, поскольку его выходная скорость примерно в 3 раза выше, чем у CIM.Если выходные скорости не совпадают, это вызовет дополнительное сопротивление в коробке передач и сведет на нет все преимущества использования нескольких двигателей.

Принимая во внимание все эти факторы в своих расчетах при выборе двигателя и передаточного числа, вы убедитесь, что ваш робот с первого раза будет работать так, как вы предполагаете. Пример задачи в конце этого руководства продемонстрирует, как выполнить эти вычисления.

Доступные двигатели

В этом разделе руководства будут описаны некоторые общие сценарии использования различных двигателей, разрешенных в FIRST Robotics Competition.

Название двигателя	Изображение	Банкноты
Серия RS-500: AndyMark 9015 Fisher Price BaneBots RS-550		Все эти три двигателя очень похожи — единственными отличительными факторами являются их рабочие характеристики. Как правило, они используются в манипуляторах, таких как приводное колесо, подъемник или конвейерная / коллекторная система.
BaneBots RS-775		RS-775 — это более крупная и мощная версия двигателей серии RS-500.Он также обычно используется для манипуляторов. Однако у двигателей RS-775 есть история разработки коротких корпусов, из-за чего некоторые команды избегают их использования.
CIM		CIM — самый большой, самый мощный и самый надежный двигатель, поставляемый командам FRC. Поскольку командам разрешено использовать только 4 из них, они должны быть отнесены к трансмиссии, где их мощность и надежность наиболее необходимы.
Denso (стеклоподъемник)		Стеклоподъемник — это двигатель с червячным редуктором.Его высокий крутящий момент и низкая скорость часто используются в манипуляторах. Из-за червячного привода они не могут работать в обратном направлении, что желательно для некоторых приложений.
Vex 393		Vex 393 был новым мотором сезона 2012 года. По этой причине особого применения он не нашел. Однако его небольшой размер и относительно высокий крутящий момент делают его хорошо подходящим для второстепенных функций в манипуляторах. По мере того, как команды будут более знакомы с ним, этот двигатель, вероятно, найдет более широкое применение в большем количестве приложений.

Фото:
http://www.andymark.com/product-p/am-0316.htm
http://www.andymark.com/product-p/am-0912.htm
http: //www.o-digital.com/uploads/2179/2188-1/DC_Motor_RS_775_7712_197.jpg
http://www.andymark.com/CIM-motor-FIRST-p/am-0255.htm
http: // www.usfirst.org/sites/default/files/uploadedFiles/Robotics_Programs/FRC/Game_and
_Season__Info / 2012_Assets / KickoffKitChecklistRev_A.pdf
http://www.vexrobotics.com/products/accessories/motion/276-2177.html

Выбор коробки передач

Теперь, когда вы выбрали двигатель и передаточное число, вам нужно выбрать коробку передач. Первое требование к выбору коробки передач — выбранный двигатель должен подходить к коробке передач. Хотя большинство двигателей имеют уникальную схему расположения болтов, двигатель BaneBots RS-550, двигатели Fisher Price и двигатель AndyMark 9015 принадлежат к серии двигателей RS-500 и, следовательно, имеют одинаковую схему установки.

Далее коробка передач должна иметь выбранное вами передаточное число.Однако в этом требовании есть большая свобода действий. Некоторые коробки передач могут быть «сложены» вместе, что позволяет добиться большей редукции. Кроме того, не все понижение должно происходить в коробке передач, а вместо этого может быть достигнуто с помощью систем передачи энергии, таких как звездочки и цепь. Также возможно, что точный редуктор, который вы хотите, недоступен, и в этом случае достаточно близкое, как правило, достаточно.

Наконец, коробка передач должна иметь выходной вал, который можно использовать. Хотя наиболее распространены валы со шпонкой различных размеров, шестигранные валы становятся все более популярными в FRC.Также существует множество различных ступиц для различных типов выходных валов. В конечном счете, это наименее ограничительное требование при выборе коробки передач.

Доступные редукторы

В следующем разделе представлен список обычно используемых редукторов, совместимых с обычными двигателями.

Фото: http://www.andymark.com/product-p/am-0114.htm

Используя то, что мы узнали

Теперь я проработаю пример задачи, чтобы продемонстрировать, как пройти процесс проектирования коробки передач.На приведенном выше рисунке показан двухступенчатый лифт, элемент манипулятора, обычно встречающийся в FRC. Задача состоит в том, чтобы спроектировать коробку передач, способную приводить в движение лебедку диаметром 3 дюйма и поднимать лифт на максимальную высоту 84 дюйма за 1,5 секунды. Для решения задачи мы сделаем два основных упрощения: во-первых, мы предположим, что 18-фунтовая нагрузка применяется на протяжении всего пути лифта, тогда как в действительности лебедка должна поднимать вес первой ступени только на половину. расстояния.Во-вторых, мы проигнорируем время ускорения и замедления, поскольку эти расчеты выходят за рамки данного руководства.

Сначала мы переведем все единицы измерения в метрические, потому что с метрическими единицами намного проще работать.



Затем мы должны превратить наши конечные цели в требования, которые можно использовать для выбора двигателя и передаточного числа.
Расчет необходимой скорости вращения лебедки:

Количество оборотов для подъема лифта:

Расчет нагрузки на лебедку:

Теперь мы должны выбрать двигатель и передаточное число.Мы начнем с рассмотрения технических характеристик доступных двигателей и сделаем предположение о том, какой из двигателей может хорошо подойти для этой работы. Мы попробуем использовать один BaneBots RS-550 в качестве отправной точки из-за его высокой мощности, а это значит, что он сможет выполнять работу быстрее. Кроме того, он обычно используется в подобных приложениях, а это означает, что он, вероятно, хорошо подходит для работы в целом. Чтобы упростить оценку, я сделал график кривой двигателя для RS-550.

Во-первых, мы хотим убедиться, что двигатель не потребляет больше 40 А и не срабатывает автоматический выключатель.Глядя на график, мы можем визуально увидеть, что RS-550 требуется нагрузка 0,23 Нм, чтобы тянуть 40 А. потребляемый ток 20 А. Посмотрев снова на график, мы видим, что это соответствует крутящему моменту 0,115 Нм. Теперь мы можем рассчитать уменьшение, необходимое для достижения необходимого крутящего момента 3,05 Нм.
Редуктор:
Теперь мы выбрали редуктор 26: 1, что означает, что мы можем рассчитать точную нагрузку, с которой должен столкнуться наш двигатель лифта.
Нагрузка на двигателе:
Теперь мы можем использовать уравнение (1) из «Характеристики двигателя», чтобы вычислить ток, который мы ожидаем от RS-550 при этой нагрузке:
Потребляемый ток:
Наше расчетное потребление тока, 21,0 А, находится в пределах допустимого диапазона 40 А. Затем мы определим скорость вращения выходного вала коробки передач с помощью уравнения (2). На этом этапе расчетов мы учтем КПД коробки передач 75%.
Скорость двигателя:
Теперь мы можем проверить, позволит ли выбранное передаточное число достичь желаемой выходной скорости 357 об / мин.
Скорость коробки передач:
Наконец, теперь, когда мы убедились, что передаточное число соответствует нашим требованиям, мы можем рассчитать, сколько времени потребуется двигателю, чтобы поднять лифт.
Время подъема:
Теперь мы полностью проверили, что наш двигатель RS-550 и редуктор 26: 1 достигнут или превзойдут наши первоначальные цели. Поскольку реальная производительность часто бывает хуже, чем теоретическая, разумно «перепроектировать» эти системы. Это также гарантирует, что наши упрощения не приведут к тому, что наша система будет работать намного хуже, чем ожидалось.

Когда вы впервые выполняете этот процесс, вам, возможно, придется выполнять вычисления несколько раз, когда вы пробуете разные двигатели и передаточные числа. По мере накопления опыта вы научитесь интуитивно понимать, какие двигатели и передаточные числа лучше всего подходят для вашей работы.

Последний шаг в этом процессе — выбор коробки передач. В этом примере имеет смысл выбрать версию RS-550 коробки передач P60 Banebot с редуктором 26: 1. Он не только совместим с нашим двигателем, но также имеет правильный редуктор и общий.Выходной вал со шпонкой 5 дюймов.

Надеюсь, этот пример задачи помог вам понять процесс выбора двигателя и коробки передач. Кроме того, я надеюсь, что он показал вам, как правильно применять теорию, которую вы изучили ранее в этом уроке.

Список литературы

Этот раздел руководства предназначен для предоставления некоторых дополнительных ресурсов для изучения двигателей и редукторов, а также некоторых инструментов, которые могут ускорить процесс проектирования. Однако НЕ используйте инструменты вместо понимания теории.Вместо этого используйте их, потому что вы проверили их относительно своих собственных расчетов и потому, что понимаете, как они работают.

Калькулятор проектирования Джона В-Нойна. Эта таблица может значительно ускорить процесс выбора двигателя и передаточного числа. Однако используйте его только после того, как поймете теорию, лежащую в основе расчетов.

ПЕРВАЯ встреча с физикой: этот урок знакомит с некоторыми фундаментальными концепциями физики, встречающимися в FRC. Я просмотрел его раздел, посвященный теории двигателей и коробок передач, чтобы убедиться, что у меня есть вся необходимая информация для этого урока.Однако в этом учебном пособии содержится немного больше деталей, чем в главе, посвященной двигателям и коробкам передач.

Фото: http://aprettybook.com/2011/09/18/future-engineers/

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Основы передачи: люфт против потери движения

Значение точности управления положением двигателей зависит от области применения. Для AGV на ферме с колесами с приводом от электродвигателя постоянного тока точность управления положением, вероятно, не так важна, как для хирургического робота, в котором разрезы управляются серводвигателями или шаговыми двигателями.

Создав самостоятельно, мы теперь знаем, насколько сложно понять все различные спецификации и терминологию от каждого производителя. Важно иметь кристально ясное понимание, чтобы в дальнейшем избежать возможной катастрофы.

В продукте сборки двигателя и редуктора «люфт» указан как стандартная спецификация для обозначения механической точности компонента трансмиссии между двигателем и нагрузкой (например: шестерни, ходовые / шариковые винты). Однако некоторые типы шестерен не имеют люфта, поэтому для описания механической точности используется еще один термин, «потерянный ход».

Люфт относится к люфту или зазору между зацепляющими шестернями внутри редуктора двигателя. Торсионный люфт измеряется при приложении к валу шестерни примерно 2% момента нагрузки. Люфт необходим по нескольким причинам. Во-первых, производство зубчатых колес не на 100% идеально. Производственные допуски, размеры подшипников, тепловые характеристики и другие практические соображения способствуют этой неточности. Другие причины — оставить место для смазки, уменьшить трение в шестернях и / или допустить расширение металла.

Редуктор или редуктор используется как для увеличения крутящего момента (и инерционной нагрузки) двигателя, так и для снижения скорости. Он содержит кожух, шестерни, валы и подшипники. Когда шестерни входят в зацепление, между шестернями фактически остается крошечный зазор. Это приводит к неточности в приложениях, где точность важна, поскольку вал нагрузки потенциально может перемещаться на расстояние зазора. Это будет намного легче понять, посмотрев на изображение ниже.

Разные имеют разную величину люфта в зависимости от конструкции.Например, прямозубые цилиндрические зубчатые передачи демонстрируют наибольший люфт, планетарные редукторы — низкий люфт, а зубчатые передачи с гармонической передачей — без люфта. Также на рынке предлагается гибридная планетарно-гармоническая передача.

Вот пример того, как конструкция планетарной передачи минимизирует люфт.

В таблице ниже перечислены большинство наших мотор-редукторов по типу редуктора, характеристикам, крутящему моменту, люфту, базовому разрешению и частоте вращения выходного вала.

Почему важен люфт?

Люфт измеряется в градусах или угловых минутах или угловых секундах.Хотя для двигателя это может показаться очень маленьким значением, эта ошибка может увеличиваться с увеличением расстояния в определенных приложениях, например, в роботизированных манипуляторах. На изображении ниже показано, как отличается отклонение от одного конца руки к другому.

Потерянное движение — это наибольшее отклонение в системе, когда к позиции многократно приближается с противоположного направления, когда прикладывается около 5% максимального крутящего момента. Из-за приложенного крутящего момента инженеры часто путают потерю хода с люфтом при кручении.Потерянное движение — это более широкий термин. Факторами, способствующими потерям движения, являются люфт, люфт зубьев, прочность передаточного механизма и деформации материала (потеря механического гистерезиса). Поскольку гармоническая передача не имеет люфта, потерянный ход используется в качестве эталона для точности передачи.

Есть ли способы устранить люфт?

Это зависит. Легче всего было бы купить шаговый двигатель с гармоническим редуктором (без люфта).

СОВЕТ: старый трюк

Посмотрите еще раз на изображение справа. Как бы устранить люфт в красном цвете? Допустим, верхняя шестерня приводится в движение двигателем, а нижняя шестерня перемещает нагрузку. Чтобы избежать красной части на изображении выше, хитрость заключается в том, чтобы верхняя шестерня (и двигатель) вращались по часовой стрелке (напротив синей стрелки).Пока верхняя шестерня и нижняя шестерня всегда находятся в контакте, исключается красная область и устраняется люфт. Однако это работает только для однонаправленных приложений. Для двунаправленных приложений хитрость заключается в том, чтобы каждый раз приближаться к вашей целевой позиции с одного и того же направления. Возьмем, к примеру, простое приложение. Ваш мотор совершает возвратно-поступательное движение от 0 до 90 градусов. Однако люфт от двунаправленного движения вызывает остановку нагрузки за пределами допуска точности, когда вы возвращаетесь в исходное положение (0 градусов). В следующий раз выполните те же два движения, но когда вы вернетесь в исходное положение, намеренно немного пересечете исходное положение, остановитесь, затем снова приблизьтесь к нему (в том же направлении, что и при движении на 90 градусов). Таким образом, двигатель всегда приближается к целевой позиции в одном и том же направлении. Люфт устранен. Однако это работает только для приложений, где между ходами есть дополнительное время ожидания.

Люфт — это люфт или зазор между зубьями шестерни в зубчатых передачах.Другими словами, люфт — это движение вала шестерни при неподвижном валу двигателя. С математической точки зрения, это ширина промежутка между зубчатыми колесами за вычетом ширины одного зуба шестерни.

Потерянный ход — это полное смещение, которое происходит в обоих направлениях, когда к выходному валу редуктора прилагается момент нагрузки, соответствующий примерно 5% допустимого крутящего момента. Другими словами, потерянное движение — это потеря движения в валу шестерни при движении вала двигателя и включает потерю люфта и гистерезиса шестерни.

Люфт — это компонент потери хода.

Для приложений, требующих высочайшей точности управления положением, рекомендуется использовать редукторы с гармоническими характеристиками. Если приложение допускает небольшой люфт, рекомендуется использовать планетарные или планетарные редукторы. Для общего или однонаправленного применения может быть достаточно прямозубой или конической фрезы. Конечно, более высокая точность стоит дороже, поэтому принимайте решение с учетом вашего бюджета.

Помните, что неточности в управлении движением — это совокупность всех отдельных компонентов системы.Кроме двигателя и редуктора, необходимо также учитывать точность других компонентов.

Спасибо за чтение. Как устранить люфт? Пожалуйста, прокомментируйте!

Команда робототехники средней школы Невады использует редукторы для передачи крутящего момента

В Torque Transmission мы всегда рады видеть, как наши продукты используются в реальных приложениях. Недавно с нами связался клиент Джон Ричнер из Боулдер-Сити, штат Невада, который является наставником средней школы Боулдер-Сити FIRST Robotics Team.FIRST (что означает аббревиатуру «За вдохновение и признание науки и технологий»), согласно их веб-сайту, — это «глобальное сообщество робототехники, готовящее молодых людей к будущему, и ведущая в мире некоммерческая организация, обслуживающая молодежь, продвигающая STEM-образование».

Каждый год FIRST проводит соревнования по робототехнике по всей стране, которые дают старшеклассникам и их взрослым наставникам возможность работать вместе, чтобы попытаться решить проблему. Эти соревнования сочетают азарт спорта с проблемами науки и техники.FIRST считает свои соревнования лучшим спортом для ума!

Каждое соревнование имеет строгие правила, ограничивающие время и ресурсы, доступные каждой команде. Перед этими командами стоит задача собрать средства, отточить навыки командной работы и, что наиболее важно, создать и запрограммировать роботов промышленного размера. Эти роботы должны выполнять определенные задачи и соревноваться в роботизированных играх с аналогичными конкурентами. Студенты получают реальное представление о том, на что на самом деле похожа работа в инженерной сфере.

Во время прошлогоднего соревнования команда «High Scaler» средней школы Боулдер-Сити построила робота на изображении, размещенном вместе с этой историей.Под руководством г-на Рихнера они приобрели несколько наших червячных передач SW-1 для использования в своих роботах. Коробка передач передачи крутящего момента использовалась для вращения верхнего узла на изображенном роботе. По словам нашего заказчика, во время конкурса он сработал очень хорошо, и они были заинтересованы в приобретении еще одного для своего нового творения в этом году.

Редуктор SW-1 будет снова использоваться в командном роботе старшей школы Боулдер-Сити «High Scaler», который станет их третьим роботом за 12 сезонов, который будет использовать наш продукт.SW-1 использовался в 2011 году, когда команда отправилась на чемпионат мира в Сент-Луисе (!), В прошлом году в 2019 году, а теперь снова в версии 2020 года для подъемного механизма. Ниже приведены несколько фотографий, на которых показаны коробки передач, которые использовались в прошлых роботах.

Удачи команде робототехники средней школы Боулдер-Сити. Вы определенно приобрели новых поклонников здесь, в Torque Transmission в Fairport Harbour, штат Огайо.

У вас есть история, которой вы хотели бы поделиться по поводу вашего приложения? Мы будем рады представить вас в следующем выпуске Torque Turns. Щелкните здесь, чтобы отправить информацию по электронной почте сегодня!

Легкий комплект мотор-редуктора может снизить затраты на робота

Легкий комплект мотор-редуктора может сократить расходы на роботов

04 февраля, 2021

Немецкий специалист по инженерным пластмассам igus разработал легкий и недорогой редуктор со встроенным двигателем и элементами управления, который, по его словам, может снизить стоимость коллаборативных и сервисных роботов. Комплект модульной коробки передач состоит из трибополимерного деформационно-волнового механизма в сочетании с бесщеточным двигателем постоянного тока с внешним ротором и контроллером, электроникой управления усилием и абсолютным энкодером.

Позже в этом году igus планирует использовать коробку передач plug-and-play в новой версии своего недорогого робота Robolink ReBel , который будет еще меньше и экономичнее, чем текущая версия. «Наша цель — предложить ReBeL на рынке за 2900 евро, даже для небольших заказов», — говорит Александр Мюленс, руководитель отдела недорогой автоматизации igus. «Он должен выдерживать 2 кг, иметь радиус действия до 650 мм, а также собственный вес менее 10 кг и минимальное время работы в 2 миллиона циклов.”

Компания также видит большой потенциал для коробки передач в роботизированных приложениях в таких областях, как сельское хозяйство, логистика, уход и автоматизированные кухни и бары.

«Мы видим рыночные возможности в роботах с общим весом менее 8 кг», — говорит Мюленс. «Это потому, что когда речь идет о робототехнике в недорогой автоматизации, всегда важен собственный вес, а не только полезная нагрузка и низкая цена. Легкие роботы легче транспортировать и могут более эффективно использоваться в транспортных системах без водителя, на седьмой оси роботов или, в ближайшем будущем, даже на дронах.”

Малый вес также является значительным преимуществом для коботов, поскольку меньшая масса означает, что при столкновении создаются меньшие силы. Встроенный двойной абсолютный энкодер нового редуктора можно использовать для определения сил, а также крутящего момента, а также для безопасного ограничения усилий с помощью тока двигателя. Энкодеры выполняют измерения перед и за шарниром, чтобы определять уровни сил и крутящего момента и реагировать соответствующим образом.

В прошлом году igus представила новое поколение трибо-волновых редукторов для пятой оси роботов.Не требующие смазки трибополимеры уменьшают трение и износ и обеспечивают компактную и экономичную конструкцию. Шестерни деформационной волны, называемые drygear , могут использоваться на последней оси шарнирно-сочлененного манипулятора, линейных или треугольных роботов — например, перед захватами.

Новый модульный редуктор расширяет ассортимент, и igus заявляет, что его возможности plug-and-play позволят быстро реализовать «захватывающие» идеи коботов, не беспокоясь о силовой электронике. В его основе — генератор трибо-волн и трибо-гибкое кольцо с внешними зубьями.

Интегрированный мотор-редуктор с тензометрической волной (вверху) и покомпонентное изображение (внизу)

Модульная коробка передач, которая будет доступна в размерах 80 и 105, будет представлена ​​публике на виртуальной версии на Ганноверской ярмарке , которая состоится в апреле. Система также будет доступна на онлайн-рынке RBTX.com , где пользователи смогут комбинировать кинематику робота с компонентами обзора, безопасности или захвата. igus обещает, что все будет соответствовать как со стороны оборудования, так и со стороны программного обеспечения.

«Благодаря нашим недорогим решениям автоматизации мы даем возможность инженерам-проектировщикам экономически эффективно участвовать в будущем сервисной робототехники», — говорит Стефан Нирманн, вице-президент igus по недорогой автоматизации. «Это открывает пространство для новых идей в области автоматизации: роботов, которые могут разливать кофе в розничных магазинах или мыть посуду в домашних условиях. Коботов, которые можно использовать как в сфере ухода за больными, так и в промышленности ».

igus : Twitter

---

МТБ СОВЕТ !! с Team Robot — ОТВЕТЫ №1 — Рассказы о горных велосипедах

Team Robot, один из самых знаковых, честных и язвительных интернет-любителей маунтинбайка, объединился с корпоративным гигантом Vital MTB, чтобы представить вам самую находчивую и исчерпывающую колонку советов по горному велосипеду, которую можно найти где-либо в киберпространстве.

В ходе первого раунда было задано так много вопросов, что изначально произошел сбой почтового сервера и потребовались дополнительные эксабайты памяти для обработки. Просеивание лавины жалких вопросов дало три, возможно, приемлемых запроса, которые стоили времени и понимания робота.

Ответы Team Robot не обязательно (но скорее всего) отражают позицию Vital MTB.

---

Уважаемая команда роботов,

В каком году появится коробка передач, например, когда это будет решение, которое мы все должны принять?

-Чад

Никогда.Извините, Чад, возможно, на электронных велосипедах, потому что есть больше мощности, доступной для преодоления дефицита эффективности, но коробки передач никогда не появятся для широкой аудитории для обычных велосипедов с приводом от человека. Цепной привод всегда будет более эффективным, чем сопоставимый зубчатый привод, и эта эффективность важна, потому что люди не являются мощными двигателями. В свои славные дни Натан Ренни мог выдавать около 3 лошадиных сил в спринте. С точки зрения выносливости, высококлассные специалисты могут развить что-то вроде 1/2 лошадиных сил в течение часа.Для сравнения: Honda CRF450R 2019 года с шестеренчатой ​​трансмиссией выдает около 57 лошадиных сил. Преимущества коробки передач с зубчатым приводом реальны, но для большинства пользователей они перевешиваются механическим сопротивлением.

В чем причина? Шестерни. Шестерни должны сцепляться друг с другом, и это означает большой контакт, силу и трение на относительно небольшой площади поверхности. Особенно, если у вас есть несколько шестерен, работающих последовательно, что будет означать, что неэффективность накладывается друг на друга. По сравнению с этим цепи прекрасны.Вот ссылка на отличное видео, если вы хотите увидеть, как работает зубчатая трансмиссия мотоцикла:

Это не сумасшедшее количество потерянных ватт, где-то на 2-13% меньше, чем у сети, но это не мелочь. Представьте, если бы я выпускал из ваших шин 10 фунтов на квадратный дюйм перед началом каждой поездки, или вынимал смазку из ваших подшипников, или если бы ваши тормоза постоянно тормозили. Если бы вы были двигателем с большим блоком 454 Chevy, вы, вероятно, не заметили бы этого, но вы человек, который, вероятно, выдает примерно 1-2 пиковых мощности.Вы заметите.

Вот отличный домашний тест из очень немецко звучащего онлайн-журнала FahrradZukunft, сравнивающий эффективность трансмиссии между коробками передач. Их результаты показали, что Rohloff Speedhub чертовски эффективна, особенно по сравнению с ужасной переключающей втулкой Nuvinci. Коробка передач Pinion и зубчатые втулки Shimano Alfine приземляются где-то посередине — они менее эффективны, чем цепь, но не так уж страшно. Если вы когда-либо ездили на кривошипе Truvativ Hammerschmidt, вы, вероятно, помните, что это было нормально при нажатии на педали от низкого до среднего усилия, но при спринте у вас было ужасное сопротивление.К сожалению для Truvativ, мощные педали очень важны для технического лазания и технического спуска.

Эффективность — не единственное препятствие для коробок передач, и даже не самое серьезное. Вы также должны выяснить, как заставить ваших клиентов платить больше за велосипед, который теперь тяжелее и медленнее. Я не говорю, что это невозможный коммерческий шаг, но я говорю, что это более сложный коммерческий шаг, чем хочет пытаться большинство производителей велосипедов. «О, кстати, переключатель коробки передач кажется странным и незнакомым.«Конечно, задние переключатели слабые, уязвимые и темпераментные, но производителям велосипедов потребовалось 15 лет, чтобы признать, что короткие нижние перья — это отстой, поэтому я не задерживаю дыхание.

На данный момент коробки передач, скорее всего, будут применяться там, где скорость вращения педалей не является серьезной проблемой, или там, где доступна дополнительная мощность. Прямо сейчас это означает пригородные велосипеды, электровелосипеды и горные велосипеды. Или, может быть, пригородные электровелосипеды для скоростного спуска с горы.

-Командный робот

---

С трудом прохожу в зажимах на поворотах.На плоских педалях у меня нет проблем с выполнением работы, но когда я подключаюсь, я просто не могу полностью переключиться на быстрые, свободные повороты. Я уже некоторое время катаюсь и участвую в гонках, и в остальном чувствую себя довольно уверенно. Я знаю, что если меня наберут с помощью клипов, я смогу разблокировать некоторую скорость, но что вы посоветуете, как преодолеть свой страх действительно наклониться и совершить? Упражнения на прохождение поворотов с конусами на траве (звучит как занятие по списку убийц)? Скажите, прикрутите и приклейте квартиры?

Нужна помощь.

-Даниэль

Отличный вопрос, Дэниел. Вы уловили основную проблему, с которой сталкиваются все застрявшие гонщики: как я буду ездить по скользким участкам трассы?

В идеале, лучшее, что вы могли бы сделать, — это надеть штаны для больших мальчиков и начать выполнять повороты, пристегиваясь и поднимая ноги. Я не знаю, как вы, люди, назовете это «уверенностью» или «проявлением своей реальности», но обычно, если вы держите ноги на велосипеде, кажется, что все наладится.Например, мне кажется, я два раза видел клип Троя Броснана из клипа за всю свою жизнь. Пристегивание и ноги вверх, кажется, работают для него.

К сожалению, как вы сами обнаружили, вы не Трой Броснан. Вы охвачены страхом и трепетом, и ваш мозг изо всех сил пытается не упасть. К счастью, вы уже выбрали правильный путь со своей идеей о шишках на траве. Вы хотите найти арену с минимальными последствиями, чтобы проверить и потренировать свои навыки управления велосипедом с низким сцеплением. Я большой поклонник шишек на траве, и Амори Пьерон продемонстрировал миру, насколько полезными могут быть навыки прохождения поворотов на траве в его теперь уже знаменитой победной пробеге в Les Gets в 2019 году, но для ваших целей я бы не рекомендовал начинать с травы.Под травой грязь. Грязь — это сложно, и падение на твердые предметы — это больно, поэтому я думаю, что лучшее место для вас, чтобы начать работать над этим навыком, — это корная пыль или щепа. Падать на пыль коры совсем не страшно. Если вам удастся найти один или два хороших витка коровой пыли, которые нужно уничтожить в местном парке, вы сможете сойтись с бананами, подстриженными ногами, скользя вбок, с минимальным страхом травмы. Довольно скоро вы освоитесь на велосипеде, поймете, какое положение тела вам подходит, и узнаете о преимуществах совершения поворотов с поднятыми ногами.Когда закончите, не забудьте использовать грабли, чтобы нейтрализовать урон, нанесенный пылью коры.

Если вы достаточно попрактикуетесь в этом упражнении, вот что вы обнаружите:

Отключение ноги не поможет вам быстрее пройти плоский поворот, но! Зная, что вы можете вытащить ногу, вы почувствуете себя в безопасности в зажимах, а чувство безопасности действительно поможет вам двигаться быстрее. Вы можете обрести это душевное спокойствие, перенеся вес на внешнюю ногу и позволив внутренней ноге подняться, когда вы входите в поворот. Представьте, что ваши педали приходят в положение «6 часов» и «12 часов» в углу.Перенеся вес на внешнюю ногу, вы фактически развесили внутреннюю ногу и оставили ее свободной, чтобы ее можно было обрезать и нанести, если что-то пойдет слишком боком. Это позволит вам съесть свой торт и съесть его. Вы не снимаете клипсу, но при необходимости можете отсоединить ее мгновенно.

Наконец, вес создает тягу. Вы хотите, чтобы ваше переднее колесо сцеплялось с дорогой на свободных поворотах, и если ваш байк будет скользить, вы хотите, чтобы это скольжение происходило на заднем колесе. Вы можете использовать свой вес, чтобы создать сцепление там, где вы хотите.Активно наклонитесь вперед на байке, чтобы перенести вес на переднее колесо. Наклон вперед — это противоположность тому, что хочет делать ваш мозг, поскольку он движется к опасности и неуверенности, но аппаратные средства вашего мозга на самом деле бесполезны для физики горного велосипеда. На скользкой поверхности наклон вперед может сэкономить скольжение и сохранить сцепление и разрыв переднего колеса.

Итого:

• Ездите, как Трой Броснан
• Тренируйтесь на корной пыли
• Нагрузите внешнюю ногу
• Не снимайте внутреннюю ногу
  
• Перенесите вес на велосипеде вперед

---

Почему маунтинбайкеры — отстой?

Спасибо

-Garrett

П.S. сделать трассу снова неровной

Гаррет, в твоем, казалось бы, простом вопросе так много слоев. У меня так много времени и места, поэтому, пожалуйста, позвольте мне отточить одно конкретное измерение того, почему горные байкеры — отстой.

Во-первых, давайте проясним, кого мы имеем в виду, когда говорим о «горных велосипедистах». Я несколько раз играл в баскетбол, но я не баскетболист. У Джеффа Безоса две ноги и две руки, но он не человек. В том же смысле большинство людей, занимающихся маунтинбайкерами, не являются «горными велосипедистами», особенно если учесть недавний пузырь в мире приключений на открытом воздухе и сокрушительный уличный трафик, созданный Covid-19.Когда мы говорим «горные байкеры — отстой», мы не имеем в виду новичков или случайных райдеров. Это было бы несправедливо. Откуда им знать наш местный этикет для серфинга или не носить носки до щиколотки?

Отстойные люди — это те, кто существует достаточно долго, чтобы знать лучше, но это не так. Людей, которым после урагана просто не мешает подобрать поваленную ветку дерева на тропе. Люди, которые никогда не выключают Strava, даже когда едут в секретном месте. Люди, которые взрывают общую стоянку мусором и громкой музыкой, или мчатся мимо соседних домов и закрывают место, или взрывают пешеходов и наездников и пугают всех до смерти.Люди, которые всегда говорят местному строителю троп, что хотели бы когда-нибудь покопаться, но когда строитель тропы говорит: «У меня тут лопата», у них внезапно появляется важная встреча или ребенок, которого нужно выбрать. от футбольной тренировки. Люди, которые проводят прямые повороты в общественных местах, сбривают несколько секунд. Люди, которые постоянно говорят о «измельчении», «суглинке» и «заболели», но не измельчают, не понимают, что означает слово «суглинок», и не проявляют никакого интереса, любопытства, или уважение к старшим, более мудрым, новым или более быстрым гонщикам.И не забывайте, что приставы, у которых самые популярные маршруты для горных велосипедов в Вермонте, перекрыли, крича на владельцев, чтобы те ездили на лошадях по их собственному участку.

Так что же заставляет этих людей отстой? Есть несколько способов сосать, но одна примечательная черта между этими ужасными людьми — высокомерие. Они думают, что их дерьмо не воняет. Их велосипед, их поездка или их время важнее, чем все остальные. Такое отношение — отстой, и этим людям нужно лучше ездить на друзьях, чтобы помочь разобраться с этим дерьмовым отношением и поставить их на место.

Для тех, кто все еще не понимает этого, позвольте мне быть лучшим другом и помочь прояснить кое-что: вы никогда не станете крутым, потому что катаетесь на горном велосипеде. Ничто из того, что вы делаете на своем горном велосипеде, никогда не будет важным, по крайней мере, недостаточно важным, чтобы оправдать это. Поверьте, ваша поездка не так уж и интересна. Я гарантирую, что ваша собственная мать не захочет смотреть ваши кадры с GoPro. Я уверен, что у вас есть и другие полезные и ценные качества, и я уверен, что у вашей жизни есть важная цель, но я на 99% уверен, что разорвать местное место для обеда и терроризировать собаководов — это не смысл вашей жизни .

Так что постарайтесь быть более командным игроком. В конце концов, вы, люди, все в одной команде.

П.С. Не говори мне, что делать. Иди снова сделай трассу труднопроходимой.

-Командный робот

---

Если у вас есть вопрос о катании на горных велосипедах для Team Robot, самое время спросить. Считайте это мастер-классом по обучению МТБ без абонентской платы.

КОМАНДНЫЙ РОБОТ

ОТВЕЧАЕТ ТОЛЬКО НА ВОПРОСЫ НА

определение роботизированного по The Free Dictionary

Swisslog, мировой лидер в области роботизированных, управляемых данными и гибких автоматизированных решений, представила высокоэффективные роботизированные решения для хранения и обработки заказов для небольших деталей и поддонов, которые можно интегрировать в существующие здания.Swisslog, мировой лидер в области роботизированных, управляемых данными и гибких автоматизированных решений, представит высокоэффективные роботизированные решения для хранения и обработки заказов для мелких деталей и поддонов на мероприятии, которое состоится в следующем месяце в Дубае, ОАЭ. / 350-Нм версия двигателя с одинарным турбонаддувом с изменяемой геометрией и доступная только с полуавтоматической роботизированной коробкой передач. Роботизированная автоматизация процессов освобождает агентов вспомогательного офиса от повторяющихся рутинных задач, позволяя сосредоточиться на важных делах, которые невозможно роботизироватьРоботы выполняют монотонные задачи намного точнее, безопаснее и надежнее. Все трансмиссии объемом 2,3 литра могут быть объединены с опциональной роботизированной коробкой передач Comfort Matic для облегчения вождения и повышения эффективности. Доступен выбор между трех- или пятидверным кузовом и опцией: Полуавтоматическая роботизированная пятиступенчатая коробка передач без сцепления в качестве городской альтернативы обычной пятиступенчатой ​​механической коробке передач. Семиступенчатая роботизированная механическая коробка передач с одним сцеплением, которая может оказаться менее сложной, чем лучшие автомобили с двойным сцеплением, время разгона до 100 км / ч с места уменьшается на 0.От 2 до 3,5 секунд ушло в прошлое мерзкое роботизированное ручное изменение, из-за которого ваша голова дергалась, как марионетка Thunderbird, при каждом переключении передач. Такие системы используются в автоматических рабочих станциях, линиях передачи и роботизированной сборке для точного нанесения точек и шариков клея на сопрягаемых поверхностей или фланцев. Компания Intermetal создала завод площадью 300 000 кв. футов, полностью оборудованный передовыми производственными возможностями, включая гибочные и фрезерные станки с ЧПУ, роботизированную сварку, линии порошкового покрытия и хромирования, обивку и деревообработку.В рамках своих инвестиций Intermetal построил завод площадью 300 000 кв. Футов, полностью оборудованный передовыми производственными мощностями, включая гибочные и фрезерные станки с ЧПУ, роботизированную сварку, линии порошкового покрытия и хромирования, обивку и деревообработку.

Проектирование и разработка компактного высокомоментного роботизированного привода для космических механизмов | J. Механизмы Робототехника

Космическим роботам требуются компактные системы шарнирного привода (JDS), обычно состоящие из привода, трансмиссии, шарнирных элементов, которые могут передавать высокие крутящие моменты через жесткие механические порты.Сегодняшние традиционные космические приводные системы состоят из стандартных приводов и многоступенчатых трансмиссий, которые обычно включают от трех до шести ступеней. Эта текущая практика имеет определенные преимущества, такие как короткое время разработки из-за доступности механических компонентов. Однако ему не хватает интеграции на системном уровне, которая учитывает структуру привода, размер и выходное усилие, структуру трансмиссии, передаточное число и прочность, и часто приводит к длинным и громоздким узлам с большим количеством деталей.В этой статье представлено новое аппаратное обеспечение робота, которое объединяет JDS робота в одно компактное устройство, оптимизированное для его размера и максимальной плотности крутящего момента. Это достигается путем разработки роботизированного соединения с использованием специальной трансмиссии, которая при численной оптимизации может обеспечивать неограниченное передаточное число, используя только две ступени. Конструкция компьютеризирована, чтобы получить все решения, которые удовлетворяют его кинематическим отношениям в пределах заданного диаметра привода. По сравнению с существующими роботизированными приводами предлагаемая конструкция может привести к созданию более коротких сборок со значительно меньшим количеством деталей при том же выходном крутящем моменте.Теоретические результаты демонстрируют потенциал примера устройства, для которого был изготовлен доказательный пластиковый макет, который может обеспечить крутящий момент более 200 Н · м в корпусе размером с локтевой сустав человека. Предлагаемая технология может иметь серьезные технологические последствия в других отраслях промышленности, таких как механическое протезирование и реабилитационное оборудование.

Для многих роботизированных приложений требуются компактные системы шарнирных приводов (JDS), которые могут создавать высокие крутящие моменты на низких скоростях для таких приложений, как космические роботы.Обычные системы привода разрабатываются путем последовательного соединения привода с какой-либо трансмиссией с высоким передаточным числом, такой как электродвигатель с гармоническим приводом (HD) или планетарная зубчатая передача (PGT). Несмотря на свою популярность, этот подход часто приводит к созданию длинных и громоздких сборок, которые увеличивают размер и сложность робота и уменьшают его рабочее пространство и размер укладки [1]. Кроме того, обычные компактные трансмиссии с высоким передаточным числом, такие как гармонические приводы, имеют высокое трение и низкую жесткость, что ограничивает их способность работать как чисто усилители крутящего момента в отсутствие схем нелинейного управления крутящим моментом [2].

В качестве альтернативы, обычные планетарные и обычные зубчатые передачи требуют наличия нескольких ступеней для достижения высоких передаточных чисел и могут привести к созданию длинных и громоздких узлов для приложений с высоким крутящим моментом. Другие типы роботизированных приводных систем основаны на интеллектуальных материалах, таких как пьезоэлектрик, сплавы с памятью формы, магнитореологические и электроактивно-полимерные приводы. Они имели ограниченный успех в разработке полностью функциональных роботизированных приводных систем, либо все еще находятся на ранних стадиях практического внедрения, либо не достигли окончательных результатов.Следовательно, разработка компактных и эффективных систем привода может улучшить производительность многих роботизированных систем и систем управления движением, особенно мобильных приложений с жесткими требованиями к крутящему моменту и размеру. Такие усовершенствования в технологии приводных систем могут также позволить рождение новых продуктов, таких как легкие протезы, которые невозможны с существующими двигателями и системами трансмиссии [3]. До сих пор портативные энергетические системы для переобучения голеностопного сустава имели ограниченную коммерциализацию за пределами специализированных больниц и реабилитационных клиник, главным образом из-за отсутствия адекватных готовых приводных технологий [4].Чтобы облегчить развитие этих устройств в более удобные для пользователя системы, следует разработать новые формы приведения в действие с такими ключевыми возможностями, как высокий выходной крутящий момент / усилие, легкий, ненавязчивый и энергоэффективный.

Робот JDS соединяет и приводит в движение два звена робота относительно друг друга (см. Рис. 1). Для выполнения своих функций JDS должен содержать (1) привод для подачи силы или крутящего момента, (2) трансмиссию для усиления силы привода и, наконец, (3) конструкцию шарнира, которая ограничивает подвижность звеньев до одного градуса. -свободы при несении нагрузок в остальных степенях свободы.

Независимо от размера и веса, динамика JDS в основном определяется характеристиками привода / трансмиссии, такими как передаточное число, жесткость трансмиссии, инерция, трение и люфт. Эти свойства играют ключевую роль в работе робота, а также в разработке его системы управления. Например, передача с низкой жесткостью уменьшает полосу пропускания сил системы привода и вносит нестабильность в контуры обратной связи с высоким коэффициентом усиления [5].Кроме того, трение трансмиссии повышает требования к пусковому крутящему моменту привода, увеличивает его размер и снижает точность. В случае ограничений трансмиссии, таких как нелинейное трение и / или жесткость, используются нелинейные регуляторы для улучшения отношения входного / выходного крутящего момента трансмиссии [6].

В течение последних четырех десятилетий значительное количество исследований было посвящено разработке и пониманию компактных трансмиссий с высоким передаточным числом, таких как гармонические передачи.Гармонические приводы в первую очередь полезны для разработки компактных приводных систем с высоким крутящим моментом [7]. Несмотря на их популярность, два основных эксплуатационных недостатка гармонических приводов — это высокое трение и низкая жесткость. Трение восходит к основному принципу работы гармонического привода, который основан на трении скользящих зубцов между его гибкой линией и круговой шлицей. Еще один источник трения в гармоническом приводе — это высокая радиальная предварительная нагрузка генератора волн. Трение в гармонических двигателях широко изучается многими исследователями, например, в работах [1,95].[8] и [9], и хорошо известно, что он демонстрирует нелинейное поведение в результате действия скользящих зубцов. Кроме того, работа передачи гармонического привода основана на непрерывной деформации ее основного компонента, гибкой линии. Эта гибкость создает путь нагрузки с низкой жесткостью, который уменьшает рабочую полосу пропускания робота, вызывает резонанс и создает эффект люфта [9,10]. В результате гармонические приводы не работают как чистые усилители крутящего момента [11,12], так что их отклик скорости без обратной связи загрязнен не только вибрациями, но и непредсказуемыми скачками скорости после областей резонанса [9].Наконец, гармонические приводы ограничены передаточными числами ниже 1: 320 [13] по конструкции и неэффективны в низкотемпературных средах, таких как космос [14].

Другими широко используемыми передачами в роботизированных механизмах являются PGT, такие как в Refs. [15–17]. Европейский роботизированный манипулятор использует четырехступенчатый планетарный редуктор с передаточным числом 450: 1 на его шарнирах [16]. Чтобы уменьшить количество деталей и сложность сборки, коронные шестерни разделены между первой и последней двумя ступенями.Точно так же в системе привода марсохода [17] используются трансмиссии, состоящие из трех-пяти ступеней с передаточными числами от 1528: 1 до более 5000: 1. Потребность в понижении высокой передачи важна во многих космических приложениях, поскольку они приводятся в движение с высоким крутящим моментом и низкой скоростью. Следовательно, реализация PGT в космических механизмах часто включает многоступенчатые зубчатые передачи, которые охватывают большое количество частей, таких как водила планетарной передачи, подшипники водила и отдельные подшипники планетарной передачи, что не только увеличивает сложность, но и снижает надежность таких механизмов.

Другое недавнее исследование роботизированных приводных систем касалось проблемы оптимизации соединения двигатель / трансмиссия для его наибольшего крутящего момента на инерцию в предположении, что высокие передаточные числа добавляют массу, инерцию и потери на трение [18]. Его результаты показывают, что самый большой двигатель и наименьшая трансмиссия в пределах размера соединения являются оптимальными. Однако этот подход не рассматривает приложения, требующие высоких крутящих моментов в условиях ограниченной допустимой нагрузки, такие как космические роботы.

Другими типами компактных трансмиссий в литературе по робототехнике и управлению движением являются циклоидальные редукторы [19,20] или гибридные комбинации планетарных и циклоидальных передач, известные как редукторы RV. Анализ этих механизмов показал, что, хотя они имеют более высокий КПД по сравнению с гармоническими приводами, они страдают от значительного люфта и больших ошибок передачи [21]. Кроме того, кажется, что в литературе есть пробел, касающийся максимально допустимых передаточных чисел циклоидальных приводов по отношению к их максимальному выходному крутящему моменту.

Таким образом, большинство систем привода, разработанных на сегодняшний день, основаны на коммерческих двигателях, соединенных с редукторными трансмиссиями того или иного типа [22–24], и им не хватает интеграции на системном уровне для двигателя, трансмиссии и совместной конструкции.

В следующем документе рассматривается интеграция конструкции и оптимизация роботизированной системы привода с учетом конструкции двигателя и выходного крутящего момента, конструкции и прочности трансмиссии, передаточного числа, опоры выходного подшипника и конструкции сустава робота.Мы также предлагаем новую дифференциальную планетарную трансмиссию, которая при должной оптимизации способна обеспечивать практически любое передаточное число, и которая, согласно обширным исследованиям авторов, никогда не изучалась в контексте разработки роботизированных шарниров. Однако трансмиссии с дифференциальным приводом были первоначально разработаны для автомобильной промышленности для распределения крутящего момента двигателя [25].

Ссылаясь на ранее связанную работу в Refs.[26] и [27], в этой статье рассматривается подробный проект механизма срабатывания JDS и представлена ​​численная оптимизационная модель для его узла двигатель / трансмиссия. Кроме того, изучаются два тематических исследования, показывающих сравнение с обычным гармоническим приводом и планетарной трансмиссией. По сравнению с космическими приводными системами, которые были опубликованы в литературе, например, в статьях. [27–29], предлагаемая конструкция не только компактна, но и более универсальна благодаря инновационной конструкции трансмиссии, которая может обеспечивать любое передаточное число от 1: 1 до 5000: 1 с использованием только двух ступеней и стандартных диаметральных шагов.Кроме того, предлагаемый JDS является самоблокирующимся из-за своего высокого передаточного числа и, как таковой, не требует фиксирующего тормоза двигателя при больших передаточных числах, как в Ref. [27] для сохранения положения нагрузки в случае внезапной потери мощности.

Трансмиссия JDS представляет собой двухступенчатый планетарный редуктор, схематически изображенный на рис. 2. Входом в этот механизм является солнечная шестерня ( N ₂ ), а выходом — коронная шестерня ( N ₅ ).Механизм крепится к земле с помощью зубчатого венца первой ступени ( N ₁ ). Две планеты ( N ₄ , N ₆ ) с обеих ступеней жестко связаны и, как таковые, ведут себя как одно твердое тело.

Трансмиссия приводится в движение двигателем с внешним ротором, встроенным в ее солнечную шестерню, как показано на рис. 3. Набор цилиндрических поверхностей роликов удерживает радиальное положение планетарной группы, что устраняет необходимость в водиле, планетах, двигателе, и несущие подшипники.Симметрия земля-земля применяется для уравновешивания внутренних моментов рыскания, которые в противном случае действовали бы на планеты из-за пары момента земля-выход.

Ключ к преимуществу этой концепции в высоком крутящем моменте описан на схемах свободного тела планетарно-планетарной муфты ( N ₄ , N ₆ ), показанных на рис. 4. Шестерни представлены своими шаговые диаметры (PD) для простоты, где D ₁ , D ₂ , D ₄ , D ₅ и D ₆ обозначают шаговые диаметры заземленная коронная шестерня, солнечная шестерня первой ступени, планетарная передача первой ступени, кольцевая шестерня второй ступени и планетарная шестерня второй ступени, соответственно, и T _в и T _out — это входной и выходной крутящие моменты механизма.

В состоянии равновесия сумма моментов, действующих вокруг мгновенной оси вращения, дает преимущество крутящего момента механизма как

Tout = 2D4D5D2 (D4-D6) Tin

(1)

Уравнение (1) показывает, что выходной крутящий момент обратно пропорционален разнице между диаметрами шага планет ( D ₄ — D ₆ ), так что передаточное число в основном определяется шестернями планет и довольно независимо от размера трансмиссии.Это связано с тем, что входная сила двигателя действует на рычаг момента D ₄ , в то время как выходная сила действует на рычаг гораздо меньшего размера, эквивалентный (D ₄ — D ₆ ) / 2 . В результате этого отношения можно регулировать диаметры шага планет для получения очень высоких передаточных чисел без необходимости добавления дополнительных ступеней. Количество зубьев шестерни, соответствующее таким высоким передаточным числам, обосновано более подробно в гл.2.2 численными методами. Кроме того, как было показано в [5]. [30], что передаточное число привода значительно влияет на величину и распределение кинетической энергии внутри роботов-манипуляторов и может улучшить их пространственную точность за счет уменьшения воздействия их сил инерции. Это еще раз подтверждает важность разработки роботизированных соединений, способных создавать большие диапазоны передаточных чисел по своей конструкции.

Другой ключевой характеристикой этой концепции является использование структурной симметрии для уравновешивания внутренних нагрузок внутри трансмиссии, что в противном случае потребовало бы дополнительных несущих опор и компонентов.Схема свободного тела, показанная на рис. 4, показывает, что силы, действующие на сборку планет, лежат в двух разных плоскостях. Это создает момент рыскания, который имеет тенденцию искажать параллельность и перпендикулярность планет по отношению к их плоскости вращения.

Чтобы противодействовать этому моменту рыскания, выходной каскад помещается между двумя симметричными наземными каскадами таким образом, чтобы выходные планеты находились в состоянии равновесия нагрузки двойного сдвига, как показано на рис.5.

Кроме того, эта новая конфигурация позволяет жестко закрепить выход между двумя наземными конструкциями с помощью дуплексных подшипниковых узлов (например, спина к спине, тандем, лицом к лицу) для получения жесткого выхода JDS при всех типах нагрузок. Поперечные осевые силы реакции грунта обеспечивают поддержку против осевых и радиальных нагрузок, как показано на рис. 6.

JDS соединяется с использованием компонентов двойного назначения, чтобы упростить его сборку и уменьшить количество деталей.Компоненты двойного назначения состоят из цилиндрических поверхностей роликов, прилегающих к компонентам шестерни. Эти поверхности размещают планетарный блок в радиальном направлении, тем самым устраняя необходимость в обычных водилах планетарной передачи и соответствующих подшипниках, а также сохраняя воздушный зазор между статором и ротором (см. Рис. 3). Поверхности роликов имеют диаметр качения, равный диаметру прилегающей шестерни, чтобы синхронизировать тягу шестерни и движение качения, как показано на рис. 7.

Кроме того, планетарный блок удерживается в осевом направлении за счет упора между плоской поверхностью роликов и коронками зубьев коронной шестерни.Это связано с тем, что диаметр планетарного ролика в радиальном направлении больше меньшего диаметра коронной шестерни. В этой конфигурации действие зубьев шестерни и функции опоры подшипника интегрированы друг с другом, что приводит к очень компактной конструкции JDS. Двигатель состоит из внешнего магнитного ротора и полой пластины статора. Ротор встроен в солнечную шестерню, в то время как статор прикреплен к заземленному компоненту, как показано на рис. 3. В концепции воздушный зазор между статором и ротором поддерживается теми же поверхностями роликов, которые радиально устанавливают и выравнивают оставшиеся планетарный кластер.

Учитывая важность плотности крутящего момента (крутящий момент на вес) в системе совместного привода робота, было проведено исследование численной оптимизации аналитической модели для оценки плотности крутящего момента в диапазоне значений параметров шестерни. Традиционно проектирование зубчатых колес представляет собой итеративный процесс, однако в этой статье мы компьютеризируем конструкцию, решая все решения этой конструкции, которые находятся в пределах заданного выходного диаметра.Чтобы ограничить объем оптимизации, были сделаны следующие проектные допущения:

1. (1)

   Диаметр ротора двигателя почти равен диаметру отверстия солнечной шестерни или меньше его.

2. (2)

   Минимальное количество зубьев на сателлите планетарной передачи составляет 10 (или больше), чтобы избежать подрезания шестерни.

3. (3)

   Крутящий момент двигателя, усиленный передаточным числом, ниже, чем крутящий момент отказа трансмиссии.

4. (4)

   Стандартные диаметральные шаги варьируются от 10 до 96 зубцов / дюйм.

Зная, что планеты должны вращаться на одинаковом радиальном расстоянии от центральной оси, обозначенной цифрой K на рис. 2, можно записать следующее соотношение: Признавая тот факт, что средний диаметр равен количеству зубьев на диаметральном шаге (= N / P ), уравнение.(2) можно переписать с точки зрения количества зубьев и диаметрального шага, как показано в следующем уравнении:

N2P1 + N4P1 = N5P2 − N6P2 = 2K

(3) где P ₁ и P ₂ — диаметральные шаги первой и второй ступеней соответственно, а N ₄ и N ₆ — количество зубьев планетарной шестерни. , с их значениями в диапазоне от 10 зубьев на шестерню до промежуточного произвольного значения (например,г., 30) с шагом 1 зуб. Кроме того, P ₁ и P ₂ должны иметь определенные значения шага для использования стандартных зуборезов. Зная приблизительный диапазон значений для N ₄ , N ₆ , P ₁ и P ₂ , уравнение. (2) можно использовать для определения количества зубьев солнечной шестерни и вторичного кольцевого колеса, обозначенного как N ₂ и N ₅ , как

Параметры, показанные в таблице 1, использовались для заполнения переменных передачи по их возможным комбинациям для радиуса орбиты планет, увеличивающегося с 2 до 5 дюймов с шагом 0.1 дюйм. Допуская изменение радиуса рычага от 1 до 2 дюймов, параметры трансмиссии учитываются не только для различного количества зубьев, но и для физического диаметра трансмиссии.

Используя исчерпывающий поиск с помощью вычислений, в котором исключены конфигурации передачи, которые имеют нецелые значения для N ₂ и N ₅ , мы получили приблизительно 2,5 × 10 ⁶ решений с отношениями, изменяющимися от -5000: 1 до +5000: 1.Для каждой из этих конфигураций передаточное число решается с использованием следующего уравнения:

ToutTin = 1 + N1N21 − N1N6N4N5

(7) Поскольку геометрию зубьев можно извлечь из диаметральных шагов и количества зубьев, можно выполнить анализ прочности на каждой конфигурации передачи во время вычислительного цикла. Статический анализ сил показывает, что планеты являются самыми слабыми компонентами трансмиссии и, следовательно, ограничивают максимальный выходной крутящий момент JDS. В частности, механическая мощность передается по трем точкам сетки, как показано на рис.8.

Линейные скорости (скорость прохождения зубьев) и силы передачи в точках сетки задаются как

Используя скорости и силы по тангажу, можно получить динамические коэффициенты и соответствующие силы разрушения для всех возможных конфигураций трансмиссии.Для этого планетарные напряжения рассчитываются с использованием критериев рейтинга передач Американской ассоциации производителей зубчатых колес (AGMA), включающих геометрические, материальные, монтажные и надежные факторы, связанные с каждой передачей. Выходные силы, которые могут вызвать разрушение в трех точках сетки, рассчитываются с использованием контактных и изгибающих напряжений (см. AGMA 2001-DO4). Другие оставшиеся факторы, такие как перегрузка, монтаж, надежность и твердость поверхности, выбираются в соответствии с процессом изготовления / сборки.Наконец, вычислительный алгоритм возвращает матрицу, в которой каждая строка соответствует одной конфигурации этой конфигурации, а столбцы — ее соответствующие параметры. Типичная выборка решений представлена ​​в таблице 2.

Плотность крутящего момента JDS рассчитывается на основе крутящего момента при отказе и расчетного веса шестерен и двигателя. На рисунке 9 показано соотношение между передаточным числом и плотностью крутящего момента JDS.Каждая точка представляет одну конфигурацию JDS. Отрицательные отношения указывают на обратное направление между входными / выходными движениями трансмиссии.

Поскольку взаимосвязь между передаточным числом и плотностью крутящего момента ограничивается способностью двигателя выдавать достаточный крутящий момент при определенном передаточном числе, решения JDS затем были отфильтрованы с использованием диаметра двигателя (взятого из диаметра отверстия солнечной шестерни) по требуемому двигателю. крутящий момент (крутящий момент отказа JDS в зависимости от передаточного числа).Этот процесс исключает конфигурации JDS с двигателями большего или меньшего размера и оставляет около 460 решений из возможных 2,5 × 10 ⁶ . Эти конфигурации показаны на рис. 10. Классификация двигателей по размерам была оценена в соответствии с данными, предоставленными BEI KIMCO Magnetics, Inc (Сан-Диего, Калифорния). ²

После анализа данных одна комбинация приводов с максимально возможной плотностью крутящего момента с диаметром JDS, равным 4.5 дюймов было выбрано с учетом технологичности системы и использования стандартных компонентов подшипников. Эти характеристики перечислены в Таблице 3. Из Таблицы 3 очевидно, что только небольших различий в диаметрах шага планет (17,65 мм, 17,57 мм) достаточно для получения высокого передаточного числа (1: 900). Для соответствия этим спецификациям было разработано несколько концепций дизайна с использованием, по возможности, стандартных механических компонентов. В предварительной концепции, показанной на рис. 11, шестерня с меньшей шириной торца размещается на более длинном плече момента, чтобы уравновесить момент рыскания, как показано на рис.4.

Следует отметить, что в двух ступенях используются несколько разные нормальные диаметральные шаги, так что рабочие диаметры шага планетарных шестерен и зубчатых колес почти, но не в точности равны при высоких передаточных числах. Среднее передаточное число на один оборот на выходе постоянно, так как оно зависит от количества зубьев на шестернях. Точность изготовления влияет на мгновенную ошибку передаточного числа, обычно известную как кинематическая ошибка, которая отвечает за шум и вибрации в коробке передач, и выходит за рамки данной статьи.

Была установлена ​​матрица проектирования между различными концепциями с учетом прочности конструкции и рассеивания тепла, производственных допусков и центровки блока планетарных шестерен. Конечный элемент прочности и термический анализ были выполнены на механизме, чтобы гарантировать производительность в соответствии со спецификациями, изложенными в таблице 3. Окончательная модель автоматизированного проектирования представлена ​​на рисунке 12.Некоторые из основных проблем проектирования, с которыми сталкивается эта концепция, — это точность выравнивания «земля-земля» и рассеивание тепла двигателем. Результаты анализа методом конечных элементов (FEA) подтвердили аналитические прочностные и тепловые модели, а также подтвердили допустимый крутящий момент трансмиссии и теплоотдачу двигателя. Пластиковый макет был разработан с использованием технологии аддитивного производства, чтобы получить практическое представление о конструкции JDS, а инженерная модель показана на рис. 13. Этот макет успешно подтвердил передаточное число и предоставил практическую обратную связь по конструкции при работе и сборке механизма до его установки. разработка дорогостоящего металлического варианта системы.

В JDS используется конструкция с двойным заземлением, чтобы удерживать выходное звено через взаимно встречный подшипник. Таким образом, в конструкции используются два угловых шарикоподшипника из тонкого сечения (толщиной 1/4 дюйма), которые находятся на расстоянии 1,35 дюйма друг от друга, чтобы эффективно выдерживать изгибающие моменты до 847,4 Н · м при статическом коэффициенте безопасности 1,

.

Анализ напряжения скручивания был проведен на центральном валу, который несет половину выходной нагрузки, эквивалентной 135.1 Н · м. Исследование показало максимальное напряжение сдвига 64 МПа в зависимости от геометрии вала (внешний диаметр = 0,9 дюйма, внутренний диаметр = 0,5 дюйма), что эквивалентно коэффициенту безопасности 3,1 для алюминия 6061. Соответствующие результаты FEA показаны на рис. 14. Благодаря конструкции с двойным сдвигом выходной крутящий момент равномерно распределяется между наземными ступенями, что приводит к низким напряжениям во всей удерживающей конструкции.

Другой анализ методом конечных элементов был разработан для оценки прочности шестерен планет, которые являются самыми слабыми компонентами трансмиссии, как показано на рис.15.

По результатам FEA наибольшие напряжения регистрируются в точках контакта и около корней зубьев шестерни. Максимальное расчетное напряжение составляет около 250 МПа. Это дает коэффициент безопасности 1,52 для легированной стали 4150, подвергнутой закалке и отпуску по RC 57-61.

Адаптация исполнительного механизма к плоской роботизированной руке изображена на рис.16. В дополнение к компактным размерам и большому выходному крутящему моменту, цельная конструкция привода поддерживает как одинарные, так и двойные срезные звенья на выходном и заземляющем элементах, соответственно. При установке на звено с двойным срезом жесткость соединения на кручение увеличивается, поскольку он действует параллельно центральному валу. Кроме того, вся электроника обратной связи и связи интегрирована и размещена в сборке JDS.

Конструкция манипулятора робота, показанная на рис.17 обладают как высокой полезной нагрузкой, так и очень компактным профилем, что позволяет стрелке исключительно хорошо работать в мобильных приложениях. Ключевой технологией, позволяющей использовать стрелу, является ее компактная исполнительная система, которая способна обеспечивать высокие крутящие моменты и обеспечивать жесткую конструкцию соединения, позволяя руке манипулировать тяжелыми грузами с ловкостью и точностью.

Универсальный характер предлагаемой конструкции облегчает разработку модульных систем с высокой полезной нагрузкой, которые можно реконфигурировать и адаптировать к текущей задаче.Все эти JDS могут иметь одинаковый компактный стандартный размер, но каждый, в зависимости от передаточного числа, может обеспечивать разную производительность. Этот подход может улучшить современные манипуляции, введя различные модульные соединения, которые можно заменить для различных задач, таких как медленное и точное манипулирование тяжелыми объектами или перемещение более легких объектов со скоростью и маневренностью.

Аналогичным образом, концепция привода JDS может быть полезна при разработке медицинских устройств, таких как протез локтя / руки верхней конечности, как показано на рис.18. В полностью пластиковом или гибридном сочетании пластик-металл JDS мог бы обеспечить эффективный источник легкого срабатывания с батарейным питанием для таких устройств.

Чтобы оценить жизнеспособность этой технологии в космических приложениях, был проведен сравнительный анализ с летным приводом, предоставленным лабораторией реактивного движения НАСА. Стандартный полетный привод содержит двигатель в сборе, соединенный с многоступенчатой ​​планетарной зубчатой ​​передачей, через которую механическая энергия передается между ступенями через держатель рычага, как показано на рис.19.

Из-за такой конструкции передаточное число (на ступень) пропорционально радиусу рычага водила по радиусу шага солнечной шестерни. Это накладывает ограничения на радиус шага солнечной шестерни и приводит к подрезанию солнечной шестерни, когда передаточное отношение превышает 8: 1 на ступень. В результате этого ограничения эта компоновка требует наличия нескольких ступеней для достижения высоких соотношений, что приводит к длинным, громоздким и сложным сборкам с большим количеством деталей и большим весом.На рисунке 20 показано сравнение аппаратной архитектуры стандартного полетного актуатора и предлагаемой концепции конструкции.

Очевидно, что предлагаемая конструкция JDS может значительно сократить количество частей системы совместного привода обычного робота, что приведет к созданию более компактных и надежных космических систем. Уменьшение количества деталей тесно связано с повышением надежности и снижением риска отказа, что имеет первостепенное значение в космических полетах.Подробное сравнение показано в Таблице 4.

Сравнительный анализ JDS и гармонических приводов зависит от требований приложения, поскольку гармоники — это единственные передачи с сильно нелинейными жесткостью и трением. Чтобы проиллюстрировать некоторые из основных различий, одна конфигурация JDS сравнивается с гармонической передачей размером 25 с аналогичным выходным крутящим моментом, как показано в таблице 5.Очевидно, что трансмиссия Harmonic Drive превосходит конструкцию JDS во многих категориях, таких как количество деталей и объемная плотность крутящего момента, а также люфт. Тем не менее, гармонический привод демонстрирует гораздо большее рассеивание трения по сравнению с JDS из-за его механизма скользящей сетки и ограничивается передаточными числами ниже 1: 320 в основном из-за того, что его передаточное число определяется углом клина профиля его зуба. которое становится слишком узким выше этого отношения. С другой стороны, трансмиссия HD имеет нулевой люфт между валом двигателя и звеном робота, тогда как люфт в JDS в значительной степени определяется классом передач AGMA.Увеличение класса шестерни ужесточает допуски и уменьшает люфт, но не устраняет его.

В случае космического применения, в котором скорость и динамические эффекты менее значительны по сравнению со статическим крутящим моментом, поскольку космические роботы движутся с низкой скоростью, интегрированная концепция JDS может привести к созданию более компактной и более эффективной системы привода по сравнению с системой привода космического робота, которая использует передачу с гармоническим приводом. Это связано с тем, что высокое передаточное число трансмиссии JDS снижает требования к максимальному крутящему моменту двигателя, тем самым позволяя использовать двигатель меньшего размера, который занимает меньше места, потребляет меньше тока и выделяет меньше тепла по сравнению с двигателем. управление трансмиссией с гармонической передачей.Кроме того, поскольку конструкция JDS может поддерживать высокие передаточные числа, она не может двигаться задним ходом и не требует фиксирующего тормоза на валу двигателя при больших передаточных числах, как в случае большинства аппаратных средств космического привода. Кроме того, жесткость JDS, вероятно, будет выше, чем у гармонического привода из-за его жестких компонентов зубчатой ​​передачи, в отличие от гибкости гармонического привода. Увеличение жесткости JDS и плотности крутящего момента может быть достигнуто за счет добавления большего количества планет в сборку JDS. Это стало возможным благодаря его конструкции без носителя, которая ослабляет кинематические ограничения на механизм, чтобы принимать больше планет.