1Июн

Дифференциальный привод: Дифференциальный привод

Содержание

Дифференциальный привод

 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к приводам. Дифференциальный привод содержит по меньшей мере два приводных двигателя и по меньшей мере одну волновую дифференциальную передачу. Волновая передача содержит генератор волн, гибкое и подвижное жесткое колеса и выходное звено. Один из приводных двигателей взаимодействует с внутренним зубчатым венцом генератора волн при помощи паразитных шестерен. Подвижное жесткое зубчатое колесо связано с выходным звеном непосредственно. Другой приводной двигатель соединен с гибким колесом волновой передачи посредством зубчатой муфты. Технический результат — обеспечение широкого диапазона регулирования скорости выходного звена за счет суммирования или вычитания угловых скоростей вращения приводных двигателей, сокращение времени переходных процессов при пуске, торможении и реверсировании двигателей. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к приводам.

Известен дифференциальный привод, содержащий два двигателя, две дифференциальные передачи, связанные зубчатые передачами, и корпус. Дифференциальные передачи выполнены планетарными (Волков Д. П., Крайнев А. Ф. Трансмиссии строительных и дорожных машин. — М.: Машиностроение, 1974, с. 311, рис. 105 ж). Недостатками известного привода являются невысокие точностные характеристики и значительные габаритные размеры, обусловленные использованием обычных цилиндрических зубчатых передач. Известен также дифференциальный привод (Крайнев А. Ф. Словарь-справочник по механизмам, 1987, с. 55, рис. н), содержащий два параллельно расположенных двигателя, приводной вал одного из которых связан с генератором волн волновой передачи, взаимодействующим с гибким зубчатым колесом, жестко связанным с выходным звеном, а приводной вал другого находится в зацеплении с наружным зубчатым венцом жесткого колеса при помощи цилиндрической шестерни. Генератор волн выполнен в виде двух радиально разнесенных роликов. Недостатками известного устройства являются значительные габаритные размеры, сложность конструкции и невысокие динамические показатели работы, связанные с вращением значительных инерционных масс, находящихся на приводном валу одного из двигателей. Это устраняется тем, что дифференциальный привод содержит по меньшей мере два приводных двигателя, выходные валы которых имеют возможность сцепления с корпусом привода посредством электромагнитных тормозов, по меньшей мере одну волновую дифференциальную передачу, содержащую дисковый генератор волн, гибкое и жесткое зубчатые колеса, и выходное звено, выполненное в виде зубчатого венца с наружным зацеплением. При этом один из приводных двигателей взаимодействует с внутренним зубчатым венцом генератора волн при помощи паразитных шестерен, жесткое зубчатое колесо связано с выходным эвеном непосредственно, а другой приводной двигатель соединен с гибким колесом волновой передачи посредством зубчатой муфты. Новым отличительным существенным признаком в заявленном изобретении в сравнении с прототипом является то, что один из приводных двигателей взаимодействует с внутренним зубчатым венцом генератора волн при помощи паразитных шестерен, жесткое зубчатое колесо связано с выходным звеном непосредственно, а другой приводной двигатель соединен с гибким колесом волновой передачи посредством зубчатой муфты. Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором изображена кинематическая схема привода. Привод состоит из двух кинематически связанных приводных двигателей 1 и 2, выходные валы которых имеют возможность сцепления с корпусом 3 привода посредством электромагнитных тормозов 4 и 5. На выходном валу приводного двигателя 1 крепится шестерня 6, которая находится в зацеплении с паразитными шестернями 7, установленными на осях 8 подвижно. Паразитные шестерни 7 в свою очередь сцеплены с внутренним зубчатым венцом дискового генератора волн 9. На генераторе волн 9 расположено гибкое колесо 10 волновой дифференциальной передачи, а с ним кинематически связано жесткое зубчатое колесо 11, соединенное непосредственно с выходным звеном 12 привода. На выходном валу приводного двигателя 2 закреплена зубчатая муфта 13, находящаяся в зацеплении с гибким колесом 10. Выходные валы приводных двигателей 1 и 2 расположены в корпусе 3 привода соосно. Привод работает следующим образом. Для получения ускоренного вращения выходного звена 12 привода включается двигатель 2 и вместе с ним электромагнитный тормоз 5, который расцепляет зубчатую муфту 13 с корпусом 3. Вращение от приводного двигателя 2 передается через зубчатую муфту 13 гибкому колесу 10, которое обкатывается вокруг заторможенного дискового генератора волн 9 и приводит в движение жесткое зубчатое колесо 11. Таким образом крутящий момент с передаточным отношением дифференциальной волновой передачи передается от двигателя 2 выходному звену 12, связанному с жестким зубчатым колесом 11. В случае работы дифференциального привода в замедленном режиме необходимо отключение приводного двигателя 2 и электромагнитного тормоза 5 и включение приводного двигателя 1 с электромагнитным тормозом 4, который расцепляет шестерню 6 с корпусом 3 привода. Вращение от приводного двигателя 1 передается через паразитные шестерни 7, установленные подвижно на осях 8, внутреннему зубчатому венцу дискового генератора волн 9, который заставляет деформироваться гибкое зубчатое колесо 10. При этом зубчатая муфта остается неподвижной так, как она заторможена электромагнитным тормозом 5. Деформация гибкого колеса 10 преобразуется во вращение жесткого зубчатого 11 и связанного с ним выходного звена 12 с замедленной рабочей скоростью. Таким образом получаются два независимых движения, одно с ускоренным вращением, но с меньшим крутящим моментом на выходном звене, другое с замедленной скоростью, но с большим выходным крутящим моментом. Привод позволяет улучшить динамические показатели работы приводного двигателя 1, так как его вал связан с дисковым генератором волн 9 не напрямую, а через систему паразитных шестерен 7, установленных на неподвижных осях 8 в корпусе 3. Это позволяет сократить время переходных процессов при пуске, торможении и реверсировании двигателя 1. Предлагаемый дифференциальный привод позволяет обеспечить широкий диапазон регулирования скорости выходного звена за счет суммирования или вычитания угловых скоростей вращения приводных двигателей, простоту конструкции, имеет малые габаритные размеры и высокие динамические показатели работы (малое время переходных процессов при пуске, торможении и реверсировании двигателей).

Формула изобретения

Дифференциальный привод, содержащий по меньшей мере два приводных двигателя, по меньшей мере одну волновую дифференциальную передачу, содержащую генератор волн, гибкое и подвижное жесткое колеса и выходное звено, отличающийся тем, что один из приводных двигателей взаимодействует с внутренним зубчатым венцом генератора волн при помощи паразитных шестерен, подвижное жесткое зубчатое колесо связано с выходным звеном непосредственно, а другой приводной двигатель соединен с гибким колесом волновой передачи посредством зубчатой муфты.

РИСУНКИ

Рисунок 1

ПАКПАК » Дифференциальная передача

Друзья!

Мы продолжаем серию публикаций интересных статей из журнала FT:PEDIA, переведённых на русский язык. Сегодня мы познакомимся с дифференциальной передачей.

Журнал: FT:PEDIA 4/2014

Оригинальное название статьи: Das Differentialgetriebe

Автор: Thomas Püttmann

Перевод: Мария Гончарова

Дифференциальная передача

Дифференциальные приводы использовались и продолжают использоваться в различных сферах. Данная статья наглядно разъяснит на примере моделей fischertechnik, как они работают. Это позволит показать на практике, что означает понятие смены системы координат, очень важное для математики, естественных наук и техники.

История

В 1900 г. возле греческого острова Антикитера водолазы нашли остов судна, затонувшего приблизительно в 100 г. до н.э. С этого корабля на поверхность было поднято множество артефактов. Одной из таких находок стал неприметный обломок металла, чье научное и историко-техническое значение было признано общественностью лишь спустя многие десятилетия. Речь шла о частично сохранившемся, невероятно сложном механизме, состоявшем из по меньшей мере 27 зубчатых передач, который использовался для расчета движения Солнца и Луны, а также для предсказания затмений и лунных фаз.

Рис. 1: Дифференциальный привод в том виде, в котором английский историк Дерек де Солла Прайс воссоздал его (вплоть до количества зубцов) по части антикитерского механизма [1]. Современные модели уже не столь точно следуют данной форме.

Сохранившиеся фрагменты совершенно однозначно указывают на то, что в античной Греции эпициклические механизмы ― такие механизмы, в которых кроме обычной передачи движения от одного колеса к другому, некоторые колёса обкатываются вокруг основного колеса (см. рис.1) ― использовались не только в теоретическом моделировании орбит небесных тел, но и в механических передачах. Их существование доказывает, что уже в то время был известен дифференциальный привод с цилиндрической шестерней.

Очень вероятно, что дифференциальный привод использовался в качестве основного механизма в механическом компасе-колеснице Ма Цзюня (ок. 200-265 г.), но данное предположение основывается лишь на упоминании в письменном источнике. Действующих образцов из древнего Китая не сохранилось, прежде всего потому, что каждая новая правящая династия зачастую уничтожала все, что было создано во время правления предшествующей династии.

Рис. 2: Предполагаемая модель компаса-колесницы, воссозданная Джорджем Ланчестером, Лондонский научный музей (Фото: Andy Dingley CC BY 3.0)

 

Рис. 3: Модель Ланчестера из деталей fischertechnik

Первое достоверно известное применение дифференциального привода было зафиксировано в часах. В 18 веке истинное солнечное время, т.е. время, которое показывали солнечные часы, еще считалось достаточно значимым. Механические часы показывали среднее солнечное время. Чтобы вычислить по их данным истинное солнечное время, на часы зачастую наносились таблицы коррекции. Лондонский часовщик Джозеф Уильямсон в 1720 году впервые использовал дифференциальный привод для механической коррекции [2]. А другому ученому-часовщику впервые пришла в голову идея использовать дифференциальную передачу в автомобильных приводах. В 1748 известный своими механическими игрушками изобретатель Жак де Вокансон (1709-1782) продемонстрировал Людовику XV автомобиль с приводом на все колеса и дифференциальной передачей, приводимый в движение с помощью большого часового механизма. В 1827 году дифференциальная передача для парового самоходного грузовика была запатентована еще одним часовых дел мастером ― Онесифором Пекье (1792-1852). Об использовании дифференциальной передачи в автомобилях подробно рассказывается в видеофильме «Around the Corner», вышедшем в 1937 году. Дифференциальные передачи в автомобилях сначала использовались в качестве распределительного механизма, т.е. с их помощью приводился в движение только один из трех приводных блоков/валов; распределение крутящего момента на каждый вал происходило за счет движения по кривой.

Рис.4: Модель автомобильного привода Дирка Фокса из деталей fischertechnik

В конце 19-го первой половине 20 веков дифференциальные приводы широко применялись в механических аналоговых вычислительных машинах. Стоит посмотреть очень информативный, хотя и имеющий явную военную направленность, учебный фильм «Basic Mechanisms in Fire Control Computers» (Основные механизмы в системах управления огнем), снятый в 1953 году.

Примеры

Вначале рассмотрим несколько примеров. На рис.5 представлены самый первый дифференциальный привод от fischertechnik, еще из «серо-красного» периода, и современный дифференциальный привод. Они оба работают за счет маленьких конических шестерен, а сам механизм скрыт в корпусе. Поэтому они не годятся для того, чтобы наглядно продемонстрировать функционирование такого привода.

Рис.5: Дифференциальные приводы в наборах fischertechnik

Прекрасный образец дифференциального привода с очень удобным для демонстрации дифференциальным корпусом создал Дирк Фокс (см. рис.4 и 6). Здесь также использованы небольшие конические шестерни. Дифференциальный привод, изображенный на рис.7, я разработал специально для того, чтобы максимально наглядно объяснить принцип его работы. Он хорошо подходит для использования в компасе-колеснице или аналоговом компьютере, но менее пригоден для автомобилестроения.

Рис. 6: Дифференциальный привод с коническими шестернями, разработанный Дирком Фоксом

 

Рис. 7: Дифференциальный привод с зубчатыми передачами

На рис.8 и 9 представлены другие примеры дифференциального привода, на которых я хотел бы объяснить основные принципы, из которых следует исходить при разработке таких приводов для конкретных целей с использованием конструктора fischertechnik или же без него. Дальнейшие примеры конструкций вы можете найти в фотогалерее ft-сообщества.

Рис. 8: Дифференциальный привод с зубчатой цилиндрической передачей для использования в компасе-колеснице или аналоговом компьютере

 

Рис. 9: Дифференциальный привод с зубчатой цилиндрической передачей, пригодный к использованию также и в автомобилестроении

Эксперименты

Если вы хотите получить полное представление о том, как функционирует дифференциальный привод, вам нужно собрать функциональные модели, изображенные на рис.7 и 10. Вращательные движения верхней шестерни, водила и нижней шестерни связаны между собой, т.е. каждый из трех приводных блоков/валов не может приводиться в движение независимо от других. Можно выбрать два блока и повернуть в желаемое положение, третий повернется в установленную позицию сам. Такая взаимосвязь трех крутящих моментов вокруг общей оси характерна для планетарной коробки передач. Чтобы понять, как осуществляется это взаимодействие, мы рекомендуем вам промаркировать белым цветом зубец на верхней и нижней шестерне таким образом, чтобы оба промаркированных зубца и водило были расположены на одной линии с пазом на красной детали модели (рис.10).

Рис. 10: Маркировка шестерен

Эксперимент 1: Мы удерживаем водило неподвижно и начинаем вращать нижнюю шестерню. Вращательное движение посредством колеса водила передается на верхнюю шестерню. Она начинает поворачиваться на такое же расстояние, что и нижняя, но в противоположном направлении. При этом совершенно неважно, какой размер имеет колесо водила.

Рис. 11: Неподвижное водило

Эксперимент 2: Поместим модель снова в исходную позицию, теперь вместо водила будем удерживать в неподвижном положении нижнюю шестерню, а верхнюю при этом поворачивать. Колесо водила будет вращаться в том же направлении, но лишь на половину заданного угла. Это второе важное наблюдение. Этот факт объяснить не так просто, как наблюдение из первого эксперимента. К нему мы еще вернемся позже

Рис. 12: Зафиксированная нижняя шестерня

Характеристика дифференциальных приводов

При изготовлении дифференциальных приводов крайне важно придерживаться следующего принципа: планетарная коробка передач будет являться дифференциальным приводом в том случае, если при остановке одного любого ее элемента (приводного блока/вала) она проявляет себя как в рассмотренных выше экспериментах. Иначе говоря: мы выбираем один из элементов и останавливаем его. Тогда два других элемента будут совершать вращение на определенный угол. Если третий элемент поворачивается в том же направлении лишь на половину от траектории вращения первого, или же вдвое дальше при вращении в противоположном направлении, то  речь идет о дифференциальном приводе. Конечно же, имеет смысл выбрать тот элемент для остановки, на примере которого легче всего объяснить взаимосвязь между двумя другими элементами. Мы поясним этот принцип с помощью нескольких примеров.

В качестве первого примера рассмотрим антикитерский привод, изображенный на рис.1. Если мы будем удерживать неподвижно поворотный диск со звеньями Z41 [3] и начнем вращение вокруг металлической оси, то оба элемента Z10, а также красный Z15 с зажимной муфтой будут синхронно поворачиваться. Оба черных Z15 также начинают синхронно поворачиваться, но в противоположном направлении. Таким образом, этот привод является дифференциальным.

Во-вторых, рассмотрим привод с рис.8. Водило имеет неподвижное соединение с черной пластмассовой осью. Остановим его. Если мы теперь будем поворачивать правую металлическую ось, а вместе с ней и Z20 на определенный угол, что оба Z10 сместятся на вдвое большее расстояние, но в противоположном направлении, также как и внешние Z15, прочно соединенные с ними посредством валов. Оба внешние элемента Z15, свободно вращающиеся вокруг черной оси, двигаются таким образом в том же направлении, что и Z20, но проходят вдвое большее расстояние. Это означает, что данный привод также является дифференциальным.

Подобным же образом дело обстоит и в случае с зубчатой передачей на рис.9. При остановленном водиле оба элемента Z15 вращаются в том же направлении, что и Z20, но проходят лишь половину расстояния. То есть, и в этом случае речь идет о дифференциальном приводе. Отличие от предыдущего привода с зубчатой передачей состоит в том, что теперь пластмассовая и металлическая оси вращаются в противоположном направлении, если внешние элементы Z15 находятся в зафиксированном положении. Этот вариант, как мы видим, подходит для автомобилестроения: Приводящее усилие поступает на красный Z15, колеса достаточно большого размера могут быть прикреплены к обеим осям ― в случае необходимости оси можно удлинить.

Математическое описание

Давайте попробуем описать состояния, в которых может находиться дифференциальный привод, с помощью математического уравнения и, таким образом, поясним на простейшем практическом примере понятие смены системы координат. Первый шаг по направлению к математическому описанию состоит в точном обозначении связанных величин и однозначном определении способа их измерения. Если сэкономить время на данном этапе, в дальнейшем будут возникать неточности.

Рис. 13: Угол x

Связанными величинами являются угол вращения водила и углы вращения обеих шестерен. Задавая параметры угла необходимо обязательно указать, относительно чего ведется измерение и в каком направлении вращения. Мы будем измерять угол по отношению к прямой линии, которая проходит от центральной оси через паз красного блока 30, против часовой стрелки значение будет положительным, по часовой стрелке отрицательным, при этом мы смотрим на модель сверху. Эти три угла x, y и z представлены на рис.13 и 14.

Рис. 14: Углы y и z

В нашем первом эксперименте мы останавливали водило. Данное действие мы опишем уравнением z=0. Мы выявили и объяснили, что в этом случае вращением верхней солнечной шестерни вызвано вращение на такое же расстояние в противоположном направлении. Более точно с математической точки зрения это можно выразить уравнением y = -x или эквивалентно:

x + y = 0

Этим уравнением можно описать все состояния привода при остановленном водиле.

Во втором эксперименте мы наблюдали, как при зафиксированной нижней шестерне, т.е. y = 0, водило проходит вдвое меньший путь, чем верхняя солнечная шестерня. Уравнение

x = 2z

описывает, таким образом, все состояния привода при остановленной нижней шестерне. Этому уравнению нет прямого объяснения. Но еще менее понятным представляется нам до сих пор общий случай (рис.15).

Рис. 15: Общее состояние дифференциального привода

Смена наблюдателя

Представим, что существует некий наблюдатель, который вращается вместе с водилом и измеряет угол относительно положения водила, а не относительно прямой линии, проходящей от центральной оси через паз красного блока 30. Этот наблюдатель измеряет три угла z’=0, x’ и y’. Поскольку с его точки зрения колесо водила также связывает движение обеих шестерен между собой, то  x’ = — y’ или эквивалентно этому

x’ + y’ = 0.

Теперь основным вопросом будет, как соотносятся друг с другом измеренные нами углы x, y и z и измеренные движущимся вместе с водилом наблюдателем углы x’, y’ и z’. Для того, чтобы это увидеть, повернем обе шестерни и водило вместе на угол -z против часовой стрелки, т.е. на угол z по часовой стрелке. Водило, таким образом, вновь оказывается в исходном положении. Измерим теперь углы x’ и y’, которые до этого были измерены движущимся наблюдателем. Получаем, что x’ = x-z, а y’= y-z. Включение этих двух формул в уравнение x’ + y’ = 0 дает нам [4]:

x + y -2z = 0

Это основное уравнение дифференциальной передачи. Оно описывает все её возможные состояния. Оно наглядно демонстрирует, что вращательное движение водила вычисляется посредством усреднения  вращательных движений обеих шестерен. Справедливость данного уравнения можно проверить по рис.13, 14 и 15.

С помощью данного уравнения мы можем еще раз вернуться к нашему второму эксперименту. Там мы останавливали нижнюю шестерню, что описано с помощью уравнения  y = 0. Далее мы описывали все возможные состояния привода с помощью уравнения x = 2z. Таким образом мы математически обосновали наше наблюдение.

Планетарный привод

Приведенные выше размышления можно обобщить с помощью универсального планетарного привода. Проиллюстрируем это на примере стандартного планетарного привода с колесом с внутренними зубцами (рис.16).

Рис. 16: Планетарный привод

Здесь мы также имеем три угла: угол x солнечной шестерни, угол y колеса с внутренними зубцами и угол z водила, все три угла измеряются относительно одной общей полуоси, на которой они могут быть расположены. В данном случае также проще всего можно понять принцип работы привода, остановив водило. Состояния привода в таком случае можно описать с помощью уравнения

x = -3y,

т.к.соотношение зубцов 10:30, и происходит смена направления вращения. Наблюдатель, вращающийся вместе с водилом, измеряет значение углов x’ и y’, соответствующих уравнению x’ = -3 y’.

Взаимосвязь между нашими углами и углами, полученными движущимся наблюдателем можно представить с помощью уравнений x’ = x-z и y’= y-z, как и в приведенном выше примере. Методом подстановки получаем следующее уравнение:

x + 3y — 4z = 0

Оно описывает все возможные состояния привода.

Для каждого планетарного привода аналогично можно вывести уравнение в форме

n₁ · x + n₂ · y +n₃ · z = 0

Это уравнение называется уравнением Уиллиса. Поскольку все три приводных блока можно постоянно вращать синхронно, то все значения x, y и z при условии x = y = z будут являться решением к данному уравнению. Из этого следует, что n₁ + n₂ +n₃ = 0.

Анонс

В следующем номере мы планируем уделить более пристальное внимание теме компасов-колесниц. При этом мы планируем использовать представленные в данной статье приводы и основные идеи. В дальнейшем мы планируем рассказать об использовании дифференциальных приводов в механических аналоговых вычислительных машинах. Наши сегодняшние размышления наводят на мысль, что линейные системы уравнений можно решать при помощи приводов и подсказывают, как это делается. В действительности, эта идея уже не раз приходила в головы и даже печаталась в различных источниках, однако она так и не нашла убедительного воплощения. Для установки коэффициентов необходимы точные настраиваемые вариативные передачи. До сих пор подходящей концепции для этого нет. Однако для сложения и вычитания отдельных величин в сложных механизмах дифференциальные приводы использовались довольно широко.

О построении моделей

К сожалению, не все зубчатые колеса Z15 (артикул 35695) могут бесперебойно работать на осях. Нужно искать наиболее удачные комбинации из собственного запаса деталей, чтобы получить хорошо работающий привод. В приводах, представленных на рис.1, 8 и 9, использованы зубчатые колеса Z15 (артикул 37685), которые в сегодняшних наборах fischertechnik больше не встречаются. Но их можно без проблем заменить на свободно вращающийся Z15, в который можно воткнуть свернутый трубочкой кусок бумаги, а затем ось. Кусок бумаги в идеале должен иметь длину, достаточную для охвата 4-миллиметовой оси, чтобы ось была расположена точно по центру.

В конце статьи приводим список деталей для конструирования дифференциального привода, представленного на рис.7:

Кол-во Артикул Наименование
2 31022 Зубчатое колесо Z40
2 31058 Гайка ступицы цанговой
2 68535 Ступица свободного хода чёрная
2 130593 Ось с концевиком
1 32064 Блок 15 с отверстием
1 31032 Металлическая ось 60
6 37679 Стопорное кольцо
2 35695 Зубчатое колесо Z15

 

Источники

[1] Derek de Solla Price: Gears from the Greeks. Transactions of the American Philosophical Society, Vol. 64, Part 7, 1974.

[2] Henry C. King: Geared to the Stars. The Evolution of Planetariums, Orreries, and Astronomical Clocks. University of Torronto Press, Torronto, Buffalo, 1978.

[3] fischertechnik: Hobby 2, Motor und Getriebe. Fischer-Werke, Tumlingen, 2/1975.

[4] Thomas Püttmann: Zahnräder und Übersetzungen (Teil 2). ft:pedia 3/2011, S. 25-28.

дифференциальный привод — патент РФ 2064105

Использование: машиностроение. Сущность изобретения: дифференциальный привод содержит корпус, два двигателя, две дифференциальные передачи, выполненные волновыми и соединенными между собой зубчатыми передачами. Жесткое колесо одной передачи связано с корпусом, а другой — с выходным валом. 1 ил. Рисунок 1

Формула изобретения

Дифференциальный привод, содержащий, по меньшей мере, два двигателя, по меньшей мере две дифференциальные передачи, связанные посредством зубчатых передач, и корпус, отличающийся тем, что дифференциальные передачи выполнены волновыми, в которых жесткое колесо одной из передач связано с корпусом, а другой с выходным валом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в качестве привода авиационных систем. Известны дифференциальный привод, содержащий корпус, два центральных колеса, два вала для взаимодействия с последним, водило и двухвенцовые сателлиты, установленные на осях в водиле для взаимодействия с центральными колесами. (1)
Недостатком известного привода является невозможность суммирования и разделения движений от двух приводов. Известен дифференциальный привод, содержащий два двигателя, две дифференциальные передачи, связанные зубчатыми передачами, и корпус. Дифференциальные передачи выполнены планетарными. (2). Недостатком известного привода является невысокие точностные характеристики и значительные габаритные размеры, обусловленные использованием обычных цилиндрических зубчатых передач. В изобретении дифференциальный привод содержит по крайней мере два двигателя, кинематически связанных посредством зубатых передач и корпус, причем выходные валы двигателей связаны с гибкими колесами волновых дифференциальных передач, при этом выходной вал привода связан с жестким колесом одной из передач, а одно из жестких колес другой передачи жестко связано с корпусом привода, и все передачи кинематически последовательно связаны между собой, например посредством зубчатых передач. Существо изобретения поясняется чертежом, на котором изображена кинематическая схема привода. Привод состоит из двух кинематически связанных волновых дифференциальных передач и двух двигателей. Первая волновая дифференциальная передача содержит гибкое колесо 1, генератор волн 2, неподвижное зубчатое колесо 3 и подвижное зубчатое колесо 4. Вторая волновая дифференциальная передача содержит гибкое колесо 5, генератор волн 6, подвижное зубчатое колесо 7 и подвижное зубчатое колесо 8, связанное с выходным валом 9 привода. Обе передачи кинематически последовательно связаны между собой посредством зубчатых колес 4 и 7 и расположены в корпусе 10. Привод работает следующим образом. При выключении двигателя 11 и включенном двигателе 12, зубчатое колесо 7 неподвижно, гибкое колесо 5 взаимодействует с венцами зубчатых колес 7и 8, тем самым крутящий момент передается на выходной вал, связанный с зубчатым колесом 8. При включенных двигателях 11 и 12, вращение от зубчатого колеса 4 передается на зубчатое колесо 7, тем самым суммируется или вычитается вращение выходных звеньев двух дифференциальных передач, что обеспечивает возможность получения разных углов скоростей на выходном валу привода при постоянном моменте. За счет того, что в приводе используются волновые дифференциальные передачи, отличающиеся малыми габаритами, высокими точностными характеристиками и малой инерционностью, обеспечиваются такие показатели привода, как малые габаритные размеры, высокие точностные характеристики и динамические параметры.

Значение, Определение, Предложения . Что такое дифференциальный привод

Другие результаты
Но что интересно в ней, почему все ждут ее очень охотно, у неё дифференциал повышенного трения и задний привод.
Новые функции включали ABS и полный привод на четыре колеса с электрически блокирующимися дифференциалами.
Рыскание регулируется точной регулировкой дифференциала в трансмиссии привода ротора.
SS4-II позволяет водителю зафиксировать центральный дифференциал для максимального крутящего момента привода на плохих поверхностях.
В дифференциальном анализаторе выход одного интегратора приводил к входу следующего интегратора, или выходу графического представления.
Однако установка дифференциальной тяги приводила к тому, что мощность двигателя с левой стороны была немного выше, чем с правой.
Каждый двигатель имел свою собственную первичную коробку передач, обе из которых приводились в один дифференциал.
В отличие от подшипников с жидкостной смазкой, газовая смазка должна рассматриваться как сжимаемая, что приводит к решению нелинейного дифференциального уравнения.
При критической толщине эта деформация индуцирует изменение знака химического потенциала, то есть отрицательный дифференциал μ, что приводит к переключению в режим роста.
При использовании таким образом дифференциал соединяет продольный входной карданный вал с шестерней, которая, в свою очередь, приводит в движение поперечную кольцевую шестерню дифференциала.
Дифференциальная скорость заряженных частиц приводит к возникновению тока, в то время как массовая зависимость скорости дрейфа может привести к химическому разделению.
Это приводит к линейному дифференциальному уравнению.
В этом более позднем случае интегрирование приведенного выше дифференциального уравнения приводит к постоянному члену для тока, который представляет собой фиксированное смещение постоянного тока, протекающее через индуктор.
Анализ переходных процессов KVL и KCL в цепях, содержащих элементы накопления энергии, приводит к дифференциалу.
Анализ переходных процессов L и для исследования цепей, содержащих элементы накопления энергии, приводит к дифференциальным результатам.
С небольшим количеством алгебры и отбрасыванием членов порядка dt2 это приводит к дифференциальному уравнению.
На заднеприводных автомобилях дифференциал может соединяться с полуосями внутри корпуса моста или с приводными валами, которые соединяются с задними ведущими колесами.
Этот тип передачи наиболее распространен в приводных поездах автомобилей, в сочетании с дифференциалом.
Модели с двойным приводом двойные двигатели также имеют открытый дифференциал на передних осях.
Дифференциальные усилители чувств работают, приводя свои выходы к противоположным крайностям, основанным на относительных напряжениях на парах битовых линий.
Дифференциальные уравнения в частных производных решаются сначала дискретизацией уравнения, приводя его в конечномерное подпространство.
Учитывая, что дифференциальные уравнения не всегда приводят к однозначным решениям, этот метод не может гарантировать получение однозначного решения.
Многие задачи естественным образом приводят к соотношениям между величиной и скоростью ее изменения, и они изучаются как дифференциальные уравнения.

дифференциальный привод — английский перевод

Дифференциальный диагноз.

Differential diagnosis.

Дифференциальный анализ?

Differential diagnosis?

Дифференциальный диагноз.

We were friends.

Дифференциальный диагноз, народ.

Differential diagnosis, people. Parasite.

Дифференциальный диагноз, народ.

Differential diagnosis, people.

Дифференциальный диагноз, народ.

So, differential diagnosis, people.

2. Дифференциальный анализ показателей

2. Differential analysis of indicators

Итак, народ, дифференциальный диагноз.

So, people, differential diagnosis. What’s wrong with her?

Дифференциальный диагноз для кончить .

Differential diagnosis for getting off.

Дифференциальный диагноз для эякуляции.

Differential diagnosis for ejaculation.

привод .

(nominal speed given by the manufacturer

Привод

Method of drive

привод .

Type .

Привод

Alternator

Привод .

Type .

привод .

Type .

привод

Alternator Make .

Привод

Device

Привод подразделяется на две независимые функциональные части привод управления и энергетический привод.

The transmission is divided into two independent functions

Привод подразделяется на две независимые функциональные части привод управления и энергетический привод.

The transmission is divided into two independent functions the control transmission and the energy transmission.

Привод подразделяется на две независимые функциональные части привод управления и энергетический привод.

The transmission is divided into two independent functions The control transmission and the energy transmission.

привод подразделяется на две независимые функциональные части привод управления и энергетический привод.

The transmission is divided into two independent functions the control transmission and the energy transmission.

Хочу послушать ваш дифференциальный диагноз.

I’d like to hear the differential.

Тип Привод .

Power kW at rpm Fuel Hydraulic motor

5.3 Привод

Transmission

2.1 Привод

Transmission

Ручной привод

Manual drive

СИЛОВОЙ ПРИВОД

E ECE 324 Rev.2 Add.113

5.3 Привод

5.3. Transmission

2.1 Привод

2.1.

Привод DVD

DVD device

Оптический привод

Cdrom Drive

Оптический привод

Optical Drive

Привод открыт

Ejected

Экстренный привод.

Engage emergency power.

Проверяю привод.

I’m checking the quad.

Силовой привод!

Power drive!

Гусеничный привод.

A caterpillar drive.

Каков дифференциальный диагноз на подергивание кисти?

What’s the differential for a twitch in the wrist?

Нормальный общий и дифференциальный анализ крови.

Leukemia? Normal CBC, and differential?

Не оченьто интересный дифференциальный диагноз, но…

Not a very interesting differential, but

Дифференциальный диагноз. Это должен быть рак.

Differential diagnosis.

Для достижения указанной выше эффективности может использоваться привод двигателя ручной привод или автоматический привод (положение стоянки).

The engine manual transmission or the automatic transmission (park position) may be used to achieve the above performance

2.2.6 Тормозной привод

Brake actuator

аварийный привод руля

The rudder position indicator.

Дифференциальный привод. Виды самоблокирующихся дифференциалов. Применение дифференциалов в зависимости от их видов

Начнем с того, что означает сам этот автомобильный технический термин на доступном для обычного человека языке. Автомобильный дифференциал — это то, из чего состоит трансмиссия и то, что дает возможность колесам крутится асинхронно, то есть каждые колеса не зависят друг от друга и вращаются отдельно.

Научным языком, (от лат. differentia — разность, различие) дифференциал автомобиля — это устройство, которое разделяет входящую энергию (момент), поступаемую на входной вал между выходными валами. Простое и понятное объяснение расширяет горизонты. Интересуются работой механизмов машин еще и девушки .

Причина использования в конструкциях автомобилей

Во время поворота машины, ведущие приводные колеса вращаются с одинаковой частотой вращения и так, как одно колеса авто совершает поворот по длинной дуге, а другое по короткой, происходит пробуксовка, что плохо сказывается и сопровождается износом шин и доставляет дискомфорт водителю из-за уменьшения качества динамики автомобиля.

Назначение дифференциала

  1. дает возможность приводным (ведущим) колесам вращаться с разными угловыми скоростями
  2. служит отдельной доп.передачей в паре с главной передачей. Главная передача — это зубчатый механизм трансмиссии автомобиля, который передает крутящий момент ведущим колесам.
  3. непрерывно передает крутящий момент, исходящий от двигателя к ведущим колесам.

У переднеприводных авто главная передача и differencial расположены непосредственно в коробке переключения передач.

Если на транспортном средстве установлены более одного двигателя, на каждое колесо один двигатель, то дифференциал не требуется. Но так обычно не делают. Устанавливают 4 двигателя, по одному на каждое колесо, только на самосвалы Белаз. Двигатели эти электрические.

В устройстве гоночных картингов также дифференциал не устанавливают, так как конструкция рамы гибкая, что позволяет слегка приподнимать ведущее заднее колесо с внутренней стороны поворота не приподнимая передние колеса.

на рисунке а) — колеса вращаются с одинаковой частотой, на рисунке б) — движение колес на повороте
1 — ось сателлитов, 2 – ведомая шестерня, 3 — полуосевые шестерни, 4 — сателлит,
5 — ведущая шестерня, 6 — полуоси.

На гоночных автомобилях ралли differencial обычно заваривают сваркой, жестко блокируют и намертво связывают колеса на ведущей оси. Это применяется потому, что такие машины при езде, все повороты проходят с заносом.

Как работает дифференциал

Принцип действия. Главная передача посредством шестерни передает крутящую энергию на корпус и сателлиты, которые сцеплены с шестернями полуосей.

Когда скорость вращения колес одинакова, сателлиты сидят неподвижно (см. рисунки ниже).

При изменении угловых скоростей колес, например, при повороте или пробуксовке из-за неровностей дорог и так далее, происходит вращение сателлитов. Сателлиты служат для компенсации разницы частот вращения колес.

Рассмотрим на примере — автомобиль буксует на льду. Здесь одно колесо буксует, потому что нет сцепления со льдом, а значит и нет крутящего момента. А так как свободное блокирующее устройство распределяет тягу поровну на колеса, то раз нет крутящей силы на одном колесе, значит оно исчезает и на втором.

Выход из такой ситуации — создать противодействующую силу на противоположном колесе. А это делает блокировка. Необходимо заблокировать буксующее противоположное колесо и тогда появится противодействующая сила для противоположного колеса.

Как работает дифференциал на полноприводном автомобиле

На джипах, седанах, хэтбчеках и универсалах 4х4, если установлен свободный симметричный дифференциал, происходит следующая ситуация. Во время движения без пробуксовок на каждое колесо распределяется по 25% энергии кр.момента поровну.

Но если одно колесо буксует, например на льду, крутящая энергия снижается до нуля, так как колесо не может сцепиться с гладкой поверхностью льда. В такой ситуации, если одно колесо осталось без вращения, то и на противоположном соседнем колесе исчезает энергия вращения, потому что в данном примере установлен симметричный межосевой.

Получается одна ось осталась без вращения, поэтому и пропадает крутящий момент и на второй оси, так как differencial межосевой симметричный. Результат — на всех 4 ведущих колесах нет вращения.

В современном автомобилестроении существует множество технических решений реализации дифференциала. В зависимости от привода автомобиля используют различные типы узлов: для заднеприводных, переднеприводных и дифференциальные устройства для внедорожников. Кроме того этот узел трансмиссии классифицируют по внутреннему устройству (конический, цилиндрический, червячный) и способу блокировки.

Предназначение дифференциала в автомобиле

Основная задача дифференциала — обеспечивать колёсам разную скорость вращения. Такой способ вращательного движения необходим для правильного вхождения машины в повороты, при пробуксовке колес и в другие моменты. Когда машина поворачивает, то разные колёса описывают разные траектории. Если ведущие колеса будут двигаться с одинаковой скоростью, то выполнить поворот на такой машине будет очень сложно. Распределение моментов между приводимыми в движение колёсами происходит при помощи дифференциала.

Во время пробуксовки одного из колёс, обычный планетарный механизм начнёт работать в сторону увеличения крутящего момента. Колесо начинает буксовать ещё сильнее. Колесо, находящееся на твёрдой поверхности, перестанет крутиться. Для решения таких проблем дифференциальные устройства обеспечиваются блокировочными механизмами различных типов: ручными или автоматическими. Блокировка дифференциала значительно повышает проходимость полноприводного автомобиля. Пока хотя бы одно колесо цепляет дорогу, машина двигается.

Классификация дифференциалов

Различают два основных вида дифференциальных механизмов: межколёсный и межосевой. Межколёсный предназначается для различных автомобилей с приводом на два колеса. Межосевой делит крутящий момент на все четыре. В зависимости от модели дифференциала, используются различные конструктивные решения механизма. В переднеприводных машинах этот узел обычно помещают в картере коробки передач. У заднепрводных раздаточные шестерни размещают в корпусе заднего моста.

Полноприводные внедорожники используют для размещения дифференциального механизма чаще всего отдельную раздаточную коробку («Land Cruiser», «Нива»). Некоторые производители используют конструкцию с двумя раздельными дифференциалами (Jeep «Cherokee», UAZ «Hunter»), размещёнными в переднем и заднем мостах.

Устройство и схема работы дифференциала на примере свободного дифференциала

Самым простым устройством на базе планетарного редуктора является свободный дифференциал. Рассмотрим вкратце принцип его действия. Вращение от двигателя передаётся на механизм шестернёй главной передачи. Зубья жёстко передают движение на ведомую шестерню большого размера, находящуюся в корпусе дифференциала.

На ведомой шестерёнке закреплены два конических сателлита с двумя степенями свободы: они вращаются вместе с ведомой шестернёй, и одновременно могут вращаться вдоль своей оси. Когда автомобиль едет прямо, сателлит бежит по большому кругу и передаёт одинаковое вращательное движение на обе полуоси. Как только машина поворачивает, сателлиты совершают вращательные движения вокруг своей оси, и скорость вращения полуосей изменяется. В результате одно из колёс движется медленнее, а другое, описывающее больший поворотный радиус, быстрее.

Зачем необходима блокировка дифференциала?

У свободного дифференциала есть один большой недостаток. В момент пробуксовки одного из колёс, сателлит начинает прокручиваться и передавать весь импульс движения на него. Буксующее колесо крутится с большой скоростью, в то время как стоящее на твёрдой почве второе колесо, бездействует. Особенно опасно, когда такие процессы происходят на большой скорости.

Если на дороге попадается участок с неравномерной обледенелой поверхностью, то машина со свободным дифференциалом может уйти в неуправляемый занос. Для решения этой проблемы используется блокировка дифференциала.

Типы дифференциалов по способу блокировки

Естественным решением предотвращения пробуксовки является временная приостановка одного из компонентов механизма. Существует несколько решений этой задачи: можно временно блокировать одно из колёс, полуось, сам дифференциальный узел или даже двигатель. По способу реализации разделяют блокировки следующих типов: ручная, самоблокирующаяся, электронная.

Дифференциалы с ручной блокировкой

Самым простым вариантом блокирования дифференциального механизма является его ручное отключение. Обычно такая функция реализуется с помощью специального рычага или кнопки в салоне внедорожника. Движением рычага блокируется возможность вращения сателлитов вдоль своей оси, и планетарка становится обычной муфтой. Выполнять подобную операцию следует только во время полной остановки автомобиля с выжатым сцеплением.

Использовать блокировку следует при движении на малых скоростях по сложнопроходимым дорогам. При отключенном дифференциале, автомобиль становится трудноуправляемым и стремится ехать по прямой.

Поэтому ручное управление механизмом раздачи мощности по колёсам требует определённых навыков водительского мастерства. Ручной блокировкой дифференциала оборудуются внедорожники с жёсткой рамой: «Land Cruiser», «Hilux», «Нива» и другие.

Для увеличения проходимости автомобиля и упрощения управлением в трудных условиях были созданы несколько моделей самоблокирующихся дифференциалов. Принцип работы этих узлов основан на возникновении блокировки работы узла при определённых обстоятельствах.

Дифференциалы Speed sensitive

Рассмотрим подробнее дифференциалы Speed sensitive, которые срабатывают, если полуоси начинают вращаться на различных угловых скоростях.

Примером автомобиля, где установлен такой тип дифференциала, может служить Toyota «Rav4» с вискомуфтой. Одна часть этого узла закреплена на чашке дифференциала, другая часть на полуоси. В режиме обычного движения или небольшом расхождении в повороте, рабочие поверхности муфты двигаются независимо и не мешают вращению полуосей. Вращение одной из осей, с заметно большей скоростью, приводит к тому, что вискомуфта срабатывает и начинает тормозить движение.

При падении скорости, сила трения уменьшается, и части узла вновь становятся независимыми. Такой дифференциал вполне подходит для автовладельцев, которые не стремятся покорить все вершины бездорожья. В городском режиме и на грунтовых дорогах машины с такими дифференциалами прекрасно себя зарекомендовали. Но у вискомуфты есть проблемные места — в сложной ситуации она не тянет нагрузками, начинает греться, запаздывает со включением и может прийти в нерабочее состояние.

На спецтехнике устанавливают другой тип самоблокирующихся дифференциальных механизмов — кулачковые пары. Примером реализации служит «ГАЗ-66». Данная конструкция узла позволяет в разы повысить проходимость машины, но чревата опасными ситуациями, когда дифференциал самопроизвольно заклинивает. Схема действия проста, как всё гениальное. Вместо планетарки в механизме применяются зубчатые пары. Они свободно поворачиваются при малейших расхождениях в скоростях колёс, а при значительном расхождении заклинивают.

Интересный вариант конструкторского решения самоблокирующегося дифференциала реализован в Kia «Sportage». Основанный на похожих методах, что и вискомуфта, этот тип использует пластины для торможения нежелательных вращений. Принципиальным отличием или существенным усовершенствованием является использование гидравлической системы для сближения фрикционных пластин.

При возникновении большой разницы в скоростях полуосей срабатывает насос, который нагнетает давление масла в системе фрикционов и заставляет пластины сближаться. Таким образом, скорость вращения пробуксовывающего колеса начинает снижаться, и происходит перераспределение крутящего момента.

Дифференциалы Torque sensitive

Более современным и эффективным можно назвать дифферинциалы Torque sensitive, приходящие в рабочее состояние при снижении скорости вращения на одной из полуосей. Такой узел осуществляет контроль за показателями скоростей вращения и снижает их в автоматическом режиме.

Конструктивно такие дифференциальные устройства представляют собой обычный свободный дифференциал с комплектом подпружиненных фрикционных гасителей скорости, размещённых между полуосями и чашкой дифференциала. Принцип действия основан на свойствах гипоидных передач, которые могут самопроизвольно разблокироваться. Различают три основных конструктивных реализации этого типа дифференциалов.

Первый тип использовался на внедорожнике Toyota «Celica GT-4» и назывался Т-1. Каждая полуось в этом узле имеет свои сателлиты, связанные между собой. Таким образом, как только возникает разница в крутящих моментах сателлитов, червяк синхронизирует их, и колёса будут крутиться с одной и той же скоростью. Диапазон их разницы определяется углом наклона зубчиков межсателлитового вала.

Такой механизм приводит к тому, что колёса либо движутся с одной скоростью (при езде по прямой), либо благодаря синхронизированным сателлитам делают обороты с различными скоростями (при повороте). Никаких пробуксовок не возникает. Модель узла трансмиссии с такими характеристиками стала популярна не только среди внедорожников, её установили на спортивную машину Mazda «RX-7» (1991 г.).

В продолжение серии была выпущена модель T-2, более чувствительная к разнице в скоростях. Как и аналогичный механизм Rod Quaife, эта конструкция отличается наличием более сложной передачи между сателлитами вместо червяка. Эта модель приобрела ещё большую популярность и применима для большого количества машин: BMW «Z3», Audi «A4», «A6», «A8», родстеры Honda «S2000», Volkswagen «Passat» (B6), Mazda «MX-5», внедорожники «Range Rover», Hummer.

Третья разновидность дифференциалов модели Torque sensitive называется Т-3 и используется чаще всего в качестве межосевых узлов. Это более совершенная конструкция позволяет автоматически распределять нагрузку между задней и передней осями в определенном промежутке. Обычно это происходит в диапазоне 65 на 35. Если на пути Lexus «GX 470», оснащенного таким дифференциалом, выступает препятствие, то сила тяги у него будет подаваться на те колёса, которые ещё могут зацепить дорожное покрытие.

Дифференциалы с электронным управлением

Механический способ блокировки дифференциала не стоит рассматривать, как единственную разработку, направленную на улучшение проходимости и повышение контроля за автомобилем. Примером может служить система управления трансмиссией с помощью электроники — Traction Control (TRAC) — схема контролирования за тягой и сцеплением колёс. В основе TRAC лежит простой принцип: отслеживание и коррекция частоты оборотов колёс при помощи специальных датчиков.

Как только колесо начинает буксовать, в это время включается тормоз и крутящий момент уходит на другую полуось. На первый взгляд машина будет вести себя, как будто у неё блокировали дифференциал. На самом деле эта система даже эффективнее механической блокировки, проще в исполнении и надежнее. Кроме того, TRAC не создает помех в работе механизмов любых дифференциалов, а является их удачным дополнением. Именно поэтому современные внедорожники, такие как «Hilux», Lexus, «Prado» оборудованы электронным управлением Traction Control.

Наиболее популярным и современным решением в области конструирования дифференциального узла стало изобретение активного дифференциала. Идея этого механизма в том, чтобы не тормозить полуоси и колёса, а напротив, разгонять их до большей скорости. С помощью электроники и фрикционных сцеплений колесо, бегущее по внешнему кругу, получает в разы больший момент, чем внутреннее.

Благодаря этому техническому решению прохождение крутых поворотов отличается легкостью и устойчивостью. Это обстоятельство сразу же взяли на вооружение производители спортивных автомобилей. Но до выхода в широкое производство этому типу дифференциалов ещё далеко.

Заключение

Дифференциал за годы своего существования прошёл большой путь эволюционного развития и это не удивительно. Конструкторы автомобилей сделали всё возможное, чтобы этот узел стал надёжным и обеспечивал комфортное и беспрепятственное движение автомобиля. Если задаваться вопросом, с каким дифференциалом выбрать машину, то это наиболее улучшенная модель из разряда Torque sensitive, с дополнением в виде электронного управления Traction Control.

В случае с автомобилем, дифференциал отвечает за распределение момента между ведущими колесами, а также позволяет колесам вращаться с разной угловой скоростью при определенных условиях.

Читайте в этой статье

Где находится дифференциал в устройстве трансмиссии автомобиля, виды дифференциалов

Как известно, автомобили бывают переднеприводными, заднеприводными, а также полноприводными. Что касается места расположения дифференциала:

  • если привод реализован на передние колеса, дифференциал находится в самой ;
  • на заднеприводном авто дифференциал устанавливается в картере заднего моста;
  • в автомобилях с полным приводом для привода ведущих колес дифференциал стоит в картере переднего и заднего моста, а для привода ведущих мостов механизм устанавливается в раздаточной коробке (раздатке).

Также дифференциалы бывают межколсесными и межосевыми. Если дифференциал использован для привода ведущих колес, это межколесный дифференциал. Межосевой дифференциал располагается между ведущими мостами применительно к автомобилям с полным приводом.

Что касается устройства и особенностей конструкции, в основу дифференциала положен планетарный редуктор. С учетом типа зубчатой передач, которая применена в редукторе, дифференциал (редуктор) может быть: коническим, цилиндрическим, червячным. Теперь давайте рассмотрим устройство и принцип работы дифференциала более подробно.

Устройство дифференциала и принцип работы

Начнем с первого типа. Конический дифференциал зачастую выполнят функцию межколесного дифференциала. Цилиндрический дифференциал обычно встречается на полном приводе и ставится между осями. Червячный дифференциал универсален, что позволяет ставить механизм как между колесами, так и использовать в качестве межосевого.

При этом наиболее распространенным является конический дифференциал, а базовые элементы его конструкции активно используются и в устройстве других типов дифференциалов. По этой причине рассмотрим устройство и принцип работы конического дифференциала в качестве примера.

  • Итак, конический дифференциал, как уже было сказано выше, фактически является планетарным редуктором. В конструкцию включены полуосевые шестерни и сателлиты, которые находятся в корпусе (чашке дифференциала).

На корпус от главной передачи передается крутящий момент, затем через сателлиты происходит его передача на полуосевые шестерни. Также на корпусе крепится ведомая шестерня главной передачи (крепление жесткое). В корпусе установлены оси, на осях вращаются сателлиты.

Сами сателлиты, которые реализуют функцию планетарной шестерни, позволяют соединить корпус и полуосевые шестерни. С учетом того, какую величину крутящего момента нужно передать, в конструкцию дифференциала могут интегрировать 2 или 4 четыре сателлита.

Солнечные (полуосевые шестерни) осуществляют передачу крутящего момента на ведущие колеса автомобиля. Передача происходит через полуоси, соединение полуосевых шестерен и полуосей выполнено через шлицы.

Полуосевые шестерни бывают левыми и правыми, с одинаковым или разным количеством зубьев. Если число зубьев одинаковое, тогда это симметричный дифференциал, разное количество зубьев на левой и правой шестерне используется в устройстве несимметричных дифференциалов.

В первом случае симметричный дифференциал позволяет распределять крутящий момент по осям в равной степени, причем независимо от величины угловых скоростей ведущих колес.

Такой дифференциал используют для установки между колесами (симметричный межколесный дифференциал). Несимметричный дифференциал способен разделять крутящий момент в том или ином соотношении. Данная особенность позволяет использовать его между ведущими осями.

Теперь перейдем к принципам работы дифференциала. Прежде всего, симметричный дифференциал работает в трех основных режимах. Первый режим – движение по прямой, второй — движение в повороте, третий — езда по дорогое с плохим сцеплением (грязь, лед и т.д.).

Когда автомобиль движется прямо, колеса испытывают равнозначное сопротивление. Происходит передача крутящего момента от главной передачи на корпус дифференциала. Вместе с корпусом перемещаются сателлиты, которые, в свою очередь, осуществляют передачу момента на ведущие колеса.

С учетом того, что вращения сателлитов на осях не происходит, движение полуосевых шестерен осуществляется с равной угловой скоростью, частота вращения левой и правой шестерни равна частоте вращения ведомой шестерни главной передачи.

Однако если машина заходит в поворот, колесо, которое находится ближе к центру (внутреннее ведущее) нагружается сильнее и начинает испытывать большее сопротивление сравнительно с наружным колесом (дальним от центра поворота).

В результате роста нагрузки внутренняя полуосевая шестерня несколько замедляет вращение, а это приводит к тому, что сателлиты начинают вращаться вокруг своей оси. Такое вращение сателлитов приводит к увеличению частоты вращения наружной полуосевой шестерни.

  • На практике возможность движения ведущих колес с разными угловыми скоростями делает возможным прохода поворота без пробуксовок. Кстати, крутящий момент все равно распределяется на ведущие колеса равнозначно.

Если же автомобиль забуксовал в грязи, в снегу или на льду, одно колесо испытывает большее сопротивление, чем другое. В этом случае дифференциал (благодаря своей конструкции) инициирует ускоренное вращение буксующего колеса, тогда как другое колесо замедляется.

Однако недостаточная сцепка с покрытием не позволяет получить большой крутящий момент на буксующем колесе, а особенность работы симметричного дифференциала не позволит также развить нужный момент на другом колесе. Часто в этом случае машина попросту не может продолжить дальнейшее движение.

Выходом из ситуации становится необходимость увеличения крутящего момента на колесе, которое не буксует. Для этого дифференциал необходимо заблокировать. По этой причине внедорожники имеют дополнительную возможность блокировки дифференциала, тогда как легковые авто и даже некоторые современные бюджетные «паркетники» лишены такой функции.

Читайте также

Устройство и принцип работы механической коробки передач. Виды механических коробок (двухвальная, трехвальная), особенности, отличия

Прежде чем приступить к рассмотрению дифференциалов, их типов и нюансах работы, сначала мы с вами обратимся к теории. Для чего вообще нужен дифференциал на современных автомобилях и какой принцип его работы?


Дифференциал, как говорит теория, это механическое устройство с особым видом планетарной зубчатой передачи, разделяющий момент входного вала (в нашем случае карданного вала) между выходными валами (полуосями) автомобиля, передающий, момент силы с карданного вала на задние полуоси в заднеприводном варианте или непосредственно от двигателя сразу на полуоси в переднеприводном автомобиле так (дифференциал в расположен в КПП), что угловые скорости вращения этих полуосей могут быть разными по отношению друг к другу и колеса автомобиля проходят разный путь (например в повороте). Опять же, все из теории, во время прохождения поворота колеса автомобиля проходят по различным траекториям, а именно, по внутренней и внешней, отсюда соответственно получается, что колесо вращающееся по внешнему радиусу проделывает (пробегает) больший путь чем то колесо, которое вращается по внутреннему радиусу, а значит, что и скорость такого вращения колес будет разная, т.е. скорость колеса вращающегося (пробегающего) по внутреннему радиусу должна быть меньше той скорости колеса, которое вращается по внешнему радиусу.

В этом как-раз непосредственно и заключается главная задача дифференциала, т.е. правильно распределять скорости вращения валов на выходе и соответственно самих колес.

Предназначение дифференциала автомобилей:

— позволяет ведущим колёсам вращаться с разными угловыми скоростями;

— неразрывно передаёт крутящий момент от двигателя на ведущие колёса.

Основная проблема, появившаяся на заре автомобильной эры, была решена с помощью применения дифференциала, теперь повороты машине можно проходить более безопасно и без пробуксовки колес, а отсюда соответственно и без чрезмерной нагрузки на трансмиссию, на шины и на сами подшипники колес. Но зато появилось другое неудобство.


Простейший дифференциал имеет одну яркую «особенность», благодаря которой он категорически не подходит для сложных, экстремальных дорожных ситуаций.

Когда у ведущих колес 100% сцепление с дорогой, то все будет идти хорошо и дифференциал будет исполнять свою функцию просто идеально, но стоит одному из колес попасть в ситуацию когда оно (шина) потеряет сцепление с дорогой, или попадет на другой тип грунта или на лед, то начнет вращаться именно то колесо, которое потеряло сцепление, а противоположенное стоящее на более цепком грунте просто останется неподвижным.

Не вдаваясь в сами нюансы работы механизма можно просто констатировать факт, что дифференциал не меняет свой крутящий момент, он просто перераспределяет мощность между колесами и такая мощность будет всегда больше на том именно колесе, которое вращается быстрее. При пробуксовке колеса сопротивление его и крутящего момента будет минимальным, а значит чрезвычайно малым будет и крутящий момент передающийся с самого двигателя непосредственно на колесо, а значит и на противоположенном колесе этот крутящий момент будет ему соответствовать, то есть он будет минимальным.

В этой связи инженеры и автопроизводители большинства автокомпаний начали искать новое решение с этой проблемой. Появилось большое количество (различных видов устройств) дифференциалов. Основные виды таковых нам и хотелось бы освятить в данной статье. А также нам хотелось бы рассказать своим читателям и об основных преимуществах и конкретных недостатках тех или иных видов этих устройств, и еще, на каких современных автомобилях можно сегодня встретить тот или иной тип дифференциалов.

Свободный дифференциал (Open Differential).


Суть его работы.

Разделяет крутящий момент двигателя на две оси, каждая из которых способна вращаться с различной скоростью.

Недостатки.

При потери сцепления колеса с дорогой крутящий момент на противоположном колесе тоже снижается (падает). В худшем варианте, у застрявшего автомобиля одно колесо будет свободно вращается, в то время, как противоположенное с лучшим сцеплением не сможет просто передать поверхности (дороге) достаточно крутящего момента, чтобы сдвинуть автомобиль с места.

Современные системы управления тягой компенсируют это, путем применения тормозов к потерявшему сцепление колесу. Но данный подход к проблеме помогает лишь отчасти, более сложный дифференциал, как правило действует быстрее и он более эффективен, чем тот же стандартный тип такого механизма.

Устанавливается на большинство автомобилей у которых «отсутствуют претензии» на нехватку большой мощности (они достаточно мощные), или у которых «отсутствуют амбиции» к любому бездорожью (внедорожники), а также на семейные седаны, и т.д.

Блокируемый дифференциал (Locking Differential).


Как он работает.

При заблокированном дифференциале колеса машины будут постоянно вращаться с равными скоростями. В песке, в грязи и на снегу заблокированный дифференциал гарантирует, что крутящий момент продолжит поступать на колеса с более высокой тягой.

Недостатки.

В незаблокированном виде данный механизм ведет себя точно также, как и свободный дифференциал. Блокировка дифференциала на поверхности с высоким уровнем сцепных свойств, как например, на том же сухом асфальте, затрудняет поворачиваемость автомобиля и может нанести серьезный вред автомобильной трансмиссии.

На каких автомобилях его можно обнаружить.

Wrangler, ; опционально его можно поставить на большинство полноразмерных джипов и пикапов.

Самоблокирующийся дифференциал (Limited-slip Differential). Дифференциал повышенного трения.


Как он работает.

Самоблокирующийся дифференциал совмещает в себе две концепции,- свободную и блокируемую системы дифференциалов. Он способен функционировать большую часть времени как обычный дифференциал, а в нужный момент автоматически блокироваться, т.е. в тот момент, когда происходит проскальзывание одного из колес. Блокировка достигается за счет вязкостной муфты, или фрикционной муфты, или за счет сложной системы гидророторного типа. В военных автомобилях ставятся зубчатые или кулачковые самоблокирующиеся дифференциалы.

Недостатки.

Чисто механические дифференциалы повышенного трения являются реактивными. То есть, они не блокируются пока не произошла пробуксовка колеса.

На каких автомобилях его можно обнаружить.

со Sport пакетом (с вискомуфтой), (clutch-type), (helical gears).

Самоблокирующийся дифференциал с электронным управлением (Electronically Controlled Limited-slip Differential).


Как он работает.

Преимущества такого электронного управления в том, что повышается тяга в повороте и степень блокировки дифференциала можно настроить.

Например, если компьютер автомобиля определяет, что в повороте у него (автомобиля) избыточная поворачиваемость, то он может сильнее заблокировать дифференциал для того чтобы стабилизировать автомобиль.

Многие покупатели при выборе внедорожника наверняка сталкивались в описании той или иной модели с термином «электронная блокировка дифференциала». Но что это такое, и как работает этот самый дифференциал, знают далеко не все потенциальные владельцы автомобилей этого класса. В нашем сегодняшнем материале мы подробно расскажем, для чего машине дифференциал, каковы его разновидности и на какие автомобили он устанавливается.

На фото самоблокирующиеся дифференциалы

История создания и назначение дифференциала

На автомобилях, оснащенных двигателем внутреннего сгорания, дифференциал появился через несколько лет после их изобретения. Дело в том, что первые экземпляры машин, приводимых в действие двигателем, имели очень плохую управляемость. Оба колеса на одной оси при повороте вращались с одинаковой угловой скоростью, что приводило к пробуксовке колеса, идущего по внешнему, большему, чем внутренний, диаметру. Решение проблемы было найдено просто: конструкторы первых автомобилей с ДВС позаимствовали у паровых повозок дифференциал – механизм, изобретенный в 1828 году французским инженером Оливером Пекке-Ром. Он представлял собой устройство, состоящее из валов и шестерней, через которые крутящий момент от двигателя передается на ведущие колеса. Но после установки на автомобиль дифференциала обнаружилась еще одна проблема – пробуксовка колеса, утратившего сцепление с дорогой.

Обычно это проявлялось, когда автомобиль двигался по дороге, покрытой участками льда. Тогда колесо, попавшее на лед, начинало вращаться с большей скоростью, чем то, которое находилось на грунте или бетоне, что в итоге приводило к заносу автомобиля. Тогда конструкторы задумались об усовершенствовании дифференциала с тем, чтобы при подобных условиях оба колеса вращались с одинаковой скоростью и автомобиль не заносило. Первым, кто проводил эксперименты с созданием дифференциала с ограниченным проскальзыванием, стал Фердинанд Порше.

Ему понадобилось три года, чтобы разработать, протестировать и выпустить на рынок так называемый кулачковый дифференциал – первый механизм с ограниченным проскальзыванием, который устанавливался на первые модели марки Volkswagen. Впоследствии инженеры разработали различные виды дифференциалов, о которых речь пойдет ниже.

В автомобиле дифференциал выполняет три функции: 1) передает от двигателя к ведущим колесам, 2) задает колесам разные угловые скорости, 3) служит в сочетании с главной передачей.

Устройство дифференциала

Усовершенствованный автомобильными конструкторами дифференциал устроен в виде планетарной передачи, где крутящий момент от двигателя передается через карданный вал и коническую зубчатую передачу на корпус дифференциала. Тот, в свою очередь, направляет крутящий момент на две шестерни, а уже они распределяют момент между полуосями. Сцепление между шестернями-сателлитами и полуосями имеет две степени свободы, что позволяет им вращаться с разными угловыми скоростями.

Таким образом, дифференциал обеспечивает разную скорость вращения колес, расположенных на одной оси, что предотвращает и пробуксовку при повороте. После того, как был изобретен , у автомобиля появилось два, а впоследствии и три (с межосевым) дифференциала, которые распределяли крутящий момент между ведущими осями.

Уже понятно, что без дифференциала не обходится ни один автомобиль. В передне- и заднеприводных автомобилях он расположен на ведущей оси. Если у автомобиля сдвоенная ведущая ось, то здесь в конструкции трансмиссии применяют два дифференциала — по одному на каждую ось. В полноприводных машинах дифференциалов два (для моделей с подключаемым полным приводом – по одному на каждую ось) или три (для моделей с постоянным полным приводом – по одному на каждую ось, плюс межосевой дифференциал, который распределяет крутящий момент между осями). Кроме количества механизмов, устанавливаемых на автомобили с разными типами приводов, дифференциалы различают по виду блокировки.

Разновидности дифференциалов

По виду блокировки дифференциалы делятся на два – ручная и электронная блокировка. Ручная, как следует из названия, производится водителем вручную при помощи кнопки или тумблера. В этом случае шестерни-сателлиты механизма блокируются, ведущие колеса двигаются с одинаковой скоростью. Обычно ручная блокировка дифференциала предусмотрена на внедорожниках.

Электронная или автоматическая блокировка дифференциала осуществляется при помощи электронного блока управления, который, анализируя состояние дорожного покрытия (используется информация с датчиков и антипробуксовочной системы), сам блокирует шестерни-сателлиты.

Задний дифференциал с электронным управлением Range Rover Sport

По степени блокировки это устройство делится на дифференциал с полной блокировкой и дифференциал с частичной блокировкой шестерен-сателлитов.

Полная блокировка дифференциала предполагает 100%-ную остановку вращения шестерен-сателлитов, при которой сам механизм начинает выполнять функцию обычной муфты, передавая равнозначный крутящий момент на обе полуоси. Вследствие этого оба колеса вращаются с одинаковой угловой скоростью. Если же одно из колес теряет сцепление с дорогой, весь крутящий момент передается на колесо с лучшим сцеплением, что позволит преодолеть бездорожье. Такое устройство дифференциала используется на внедорожниках , и других.

Частичная блокировка дифференциала предполагает неполную остановку вращения шестерен-сателлитов, то есть с проскальзыванием. Достигается такой эффект за счет так называемых самоблокирующихся дифференциалов. В зависимости от того, каким образом срабатывает этот механизм, их делят на два вида: Speed sensitive (функционируют при разнице в угловых скоростях вращения полуосей) и Torque sensitive (функционируют при уменьшении крутящего момента на одной из полуосей). Такое устройство дифференциала используется на внедорожниках Mitsubishi Pajero, Audi с , BMW с системой X-Drive и так далее.

Дифференциалы, относящиеся к группе Speed sensitive, имеют разную конструкцию. Существует механизм, в котором роль дифференциала играет вискомуфта. Она представляет собой резервуар, расположенный между полуосью и ротором карданного вала, заполненный специальной вязкой жидкостью, в которую, в свою очередь, погружены диски, сочлененные с полуосью и ротором. Когда угловая скорость вращения колес разнится (одно колесо вращается быстрее другого), диски в резервуаре тоже начинают вращаться с разными скоростями, но вязкая жидкость постепенно выравнивает их скорость, и, соответственно, крутящий момент. Как только угловые скорости обоих колес сравняются, вискомуфта отключается. По своим характеристикам вискомуфта менее надежна, чем фрикционный дифференциал, поэтому ее устанавливают на машины, предназначенные для преодоления бездорожья средней степени или спортивные модификации автомобилей.

Еще один механизм дифференциала, относящийся к группе Speed sensitive – героторный дифференциал. Здесь роль блокировки, в отличие от вискомуфты, играет масляный насос и фрикционные пластины, которые монтируются между корпусом дифференциала и шестерней-сателлитом полуосей. Но принцип действия во многом схож с таковым у вискомуфты: при возникновении разницы в угловых скоростях ведущих колес насос нагнетает масло на фрикционные пластины, которые под давлением блокируют корпус дифференциала и шестерню полуоси до тех пор, пока скорости вращения колес не сравняются. Как только это происходит, насос перестает работать и блокировка отключается.

Дифференциалы, относящиеся к группе Torque sensitive, тоже имеют разную конструкцию. К примеру, есть механизм, в котором используется фрикционный дифференциал. Его особенностью является разность угловых скоростей вращения колес при движении автомобиля на прямой и в повороте. При езде по прямой дороге угловая скорость обоих колес одинаковая, а при прохождении поворота ее значение различно для каждого колеса. Это достигается за счет установки между корпусом дифференциала и шестерней-саттелитом фрикциона, который способствует улучшению передачи крутящего момента на колесо, утратившее сцепление с дорогой.

Еще один тип дифференциалов — с гипоидным (червячным или винтовым) и косозубым зацеплением. Их условно делят на три группы.

Первая – с гипоидным зацеплением, в которой у каждой полуоси есть собственные шестерни-сателлиты. Они объединятся между собой при помощи прямозубого зацепления, причем ось шестерни располагается по отношению к полуоси перпендикулярно. При возникновении разницы в угловых скоростях ведущих колес, шестерни полуосей расклиниваются, образуется трение между корпусом дифференциала и шестернями. Происходит частичная блокировка дифференциала и крутящий момент передается на ту ось, угловая скорость вращения которой меньше. Как только угловые скорости колес выровняются, происходит деактивация блокировки.

Вторая – с косозубым зацеплением, в которой у каждой полуоси также есть свои шестерни-сателлиты (они винтовые), но их оси располагаются параллельно полуосям. А объединяются эти агрегаты между собой при помощи косозубого зацепления. Сателлиты в этой механизме установлены в специальных нишах на корпусе дифференциала. Когда угловая скорость вращения колес различается, происходит расклинивание шестерен, и они, сопрягаясь с шестернями в нишах корпуса дифференциала, частично блокируют его. При этом крутящий момент направляется на ту полуось, скорость вращения которой меньше.

Третья – с косозубыми шестернями полуосей и винтовыми шестернями сателлитов, которые располагаются параллельно друг другу. Такой тип используется в конструкции межосевого дифференциала. Благодаря планетарной конструкции дифференциала, имеется возможность посредством частичной блокировки смещать крутящий момент на ту ось, угловая скорость вращения колес которой меньше. Диапазон такого смещения весьма широк – от 65/35 до 35/65. При установлении равнозначной угловой скорости вращения колес передней и задней оси дифференциал разблокируется.

Эти группы дифференциалов получили самое широкое применение в автомобилестроении: их устанавливают как на «гражданские» модели, так и на спортивные.

Стабилизация движения двухколесного робота с дифференциальным приводом по заданному пути Текст научной статьи по специальности «Физика»

НАУЧНОЕ ИЗДАНИЕ МГТУ ИМ. Н. Э. БАУМАНА

НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Эл № ФС77 — 48211. Государственная регистрация №0421200025. ISSN 1994-0408

электронный научно-технический журнал

Стабилизация движения двухколесного робота

с дифференциальным приводом по заданному пути

# 04, апрель 2013

Б01:10.7463/0413.0547786

Нефедов Г. А.

УДК 517.93

Россия, МГТУ им. Н.Э. Баумана [email protected]

Введение

Синтез закона управления плоским движением двухколесного робота с дифференциальным приводом, стабилизирующего его движение по заданному пути, является типичной задачей для робототехнических систем на колесной платформе, таких как мобильные роботы, сельскохозяйственные машины, грузовые автомобили, легковые автомобили (самоуправляемые автомобили).

Известны различные подходы к задаче стабилизации движения вдоль заданной кривой. Один из них состоит в преобразовании системы с помощью замены координат и преобразования выходов к так называемой цепной форме [9, 10]. Еще один подход состоит в преобразовании системы к нормальной форме [6] и переходе к дифференцированию по новой независимой переменной [1, 2]. Для этого модель записывают в новых переменных, называемых путевыми координатами, которые напрямую связаны с заданной траекторией и определяют возможные отклонения от заданного пути [3, 10].

Для аффинных систем с векторным управлением известны условия приводимости к каноническому [4] или квазиканоническому [7] видам, с использованием которых возможно как нахождение программного управления, так и построение нелинейной обратной связи, обеспечивающей стабилизацию движения вдоль заданной кривой. Например, в [5] для мобильного робота с автомобильной компоновкой колес было получено описание функций, по которым модель преобразуется к квазиканоническому виду.

Колесные роботы относятся к классу неголономных систем, которые, как известно, не могут быть стабилизированы в окрестности положения равновесия непрерывно дифференцируемой стационарной обратной связью по состоянию [8]. Однако задача стабилизации движения вдоль заданной кривой формулируется как задача стабилизации по части переменных, поэтому использование стационарной обратной связи оказывается возможным.

Исследуем приводимость модели колесного робота с дифференциальным приводом к квазиканоническому виду, определим все возможные функции, позволяющие его получить, на основе этого вида решим задачу стабилизации движения вдоль заданного пути.

Робот состоит из абсолютно твердой платформы и соосной колесной системы с дифференциальным приводом колес (рис. 1). Предполагается, что колеса находятся в точечном контакте с поверхностью и движутся без проскальзывания.

В качестве переменных состояния колесного робота рассмотрим следующие величины:

х, у — координаты базовой точки робота (середина оси вращения колес) в земной неподвижной системе координат хОу;

§ — угол между вектором скорости робота и положительным направлением оси Ох; и2 — угловые скорости вращения левого и правого колес соответственно.(<1 — <2).

Последние два уравнения в (1) можно опустить, поскольку они не используются при управлении движением робота. С учетом этого в новых обозначениях модель запишется в виде

X = v cos $, y = v sin $, $ = w.

(2)

В дальнейшем будем рассматривать задачу выведения робота на заданную кривую и движение по ней с постоянной скоростью v = const > 0. В этом случае система (2) имеет

одно управление — w.

2. Преобразование системы к квазиканоническому виду

В рамках дифференциально-геометрического подхода [4] системе (2) в М3 можно поставить во взаимно-однозначное соответствие гладкие векторные поля А и В, которые в координатах X = (ж, у, $)т имеют вид

A(X ) =

v cos

v sin $ 0

B(X)

0 0

w

Следуя [7], найдем максимальный индекс приводимости к квазиканоническому виду. Векторное поле B постоянно и не равно нулю R3. Следовательно, распределение F1 = = span(B) регулярно и инволютивно R3.

Перейдем к анализу распределения F2 = span (B, adA B) и найдем

adA B(X)

( v sin $ \

—v cos $ 0

Поскольку ранг матрицы

B(X) adAB(X) ) =

0

v sin

$

0 —v cos $

V1 0 J

v

равен двум для любой точки X € К3, распределение ^2 регулярно.2 вычислим координаты векторного поля

С(Х) = [В, а4АВ](Х)

( V сое § \ V вт §

V 0 )

и сформируем функциональную матрицу

В (X) аёА В (X) С(Х)

(0 V вШ § V сое §

0 — V сое § V вт §

\1

0

0

(3)

Поскольку ранг матрицы (3) равен 3 для любой точки X € К3, распределение не является инволютивным. Процесс поиска инволютивного и регулярного распределения, имеющего размерность г < 3, завершен — искомым распределением является .Л,

у = Уз + § = ф + §в.

(4)

Замена переменных (4) является диффеоморфизмом из некоторой окрестности Е опорной кривой, где любая точка (х, у) € Е имеет единственную ближайшую точку на опорной кривой и выполняется условие 1 — = 0, в образ области Е при отображении (4). Здесь — кривизна целевой кривой. В новых координатах система (2) имеет вид

Л

V сов ф 1 — к(з)<1,

V вт ф,

(5)

; vk(s) СОВф

ф = +

а векторные поля A и B запишутся следующим образом:

A(¿)

/ v cos ф \ 1 — k(s)d

v sin ф vk(s) cosф

B(z)

/0\ 0

V i /

\ к(з)й — 1 /

Составим систему уравнений для нахождения первых интегралов распределения ., z2, n) имеет вид:

d = z1,

— = arcsin —, (8)

v

s = n.

При v > 0 §рямая и обратная замены задаются гладкими функциями на всей своей области

п

определения. Якобиан отображения Ф отличен от нуля при ф = ± —. Можно видеть, что Ф является диффеоморфизмом некоторой окрестности опорной кривой на соответствующий образ.

Дифференцируя z2 в силу системы (5), получим

• / v2 cos2 ф k(s) z2 = v cos ффу = ——+ wv cos ф

V k(s) d 1 / (zi,z2,n)

Получен регулярный квазиканонический вид системы (5):

¿1 = ¿2,

v2_¿2

k(n) Щ-Т-Г+^/v2 — ¿2

¿2 = k(n)

V» — z2 k(s) d — 1

+ w\jv2 — ¿I,

(9)

П

‘V2 — Zn

1 — k(n)zi’

определеный в некоторой окрестности опорной кривой.

На рис. 6 -9 приведены графики изменения координат на плоскости, расстояния до прямой и модуля скорости от времени. Видно, что задача стабилизации успешно решена.

г

¿5

Рис. 2. Траектория движения робота на плоскости, случай движения по окружности

м

Рис. 3. Зависимость от времени расстояния А г до целевой траектории

2

2

2

г

а

О 5 10 15

м

Рис. 4. Зависимость от времени модуля вектора скорости V робота

Юг 8 -6 —

— 4 -2 -0 —

-гЬ.

-2 0 2 4 6 8 10 12 х, м

Рис. 6. Траектория движения робота на плоскости, случай движения по прямой

Рис. 5. Зависимость от времени угловых скоростей шь колес робота

Ь, м

Рис. 7. Зависимость от времени расстояния А г до целевой траектории

0

10

м

15

Рис. 8. Зависимость от времени модуля вектора скорости V робота

м

Рис. 9. Зависимость от времени угловых скоростей ш>1, ш2 колес робота

Заключение

Исследована приводимость модели двухколесного робота с дифференциальным приводом к квазиканоническому виду, определены все возможные функции, позволяющие его получить. С использованием расстояния до целевой кривой получена нормальная форма системы. На основе этого вида с помощью линеаризации обратной связью решена задача стабилизации движения вдоль заданного пути. Проведено компьютерное моделирование системы с полученным управлением для частных случаев вида предписанной кривой: окружности и прямой. Результаты моделирования подтверждают работоспособность управления. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 12-07-00329.

Список литературы

1. Андрианова О.Г. Моделирование движения колесного робота по заданному пути // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2011. № 10. Режим доступа: http://technomag.edu.ru/doc/239840.html (дата обращения: 20.02.2013).

2. Гилимьянов Р.Ф., Пестерев А.В., Рапопорт Л.Б. Управление движением колесного робота в задаче следования вдоль криволинейного пути // Изв. РАН. Теория и системы управления. 2008. Т. 47, №6. С. 158-165.

3. Канатников А.Н., Касаткина Т.С. Особенности перехода к путевым координатам в задаче путевой стабилизации //Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. №7. DOI: 10.7463/0712.0445496.

4. Краснощеченко В.И., Крищенко А.П. Нелинейные системы: геометрические методы анализа и синтеза. М. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2005. 520 с.

5. Ткачев С.Б. Реализация движения колесного робота по заданной траектории // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Естественные науки. 2008. №2. С. 33-55.

6. Ткачев С.Б. Стабилизация неминимально фазовых аффинных систем с векторным управлением // Наука и образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2012. №8. DOI: 10.7463/0812.0450613.

7. Ткачев С.Б., Шевляков А.А. Преобразование аффинных систем со скалярным управлением к квазиканоническому виду // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Естественные науки. 2013. №1. С. 3-16.

8. Brockett R.W. Asymptotic stability and feedback stabilization // Differential Geometric Control Theory. USA, Boston: Birkhauser, 1983. P. 181-191.

9. Robot Motion Planning and Control / J.-P. Laumond (Ed.). Springer Berlin Heidelberg. 1998. 343 p. (Lectures Notes in Control and Information Sciences; vol. 229.) DOI: 10.1007/BFb0036069.

10. Morin P., Samson C. Motion Control of Wheeled Mobile Robots // Springer Handbook of Robotics /B. Siciliano, O. Khatib (Eds.). Springer Berlin Heidelberg, 2008. P. 799-826. DOI: 10.1007/978-3-540-30301-5_35.

SCIENTIFIC PERIODICAL OF THE BAUMAN MSTU

SCIENCE and EDUCATION

EL № FS77 — 48211. №0421200025. ISSN 1994-0408

electronic scientific and technical journal

Movement stabilization along the given path

for the two-wheeled robot with a differential drive

# 04, April 2013

DOI: 10.7463/0413.0547786

Nefedov G. A.

Bauman Moscow State Technical University 105005, Moscow, Russian Federation [email protected]

The author considers the problem of movement stabilization along the given path for a two-wheeled robot with a differential drive. Wheeled robots belong to the class of non-holonomic systems, which, as it is generally known, cannot be stabilized in the vicinity of the equilibrium position of a continuously differentiable stationary state feedback. But the task of stabilizing the motion along the given curve is formulated only for part of the variables, so that the use of stationary feedback is possible. The robot model was transformed into a quasi-canonical form, all possible functions which allow one to obtain it were determined. The normal form for the system was built with the use of the distance to the target curve; its zero dynamics was investigated. On the basis of this form the problem of movement stabilization along the path was solved with the use of feedback linearization. The results of computer modeling are presented for particular cases: a circle and a line.

References

1. Andrianova O.G. Modelirovanie dvizheniia kolesnogo robota po zadannomu puti [Path following simulation of wheeled vehicle]. Nauka i obrazovanie MGTU im. N.E. Baumana [Science and Education of the Bauman MSTU], 2011, no. 10. Available at: http://technomag.edu.ru/doc/239840.html, accessed 20.02.2013.

2. Gilim’ianov R.F., Pesterev A.V., Rapoport L.B. Upravlenie dvizheniem kolesnogo robota v zadache sledovaniia vdol’ krivolineinogo puti [Motion control for a wheeled robot following a curvilinear path]. Izv. RAN. Teoriia i sistemy upravleniia, 2008, vol. 47, no. 6, pp. 158-165. (Trans. version: Journal of Computer and Systems Sciences International, 2008, vol. 47, no. 6, pp. 987-994.)

3. Kanatnikov A.N., Kasatkina T.S. Osobennosti perekhoda k putevym koordinatam v zadache putevoi stabilizatsii [Features of transition to path coordinates in a problem of path stabilisation]. Nauka i obrazovanie MGTU im. N.E. Baumana [Science and Education of the Bauman MSTU], 2012, no. 7. DOI: 10.7463/0712.0445496.

4. Krasnoshchechenko V.I., Krishchenko A.P. Nelineinye sistemy: geometricheskie metody analiza i sinteza [Nonlinear systems: geometric methods for analysis and synthesis]. Moscow, Bauman MSTU Publ., 2005. 520 p.

5. Tkachev S.B. Realizatsiia dvizheniia kolesnogo robota po zadannoi traektorii [Realization of wheeled robot motion along specified trajectory]. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Estestvennye nauki [Bulletin of the Bauman MSTU. Ser. Natural science], 2008, no. 2, pp. 3355.

6. Tkachev S.B. Stabilizatsiia neminimal’no fazovykh affinnykh sistem s vektornym upravle-niem [Stabilization of nonminimum-phase multi-input affine systems]. Nauka i obrazovanie MGTU im. N.E. Baumana [Science and Education of the Bauman MSTU], 2012, no. 8. DOI: 10.7463/0812.0450613.

7. Tkachev S.B., Shevliakov A.A. Preobrazovanie affinnykh sistem so skaliarnym upravleniem k kvazikanonicheskomu vidu [Conversion of affine systems with scalar control to quasi-canonical form]. Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. Ser. Estestvennye nauki [Bulletin of the Bauman MSTU. Ser. Natural science], 2013, no. 1, pp. 3-16.

8. Brockett R.W. Asymptotic stability and feedback stabilization. In book: Brockett R.W., Mill-man R.S., Sussman H.J., eds. Differential Geometric Control Theory. USA, Boston, Birkhauser, 1983, pp. 181-191.

9. Laumond J.-P., ed. Robot Motion Planning and Control. Springer Berlin Heidelberg, 1998. 343 p. (Ser. Lectures Notes in Control and Information Sciences; vol. 229). DOI: 10.1007/BFb0036069.

10. Morin P., Samson C. Motion Control of Wheeled Mobile Robots. In book: Siciliano B., Khatib O., eds. Springer Handbook of Robotics. Springer Berlin Heidelberg, 2008, pp. 799-826. DOI: 10.1007/978-3-540-30301-5_35.

Робо

Робо

Передвижение роботов-крыс: дифференциальный привод


Дифференциальный привод представляет собой двухколесную систему привода с независимым приводы для каждого колеса. Название относится к тому факту, что движение вектор робота — это сумма независимых движений колес, то есть также относится к механическому дифференциалу (однако, эта система привода делает , а не использовать механический дифференциал). Ведущие колеса обычно ставят на с каждой стороны робота и вперед:

На приведенной выше диаграмме большие серые заштрихованные прямоугольники ведущие колеса.Маленький серый заштрихованный прямоугольник — это не колесо, которое образует опорную конструкцию в виде штатива для корпуса робот. Часто неведущее колесо представляет собой самоустанавливающееся колесо , малое поворотное колесо, используемое на офисной мебели:

К сожалению, поворотные колеса могут вызвать проблемы, если робот меняет свое направление. Затем колесико должно повернуться на 180 градусов и, в процессе смещения вертлюг может придать нежелательный вектор движения робот.Это может привести к ошибке заголовка перевода. Однако если робот всегда меняет направление, двигаясь вперед и поворачиваясь, колесико может быть хорошо. Другой альтернативой колесу заклинателя является закрепленный шар, который не использует поворотный механизм. В случае небольших роботов, таких как те, которые используются в соревнованиях Робо-Крыс, катящееся устройство строго не необходимо, если пол ровный — некоторые роботы использовали фиксированные закругленные детали Lego вместо фиксированных мячи.Единственный минус — повышенная составляющая трения, так как у Lego кусок должен скользить, а не катиться.

Прямолинейное движение достигается поворотом ведущих колес. с той же скоростью в том же направлении, хотя это не так просто, как кажется (увидеть ниже). Вращение на месте (нулевой радиус поворота) осуществляется токарной ведущие колеса с одинаковой скоростью в обратном направлении. Произвольный пути движения могут быть реализованы путем динамического изменения угловой скорости и / или направление ведущих колес.Однако на практике сложность сокращается за счет реализации траекторий движения как чередующихся последовательностей прямолинейных переводы и ротации на месте. Одометрия легче сделать с помощью этого метода.

Многие коммерчески доступные роботы используют дифференциальный привод. метод, такой как серия Pioneer от ActiveMedia:

Двигатели :

Два — По одному на каждое ведущее колесо.

Плюсы :

Простота — Система дифференциального привода очень проста, часто ведущее колесо напрямую связано с двигателем (обычно мотор-редуктор — мотор с внутренним редуктором — потому что у большинства двигателей нет достаточного крутящего момента для управляйте колесом напрямую).

Минусы :

Control — Робот с дифференциальным приводом может быть трудно заставить двигаться по прямой. Поскольку ведущие колеса независимые, если они не поворачиваясь с точно такой же скоростью, робот отклонится в сторону. Заставить приводные двигатели вращаться с одинаковой скоростью — сложная задача из-за небольшого различия в двигателях, разница в трении в трансмиссии и трение различия в интерфейсе колесо-земля.Чтобы убедиться, что робот двигаясь по прямой, может потребоваться очень сильно отрегулировать обороты двигателя. часто (много раз в секунду). Для этого может потребоваться программное обеспечение на основе прерываний. и программирование на ассемблере. Также очень важно иметь точная информация о положении колес. Обычно это происходит из одометрии. датчики.


Назад к странице передвижения робокрыс

Вернуться на главную страницу Робо-Крысы


Последнее изменение: 04.04.01 22:30

13.1.2.2 Дифференциальный привод

13.1.2.2 Дифференциальный привод

13.1.2.2 Дифференциальный привод

Большинство домашних мобильных роботов не двигаются как машина. Например, рассмотрим платформу мобильной робототехники, показанную на рисунке 13.2а. Это пример самого популярного способа управлять домашними мобильными роботами. Есть два основных колеса, каждое из которых прикреплен к собственному мотору. Третье колесо (не видно на рисунке). 13.2а) размещается сзади, чтобы пассивно катиться по предотвращая падение робота.

Рисунок 13.2: (а) Pioneer 3-DX8 (любезно предоставлено ActivMedia Robotics: MobileRobots.com) и многих других мобильных роботов. использовать дифференциальный привод. В дополнение к двум ведущим колесам, колесико (как на дне офисного стула) помещается в сзади по центру, чтобы робот не опрокинулся. (б) параметры обычного робота с дифференциальным приводом.
Рисунок 13.3: (а) Чистый перевод происходит, когда оба колеса движутся с одинаковой угловой скоростью; (б) чистое вращение возникает, когда колеса движутся с противоположными скоростями.

Построить простую модель ограничений, возникающих из дифференциальный привод, только расстояние между двумя колесами, и радиус колеса, необходимы. См. Рисунок 13.2b. Вектор действия напрямую задает две угловые скорости вращения колеса (например, в радианах на второй). Рассмотрим, как движется робот, по разным действиям. применяемый. См. Рисунок 13.3. Если , тогда робот движется вперед в направлении, указанном колесами.Скорость пропорциональна. В общем, если, то расстояние, пройденное за время, равно (потому что это полное угловое смещение колес). Если , то робот вращается по часовой стрелке, потому что колеса вращаются в противоположных направлениях. Это мотивирует размещение исходной точки кузов-рама в центре оси между колеса. При таком назначении перевода не происходит, если колеса вращаются с той же скоростью, но в противоположных направлениях.

На основании этих наблюдений уравнение перехода конфигурации имеет вид

(13.16)

Переводная часть содержит и части точно так же, как и простой автомобиль, потому что дифференциальный привод движется в направление, в котором указывают его ведущие колеса. Скорость перевода зависит от средней угловой скорости колеса. Чтобы увидеть это, рассмотрим случай, когда одно колесо зафиксировано, а другое вращается. Это первоначально заставляет робота переводить со скоростью в сравнение с обоими вращающимися колесами. Скорость вращения пропорциональна изменению угловой скорости вращения колес.Робот скорость вращения растет линейно с радиусом колеса, но уменьшается линейно по отношению к расстоянию между колесами.

Иногда предпочтительнее трансформировать пространство действия. Позволять и . В таком случае, можно интерпретировать как переменную действия, которая означает « переводить » и означает « вращать ». Используя эти действия, уравнение перехода конфигурации принимает вид

(13,17)

В таком виде уравнение перехода конфигурации напоминает (13.15) для простой машины (попробуйте установить и ). Дифференциальный привод легко смоделировать движения простой машины. Для дифференциального привода, скорость вращения можно установить независимо от поступательного скорость. Однако у простой машины скорость появляется в в выражение. Следовательно, скорость вращения зависит от поступательная скорость.
Рисунок 13.4: Кратчайший путь, пройденный центр оси — это просто отрезок линии, соединяющий начальный и позиции ворот в самолете.Ротации кажутся бесплатными.

Напомним заданный вопрос о кратчайших путях для Ридс-Шеппа и Машины Дубина. Такой же вопрос получается по дифференциальному приводу быть неинтересным, потому что дифференциальный привод может вызвать центр его оси, чтобы следовать любой непрерывной траектории в . В виде изображенный на рисунке 13.4, он может перемещаться между любыми двумя конфигурации: 1) сначала вращается так, чтобы колеса указывали на позиция цели, которая не вызывает перевода; 2) переводится на позиция ворот; и 3) поворачиваясь в желаемую ориентацию, что снова не вызывает перевода.Общее расстояние, пройденное центром оси всегда является евклидово расстояние в между две желаемые позиции.

Это может показаться странным эффектом из-за размещения начало координат. Кажется, что ротации бесплатны. Это можно исправить за счет оптимизации общего количества оборотов колеса или необходимого времени, если скорость остается фиксированной [64]. Предположим, что . Определение минимального времени, необходимого для поездки между две конфигурации довольно интересны и рассматриваются в Разделе 15.3. При этом правильно учитывается стоимость вращение робота, даже если это не вызывает смещения.

Стивен М. ЛаВалль 2012-04-20
Дифференциальный привод

. Что такое дифференциальный привод? | Руту С. Санкет | MANUAL ROBOTICS

Дифференциальный привод представляет собой двухколесную систему привода с независимыми приводами для каждого колеса. Название связано с тем, что вектор движения робота представляет собой сумму независимых движений колес. Ведущие колеса обычно размещаются с каждой стороны робота и впереди.

Это основной проект, который охватывает следующие концепции:

1. Источник питания (адаптер или выпрямитель) или аккумулятор 12 В

2. Трехходовой переключатель.

3. Мотор-редукторы постоянного тока

4. Основное движение робота

    Паяльник
  1. Паяльная проволока
  2. Инструмент для зачистки проводов
  3. Одножильный провод
  4. Многожильный провод соответствующей длины
  5. Печатная плата (точка) (опционально, если с помощью адаптера)
  6. 4 диода (D1N4007) (опционально при использовании адаптера)
  7. 1 электролитический конденсатор (1000 мкФ)
  8. понижающий трансформатор (220–12 В переменного тока)
  9. Два трехпозиционных переключателя или два двухпозиционных переключателя и два кнопочных переключателя.
  10. 2 пластиковых ящика для трансформатора и блока управления
  11. Штекер для трансформатора (опция при использовании адаптера)
  12. 2-контактный, 4-контактный заменяет
  13. Изолента
  14. IC 7805 (дополнительно при использовании адаптера)
  15. Двигатели постоянного тока
  16. Макетная плата (дополнительно)
  17. Мультиметр

Шасси — это механический узел для создания полноприводной платформы. Где вы можете установить любую плату контроллера для управления вашим ботом. Это просто механическое шасси. По желанию, как показано на рисунке, вы можете использовать 4 мотор-редуктора постоянного тока, 1 ролик и 4 колеса с резиновыми кольцами, так что вы можете сделать оба варианта.

Механическая сборка

ТИПЫ КОЛЕС:

Шаг 1 : Установите роликовое колесо в положение, показанное на рисунке выше, с помощью винта 1,5–2 дюйма (прибл.). Вставьте двигатель постоянного тока в отверстия шасси и закрепите колесо винтом или резиновой трубкой.

Цепь трехходового переключателя:

Шаг 2 : Сделайте трехходовой переключатель цепи с помощью DPDT, как показано на рисунке ниже.

Шаг 3: Подсоедините провода к каждому двигателю, как показано на рисунке ниже.

Робот с двумя колесами, прикрепленными к двум двигателям, и одному колесу с роликом.

Робот с 4 колесами, прикрепленными к 4 моторам.

Шаг 4: Подсоедините провода двигателей к трехпозиционному переключателю.

Ваш робот готов !!

Вот видео, которое показывает движение робота с дифференциальным приводом.

кинематика — Расчет положения робота с дифференциальным приводом

Как рассчитать или обновить положение робота с дифференциальным приводом с инкрементными датчиками?

К каждому из двух колес дифференциала прикреплен по одному инкрементному датчику.Оба датчика определяют расстояние $ \ Delta left $, соответственно. $ \ Delta right $ их колесо покатилось в известное время $ \ Delta t $.

Во-первых, предположим, что центр между обоими колесами отмечает положение робота. В этом случае можно рассчитать позицию как:

$$ x = \ frac {x_ {left} + x_ {right}} {2} \\ y = \ frac {y_ {left} + y_ {right}} {2} $

«Выведя» эти уравнения в предположении, что оба колеса катятся по прямой (что должно быть приблизительно правильным для небольших расстояний), я получу:

$$ \ frac {\ Delta x} {\ Delta t} = \ frac {1} {2} \ left (\ frac {\ Delta left} {\ Delta t} + \ frac {\ Delta right} {\ Delta t} \ справа) cos (\ theta) \\ \ frac {\ Delta y} {\ Delta t} = \ frac {1} {2} \ left (\ frac {\ Delta left} {\ Delta t} + \ frac {\ Delta right} {\ Delta t} \ право) грех (\ тета) $

Где $ \ theta $ — угол ориентации робота.Для изменения этого угла я нашел уравнение

$$ \ frac {\ Delta \ theta} {\ Delta t} = \ frac {1} {w} \ left (\ frac {\ Delta left} {\ Delta t} — \ frac {\ Delta right} {\ Delta t} \правильно) $

Где $ w $ — расстояние между обоими колесами.

Поскольку $ \ Delta x $ и $ \ Delta y $ зависят от $ \ theta $, мне интересно, должен ли я сначала вычислить новый $ \ theta $, добавив $ \ Delta \ theta $, или лучше использовать «старый «$ \ theta $? Есть ли причина использовать одно вместо другого?

Тогда, давайте теперь предположим, что центр между обоими колесами , а не отмечает положение робота.Вместо этого я хочу использовать точку, которая отмечает геометрический центр ограничивающей рамки робота. Затем $ x $ и $ y $ меняются на:

$$ x = \ frac {x_ {left} + x_ {right}} {2} + l \, cos (\ theta) \\ y = \ frac {y_ {left} + y_ {right}} {2} + l \, sin (\ theta) $

«Вывод» первая дает:

$$ \ frac {\ Delta x} {\ Delta t} = \ frac {1} {2} \ left (\ frac {\ Delta left} {\ Delta t} + \ frac {\ Delta right} {\ Delta t} \ вправо) cos (\ theta) — l \, sin (\ theta) \, \ frac {\ Delta \ theta} {\ Delta t} $

Теперь есть зависимость от $ \ Delta \ theta $. Это повод использовать «новый» $ \ theta $?

Есть ли лучший способ имитировать обновление положения и ориентации? Можно использовать комплексные числа (тот же подход, что и с кватернионами в 3D?) Или однородные координаты?

Дифференциальный привод

— обзор

1.

Объясните разницу между информатикой и вычислительной техникой.

2.

В чем разница между микропроцессором и микроконтроллером?

3.

Обсудите разницу между ассемблером и компилятором.

4.

Почему инструкции на языке ассемблера выполняются быстрее, чем инструкции на языке высокого уровня?

5.

Зависит ли программирование на языке высокого уровня от типа используемого микропроцессора?

6.

Зависит ли компилятор от микропроцессора?

7.

Назовите три основных компонента компьютерной системы.Выберите из вспомогательной памяти, вспомогательной памяти, ЦП, жесткого диска, ввода-вывода, памяти, принтера или магнитной ленты.

8.

Сколько существует различных 8-битных двоичных слов?

9.

Если микропроцессору, работающему на частоте 300 МГц, требуется четыре тактовых цикла для выполнения инструкции, вычислите общее время, необходимое для выполнения инструкции.

Ans : 13,3 нс.

10.

Укажите типичное время доступа к оперативной памяти и памяти жесткого диска.Насколько оперативная память быстрее, чем дисковая?

11.

Массив памяти 16 × 8 показан на рис. 8.5. Нарисуйте массив памяти 8 × 8.

12.

Рассмотрим шину данных и адресную шину. Что двунаправленное, а какое однонаправленное? Объясните, почему у каждого из них свой особый направленный характер.

13.

Объясните функцию трехсторонней логики в шинной системе.

14.

Если модем может работать со скоростью 56 кбит / с, сколько времени потребуется для загрузки файла размером 4 МБ.

Ans : 9,5 мин.

15.

Назовите провода в стандартном кабеле USB A / B и опишите, для чего предназначен каждый провод.

16.

Назовите провода в стандартном кабеле HDMI и опишите, для чего предназначен каждый провод.

17.

Опишите «дифференциальный привод», его преимущества и недостатки.

18.

Интерфейс — это точка встречи между компьютером и внешним объектом, будь то оператор, периферийное устройство или среда связи.Интерфейс может быть физическим с использованием соединителя или логическим с использованием программного обеспечения. Объясните разницу между физическим и логическим и приведите примеры.

19.

Что касается интерфейса в целом, что подразумевается под термином «рукопожатие»?

20.

Обсудите преимущества и недостатки прерываний.

21.

Какой последовательности выполняет ЦП для каждой инструкции в программной памяти?

22.

Объясните, почему выполнение программы в последовательной машине следует за циклом выборка – декодирование – выполнение.

23.

Как можно ускорить последовательность выборки – декодирования – выполнения?

24.

Какую шину использует микропроцессор для доступа к определенной области памяти?

25.

Какая шина используется при передаче кодированной информации от микропроцессора в память данных?

26.

Если микропроцессор декодирует инструкцию, в которой говорится о сохранении данных в памяти, данные будут поступать из аккумулятора или временного регистра?

27.

Какой регистр отслеживает, где он находится в программе?

28.

Какой регистр отслеживает, какой тип инструкции выполняется?

29.

Какой регистр отслеживает результат текущего вычисления или обработки данных?

30.

Какой регистр отслеживает значения операндов любой операции, выполняемой в данный момент?

31.

Преобразование двоичных команд в определенные последовательности действий выполняется с помощью ______?

32.

Набор регистров, декодера команд, ALU и управляющей логики ввода-вывода известен как ______?

33.

Электроника (например, аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи, буферы и драйверы), которая сопоставляет определенные устройства ввода и вывода с контактами ввода-вывода микропроцессорного чипа, называется ______?

34.

Многобитные линии передачи данных, адреса и управления называются ______?

35.

Чем больше количество бит (чем шире шина), тем быстрее может работать компьютер, поскольку для каждой операции требуется меньше обращений к памяти. Т или Ж?

36.

Опишите разницу между шиной данных и шиной ввода-вывода.

37.

Ограничен ли компьютер с длиной слова 8 бит операндами в диапазоне от 0 до 255?

38.

Если у нас 256 ячеек памяти, сколько линий адресной шины необходимо? Сколько ячеек памяти можно выбрать с помощью 16-разрядной адресной шины?

39.

Принято считать, что компьютер следует называть компьютером только в том случае, если он содержит три основные части компьютера: ЦП, память и устройства ввода-вывода. Т или Ж?

40.

Буфер — это область памяти, используемая для временного хранения данных, передаваемых с одного устройства на другое.Т или Ж?

41.

Буфер с тремя состояниями позволяет «разговаривать» только одному устройству на шине данных. Т или Ж?

42.

Буфер может использоваться для компенсации различных скоростей, с которыми аппаратные устройства обрабатывают данные. Т или Ж?

43.

Буферизованный компьютер обеспечивает одновременный ввод / вывод и операции обработки. Т или Ж?

44.

Почему важна буферизация между ЦП и периферийным устройством?

45.

Что подразумевается под термином порт ?

46.

Преобразуйте следующие шестнадцатеричные числа в их двоичные эквиваленты: 45, E2, 8B.

Ответ: 01000101, 11100010, 10001011.

47.

Преобразуйте следующие шестнадцатеричные числа в их двоичные эквиваленты: D7, F, 6.

48.

Группа операций, микропроцессор может выполнять, называется набором команд .Т или Ж?

49.

Компьютерные инструкции состоят из двух частей, называемых «операцией» и «операндом». T или F

50.

В программной памяти операция и операнд расположены в разных местах. Т или Ж?

51.

Какую функцию выполняет программный драйвер в операционной системе компьютера?

52.

Что такое контроллер?

53.

Объясните термин ядро ​​.

Технология дифференциального привода JBL

Исторически сложилось так, что профессиональная звуковая индустрия использовала звуковые катушки большего диаметра и более массивные магнитные конструкции для увеличения выходной мощности громкоговорителей

Автор: Дуг Баттон

1 апреля , 1999 12:00 PM,
Дуг Баттон

Исторически сложилось так, что профессиональная звуковая индустрия использовала звуковые катушки большего диаметра и более массивные магнитные конструкции, чтобы увеличить выходную мощность громкоговорителей в пределах желаемой степени линейности.В JBL мы решаем дополнительные проблемы, связанные с установкой и функционированием драйверов, поскольку мы стремимся сделать их меньше и легче без ущерба для производительности. Технология JBLDifferential Drive — шаг в этом направлении.

Технология дифференциального привода использует пару отдельных звуковых катушек с обратной обмоткой на одном каркасе звуковой катушки и диффузоре. Две катушки работают в противоположных магнитных полях, чтобы достичь производительности, аналогичной традиционной конструкции, но в значительно меньшей и легкой конструкции.Хотя подход с двумя катушками не нов, JBL улучшила конструкцию за счет применения двух новых функций.

Сначала я объясню, как работает дифференциальный привод, сравнив новую конструкцию со стандартным подходом. Для сравнения яблок с яблоками предположим, что обе конструкции имеют одинаковую общую плотность потока в зазоре и что количество меди и движущейся массы одинаково в каждой конструкции. В традиционной структуре JBL магнитный поток B пересекает зазор, в котором медная катушка имеет полное электрическое сопротивление R [e].Эти величины определяют значение коэффициента электромеханической связи (Bl) 2 / Re.

В топологии дифференциального привода есть два магнитных зазора с противоположным потоком. Две звуковые катушки подключены с обратной полярностью, поэтому создаваемые ими механические силы складываются. Чтобы движущаяся масса оставалась прежней, две звуковые катушки должны иметь одинаковую высоту и половину толщины, как в стандартной конструкции. Значение B останется прежним.

После внесения этих изменений общая длина провода звуковой катушки будет удвоена, а сопротивление на единицу длины провода уменьшится вдвое.Общее сопротивление обеих звуковых катушек в серии будет в четыре раза больше, чем при стандартном подходе. Поскольку длина увеличилась вдвое, количество (Bl) 2 теперь будет в четыре раза больше, чем было при стандартном подходе. Это приводит к значению коэффициента связи 4 (Bl) 2 / Re. Удаление четверок дает предыдущее значение (Bl) 2 / Re.

Другими словами, у нас точно такой же коэффициент связи, как и раньше, но мы получили несколько важных преимуществ по сравнению с традиционной конструкцией.Новая звуковая катушка в сборе теперь имеет вдвое большую площадь поверхности, чем традиционная, а это означает, что она будет иметь вдвое большее тепловыделение, чем традиционная одиночная катушка, что напрямую преобразует вдвое (+/- 3 дБ) входную мощность для данной рабочей температуры. и наблюдаемая величина сжатия мощности. Новая структура с двойной звуковой катушкой будет иметь меньшую эффективную индуктивность, чем стандартная, потому что катушки с обратной обмоткой будут иметь отрицательную взаимную индуктивность между собой. Это приводит к более пологой кривой импеданса на более высоких частотах, обеспечивая большую выходную мощность при заданном напряжении возбуждения.Наконец, новая конструкция, как правило, более компактна, а при использовании с неодимовыми магнитами для сборки магнитной цепи требуется меньше стали, следовательно, она намного легче. Однако конструкция не ограничивается новыми магнитными материалами и может использоваться со стандартными ферритовыми магнитами с сохранением преимуществ один и два, указанных выше.

Две важные конструктивные особенности, упомянутые ранее, связаны с общей линейностью системы. Во-первых, две звуковые катушки не размещены в центральных осевых точках их соответствующих магнитных зазоров; они симметрично смещены в осевом направлении наружу, так что общее чистое распределение магнитной индукции в объединенном пространстве зазора является наиболее линейным.Это обеспечивает максимальную линейность перемещения подвижной системы.

При работе на высоком уровне низкочастотные сигналы с высоким смещением часто имеют тенденцию выводить звуковые катушки за пределы их линейной рабочей области. В то время как традиционные конструкции полагаются на прогрессивные конструкции подвески для механического ограничения этого движения, в датчиках дифференциального привода дополнительно используется закороченная электромагнитная тормозная катушка. Это показано на рисунке 1. Катушка расположена посередине между двумя катушками возбуждения, и при нормальных отклонениях она практически инертна.При больших отклонениях закороченная катушка поочередно входит в каждое магнитное поле, и в катушке индуцируется ток. Этот индуцированный ток, согласно закону Ленца, противодействует движению, которое его вызывает. Результатом является дополнительное торможение при движении конуса, что снижает искажения.

Подписаться

Чтобы получать больше подобных новостей и быть в курсе всех наших ведущих новостей, функций и аналитических материалов, подпишитесь на нашу рассылку новостей здесь.

Как собрать робота Учебники


ПРОГРАММИРОВАНИЕ — ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫЙ ПРИВОД

Что такое робот с дифференциальным приводом?
Дифференциальный привод — это метод управления роботом только с двумя моторизованными колесами.Важность этого алгоритма для конструктора роботов заключается в том, что он также является самым простым. метод управления роботом.

Термин «дифференциал» означает, что скорость поворота робота определяется разницей скоростей. между обоими колесами по обе стороны от вашего робота. Например: оставьте левое колесо неподвижным и поверните правое колесо вперед, и робот повернет налево. Если ты умеешь с этим, или использовать ПИД-регулирование, Вы можете получить интересные изогнутые дорожки, просто меняя скорость обоих колес с течением времени.Не хочешь повернуться? Пока оба колеса едут одновременно скорости, робот не поворачивается — только движется вперед или назад.

Алгоритм дифференциального привода полезен для роботов-гонщиков. Это движение самое базовый из всех типов и настоятельно рекомендуется для начинающих. Механическая конструкция, как и алгоритм управления, не может быть ничего проще этого.

Обратите внимание, что этот алгоритм работает не только для колесных роботов, но и тот же алгоритм, который вы должны использовать для роботов типа протектора танка и двуногих роботов.Примеры дифференциального привода роботы, смотри мой сумо робот робот-мобипулятор, и робот-лодка.

Как использовать этот алгоритм
Установите на робота два моторизованных колеса по одному с каждой стороны.