18Мар

Кпп роботизированная: 6 правил, о которых мало кто знает :: Autonews

Содержание

Роботизированная коробка передач (РКПП)

Итак, что такое роботизированная коробка передач и какое ее назначение? Роботизированная КПП, как и все предыдущие варианты, имеет следующее предназначение: прием, передача, преобразование крутящего момента с последующей передачей его к ведущим колесам автомобиля. Для человека несведущего, слово «роботизированная» вносит некую неясность, а именно – как робот переключает передачи. Если ответить с юмором, то в коробке не сидит «дядя робот» и не переключает своими железными руками рычаг управления передачами. Вместо «дяди робота» есть «умная» автоматика управления и необходимое количество исполнительных устройств. Но обо всем по порядку…

Условно РКПП (роботизированная коробка передач) состоит из «простой» механической коробки передач, устройств выжима сцепления и переключения передач (актуаторов), микропроцессорной системы управления и внешних датчиков. Можно ли считать РКПП неким вариантом АКПП? Сразу отметим – нет! Принцип построения «робота» ближе к «механике», с автоматическим управлением. Единственное сходство с автоматической коробкой передач это наличие сцепления в корпусе коробки, а не на маховике как в «механике». И в современных коробках находится два сцепления, для чего это нужно расскажем ниже.

 

Теперь о компонентах и узлах:

  • РКПП – узел, собранный по принципу МКПП, но имеющий два ведущих вала, которые находятся друг в друге, т.е. внешний вал имеет внутреннюю полость, в который вставляется внутренний первичный вал. На внешнем валу находятся шестерни привода второй, четвертой и шестой передачи, для шести ступенчатой коробки. Соответственно на внутреннем валу имеются шестерни пары первой, третьей, пятой и задней передачи. Каждый из валов имеет свое сцепление.
  • Актуаторы – это электрические или гидравлические сервоприводы, которые предназначены для механического передвижения синхронизаторов коробки передач и включения\выключения сцеплений. Электрический актуатор представляет собой электродвигатель с редуктором, а гидравлический — это простой гидроцилиндр, у которого шток связан с нужным синхронизатором.
  • Микропроцессорный блок управления (МБУ) – основной узел «сердцем», которого является довольно мощный процессор. К процессору через буферные порты подключены внешние датчики от двигателя внутреннего сгорания, систем ESP, ABS и др. Обычно блок управления коробкой совмещен с бортовым компьютером. Для хранения данных о том, что должна выполнять коробка передач при поступлении той или иной информации от датчиков, применяется ПЗУ, в которое и «заливается» алгоритм работы, в народе именуемой «прошивкой».

 

Рассмотрим принцип работы. В начале движения, как и у МКПП, должно плавно включиться сцепление. За это «отвечает» актуатор сцепления, который по команде МБУ медленно вращает редуктор. Сигнал на начало движения дает водитель, включив рычажок переключателя. Включается первое сцепление внутреннего первичного вала, одновременно актуатор синхронизатора подводит его к шестерне первой передачи, далее идет блокировка шестерни на валу, которая приводит в действие шестерню вторичного вала. Автомобиль тронулся с места, но водитель продолжает нажимать педаль акселератора… Сколько нужно времени, что бы включилась вторая передача, не повредив шестерни, синхронизаторы и прочее? Наверное, продолжительное. Именно первые «роботы» и «страдали» провалами между переключениями, потому, что электронике так же надо подумать, что бы ни сломать себя. Вот именно для сокращения времени переключения и было введено в конструкцию коробки второе сцепление и второй вал. Весь алгоритм работы сводится к тому, что пока работает первая передача, уже ждет включения вторая и как только МБУ даст команду, включается второе сцепление, внешний первичный вал и вторая передача. Далее по накатанной, – ждет сигнал третья передача и т.д. Время переключения сокращается до минимума, даже водитель не сможет так быстро переключить МКПП.

 

МБУ выдает сигналы, анализируя поступившие данные с внешних датчиков. При уменьшении скорости движения или увеличении нагрузки, например, подъем в гору, МБУ переключает в обратной последовательности передачи.

А как же быть, если нужна только пониженная передача, например, для преодоления препятствий? Для этого на МБУ водитель подает сигнал к отмене дальнейших передач после первой. Для езды задним ходом, так же в блок управления подается команда, при которой актуатор приводит в действие внутренний первичный вал и шестерню заднего хода.

 

Современные «коробки-роботы» это концепция, разработанная в 80-х, но с применением новейших разработок улучшающих работу коробки. Каждый производитель старается внести что-то новое и зарегистрировать свой товарный знак.

Например «Ricardo» на свой «Eаsytronic» начала устанавливать один многофункциональный актуатор, что поспособствовало уменьшению габаритных размеров «робота».

Volkswagen начал массово устанавливать на свои автомобили КПП робот под аббревиатурой S-tronic, (коробка прямого включения), что характерно, были разработаны варианты и для заднеприводных авто.

Свои разработки  улучшающие работу коробок-роботов имеются во многих компаниях (Ford, Fiat, Mitsubishi, BMW).

 

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

 

Чем отличается роботизированная коробка передач от автомата

27.04.2021

Реклама наших партнеров

При выборе автомобиля важно обращать внимание не только на двигатель (бензин, дизель, гибрид и т.п.), но и на трансмиссию. Дело в том, что коробка передач считается вторым по важности агрегатом после ДВС.

С учетом того, что сегодня автоматические коробки передач пользуются большим спросом, автопроизводители предлагают большой выбор КПП данного типа, начиная с «классического» гидротрансформаторного автомата или вариатора и заканчивая роботизированными трансмиссиями.

Далее мы рассмотрим, в чем отличие роботизированной коробки передач от автоматической, а также какие сильные и слабые стороны имеют указанные типы коробок передач.

 

В чем отличие роботизированной коробки передач от автоматической КПП

Прежде всего, возможность выбрать тот или иной автомат порождает споры среди автолюбителей, так как вполне логичным является вопрос, какая коробка лучше.  Важно понимать, что от типа КПП напрямую будет зависеть удобство эксплуатации ТС, динамика разгона, топливная экономичность.

Также для многих немаловажным фактором является возможность активно использовать автомобиль в тех или иных условиях, общая надежность машины, затраты на обслуживание и срок службы трансмиссии. Теперь давайте рассмотрим АКПП и РКПП более подробно.

 

Гидромеханическая автоматическая коробка передач (АКПП)

Начнем с того, что появился данный тип трансмиссии около 100 лет назад, то есть немногим позже, чем традиционная МКПП. Конструкция проверена временем и хорошо изучена.  В основе такой коробки лежат два агрегата: планетарный редуктор и гидротрансформатор.

Благодаря ГДТ, который фактически является сцеплением коробки автомат, удается добиться плавной передачи крутящего момента от ДВС на входной вал коробки. В результате переключения передач происходят без ударов и рывков.

Планетарный редуктор, фактически, является так называемой планетарной передачей. Если просто, в конструкции КПП имеются наборы шестерней, которые после зацепления друг с другом образуют ступени.

Также в коробках передач данного типа в большом объеме используется трансмиссионная жидкость ATF, которая является не просто смазкой (по аналогии с трансмиссионным маслом механических КПП), а рабочей жидкостью. Дело в том, что в гидротрансформаторе, который является преобразователем крутящего момента, именно через жидкость передается указанный крутящий момент.

Еще в конструкции присутствует гидроблок (гидроплита АКПП). Указанная плита представляет собой блок управления (мозг) АКПП, так как жидкость АТФ по отдельным каналам в указанной плите подается под давлением. ЭБУ АКПП управляет работой специальных клапанов (соленоидов), которые также установлены в гидроблоке.

Благодаря слаженной работе указанных устройств происходит своевременное и мягкое включение передач, причем полностью в автоматическом режиме, то есть без участия водителя. Также существуют АКПП Типтроник, где реализована дополнительная функция ручного переключения передач. 

 

Роботизированная коробка передач (РКПП)

Сразу отметим, что роботизированная коробка передач является механической коробкой с автоматическим управлением. При этом попытки «автоматизировать» коробку-механику также предпринимались достаточно давно, однако на начальном этапе инженеры столкнулись с целым рядом проблем.

Основной задачей стала необходимость создания высокоточных и быстродействующих исполнительных сервомеханизмов, которые способны обеспечить нужное усилие для выбора, включения/выключения передач, а также для обеспечения нормальной работы сцепления в автоматическом режиме.

При этом нужно учитывать, что в случае с механикой такие усилия должны быть намного больше, чем в АКПП. Также следует отметить и то, что особые требования выдвигаются и к электронному блоку управления, который работает по особым алгоритмам. В результате успешно действующая роботизированная автоматическая трансмиссия появилась сравнительно недавно и стала массовой намного позже по сравнению с «классическим» гидромеханическим автоматом.

Что касается устройства, роботизированная коробка представляет собой МКПП, где за выбор и включение передач отвечают актуаторы (исполнительные механизмы), также имеется отдельный привод сцепления. Актуаторами являются шаговые электродвигатели с редуктором и исполнительным механизмом. Также могут быть использованы гидравлические актуаторы (гидропривод). Работой данных элементов управляет ЭБУ коробкой вместо водителя.

Блок управления посылает сигнал на сервопривод, который выжимает сцепление, включает нужную передачу и т.д. Также контроллер учитывает скорость движения ТС, обороты ДВС, нагрузку на двигатель/положение дроссельной заслонки и ряд других параметров.

Еще роботизированные коробки имеют ручной режим, который активируется путем использования селектора коробки передач или подрулевых лепестков. Данная функция позволяет водителю понижать и повышать передачи самостоятельно.

 

Коробка робот или автомат: что лучше

Как видно, роботизированная коробка сильно отличается от гидромеханического автомата. Более того, во время эксплуатации ТС с тем или иным видом КПП нужно учитывать определенные особенности и нюансы.

  • Что касается «классических» автоматов, такая трансмиссия отличается надежностью и большим сроком службы, но только при условии правильной эксплуатации.

Коробка АКПП нуждается в прогревах перед поездками, регулярной замене масла и фильтра АКПП каждые 50-60 тыс. км. При этом можно использовать только высококачественные жидкости ATF, рекомендуемые производителем автомобиля. Еще коробка автомат с гидротрансформатором не рассчитана на высокие нагрузки и агрессивный стиль езды, предельно чувствительна к перегревам трансмиссионного масла, нагреву жидкости во время длительных пробуксовок (в снегу, на льду или в грязи).

Автомобили с данной трансмиссией не рекомендуется буксировать без вывешивания ведущих колес, также не следует активно использовать машину с автоматом для перевозки тяжелых грузов, прицепа или буксировки других авто.

Также следует отметить, что минусом АКПП является повышенный расход топлива (на 10-15%) по сравнению с аналогами, а также снижение разгонной динамики из-за потерь в ГДТ. Также в случае ремонта АКПП следует быть готовым к серьезным расходам.

  • Роботизированная трансмиссия конструктивно проще и дешевле АКПП. Такая коробка более экономична, не боится нагрузок, ее не нужно отдельно прогревать, в агрегат заливается меньше масла, данную трансмиссию дешевле обслуживать, автомобиль с роботом лучше разгоняется.

Однако на деле есть и существенные минусы. Прежде всего, все РКПП делятся на два типа: однодисковый робот (с одним сцеплением) и преселективная КПП (с двумя сцеплениями).

Так вот, в первом случае нельзя говорить о высокой надежности и комфорте при езде. Роботизированная коробка с одним сцеплением ставится на бюджетные авто и некоторые модели среднего класса. При этом такой автомат отличается тем, что во время переключения передач водитель ощущает рывки, толчки, коробка может затягивать переключения передач и т.д.

Сцепление и сервомеханизмы однодисковых роботов также имеют сравнительно небольшой срок службы (около 80-100 тыс. км.), ремонтопригодность низкая, то есть нужно полностью менять данные устройства. Обратите внимание, стоимость актуаторов довольно высокая (в отдельных случаях сопоставима со стоимостью ремонта гидромеханической АКПП).

Что касается преселективных роботов (типа DSG или Powershift), в этом случае данные АКПП максимально приближены к классическим автоматам и вариаторам в плане комфорта. Подобные трансмиссии наиболее удачно сочетают в себе положительные качества механики и классического автомата (плавность и высокая скорость переключения передач, динамика, топливная экономичность, возможность «нагружать» трансмиссию, снижение расходов на обслуживание).

При этом преселективные РКПП намного дороже и сложнее своих однодисковых аналогов. Также ресурс таких коробок все равно меньше, чем в случае с традиционными гидромеханическими автоматами. В отдельных случаях может потребоваться замена дорогостоящих актуаторов, мехатроника (гидроблока), пакетов сцеплений и других элементов уже к 150 тыс. км. пробега.

 

Подведем итоги

С учетом вышесказанного становится понятно, в чем заключаются отличия роботизированной коробки передач от автоматической, а также какие плюсы и минусы имеет коробка робот по сравнению с АКПП.

На практике автомат является более надежным, что зачастую сводит на нет многие преимущества робота, который оказывается дорогим в ремонте. По этой причине, особенно на вторичном рынке б/у авто, многие останавливают свой выбор на классическом автомате.

Однако если машина приобретается новой, и потенциальный владелец не планирует проездить на таком автомобиле более 150 тыс. км, тогда современный преселективный робот с расширенной гарантией производителя вполне может оказаться оптимальным решением.

Если же на первом плане надежность и ресурс, водитель практикует спокойный стиль езды, машина не приобретается для эксплуатации в тяжелых условиях, тогда необходимо смотреть исключительно в сторону АКПП.

 

 

Источник: krutimotor.ru

Реклама наших партнеров

Акционные товары

Роботизированная коробка передач

Можно сказать, что роботизированная коробка передач занимает промежуточное положение между механической и автоматической трансмиссиями. Идея создания «робота» заключалась в том, чтобы в одной коробке передач сочетались бы комфорт, надежность и экономичность с точки зрения топлива. При этом роботизированная коробка должна была стоить намного дешевле классического «автомата». Как показывает практика, обе цели в итоге были достигнуты.

По сути, роботизированная коробка передач является «эволюцией» обычной механической трансмиссии. Устройство и принцип работы «механики» довольно простой. Главными составляющими элементами являются первичный (ведущий) и вторичный (ведомый) валы.             На ведущий вал передается крутящий момент от двигателя.  Ведомый вал преобразовывает крутящий момент и передает его на передние или задние колеса в зависимости от типа привода автомобиля.

На каждом из валов присутствуют шестерни. На ведущем валу они жестко закреплены, а на ведомом свободно вращаются. Именно поэтому, когда коробка передач находится в нейтральном положении, ведущие колеса не получают крутящий момент.

На автомобиле с обычной механической коробкой передач, водитель сначала выжимает сцепление, тем самым отсоединяя первичный вал от мотора. После этого, с помощью рычага коробки на вторичном валу начинают двигаться и перемещаться синхронизаторы, которые не позволяют муфте заблокировать шестерню, пока их скорости вращения не станут одинаковыми. Когда это условие выполнено, синхронизатор жестко блокирует шестерню выбранной передачи на вторичном валу.  Чтобы крутящий момент сначала попал на ведомый вал, а от него на главную передачу и ведущие колеса, необходимо включить сцепление.

Но если механической трансмиссией управляет водитель, т.е. он включает и выключает сцепление, выбирает необходимую передачу, то в роботизированной коробке все эти функции  выполняет электроника, которая состоит из входных датчиков, электронного блока управления и исполнительные механизмы.

Основная функция входных датчиков заключается в постоянном контроле основных параметров коробки передач. Полученная датчиками информация далее передается в электронный блок управления, который взаимодействует с различными системами автомобиля, такими как ABS, ESP, отслеживает обороты двигателя, скорость движения. Кроме этого, в блок заложена программа управления исполнительными механизмами. На основе полученных данных, электронный блок дает команды исполнительным механизмам, которыми являются сервоприводы – актуаторы.

Как только от электронного блока поступает команда на включение передачи, один сервопривод выжимает сцепление, второй передвигает муфту и включает выбранную передачу. Сразу после включения передачи первый сервопривод плавно отпускает сцепление. Таким образом, водителю не нужно выжимать педаль сцепления, да ее собственно  и нет, так как все делает электроника.

Большинство «роботов» имеют два режима работы. В автоматическом режиме все команды, касающиеся работы сцепления и включения необходимой в данный момент передачи, поступают от электронного блока управления. В ручном режиме, водитель самостоятельно переключает передачи.

Недостаток роботизированной коробки передач

При смене передач в автоматическом режиме «робот» надолго прерывает идущую к колесам мощность от двигателя. Причем такие разрывы достаточно продолжительны во времени, чтобы водитель успел их заметить и ощутить.

Чтобы полностью исключить такие провалы или хотя бы существенно сократить время, затрачиваемое на переключение передач, в начале 1980-х годов была разработана роботизированная коробка передач с двойным сцеплением — DCT (dual clutch transmission). Самым известным представителем подобной трансмиссии является коробка DSG, которая применяется на автомобилях Volkswagen, Audi и др.  

 

Принцип работы роботизированной коробки передач

Все давно привыкли к автоматизированным коробкам переключения передач на автомобилях, ведь их аналоги ставились еще на Ford T, но многих до сих пор пугает словосочетание «роботизированная коробка». Попробуем разобраться в ее устройстве.

Автор: Никита Новиков, редактор

Фото: www.cardoen.be

Для знакомства с роботизированной КПП необходимо вспомнить основы устройства обычной механической коробки передач. Главной составляющей МКПП являются 2 вала — первичный, на который и передается крутящий момент силовой установки, и вторичный, с которого преобразованный момент перераспределяется на колеса. На оба вала насажены шестерни, попарно находящиеся в зацеплении. Шестерни первичного вала закреплены на нем жестко, а на вторичном они свободно вращаются. В нейтральном положении ручки КПП все вторичные шестерни прокручиваются на валу свободно и крутящий момент на ведущую ось не поступает. При переключении передач выжатым сцеплением отсоединяется от зацепа с двигателем первичный вал, а переводом рычага КПП на вторичном валу перемещаются синхронизаторы. При подведении муфта синхронизатора жестко блокирует на валу вторичную шестерню нужной передачи. После снятия ноги с педали сцепления крутящий момент с заданным коэффициентом передается на вторичный вал, а далее и на главную передачу и колеса.

Принцип действия роботизированных коробок передач совпадает с принципом работы «механики». Только действия по смыканию/размыканию сцепления и выборому передач в данном типе коробок выполняют актуаторы. В большинстве случаев это шаговый электромотор с редуктором и исполнительным механизмом. Управляет актуаторами электронный блок.

В автоматическом режиме команда на переключение передачи поступает от бортового компьютера, учитывающего скорость движения, обороты двигателя, данные ESP, ABS и других вспомогательных систем. А в ручном — от водитель при переключении селектора КПП или лепестков, расположеных под рулем.

Основная проблема роботизированных КПП — отсутствие обратной связи по сцеплению. Человек чувствует диски смыкаются и может контролировать скорость и плавность переключения. А электроника вынуждена перестраховываться: чтобы избежать рывков и сохранить сцепление, «робот» надолго разрывает поток мощности от двигателя к колесам во время переключения.

Фото: www.motor-talk.de

Инновацией в автомобилестроение стала появившаяся в начале 1980 годов трансмиссия с 2 сцеплениями DCT — dual clutch transmission. К их числу можно отнести 6-ступенчатую коробку DSG концерна Volkswagen. У немецкого варианта 2 вторичных вала с расположенными на них ведомыми шестернями и синхронизаторами — как у 6-ступенчатой МКПП, устанавливаемой на Golf. Фокус в том, что первичных валов тоже два и они вставлены додин в другой по принципу матрешки и соединены с двигателем через отдельное многодисковое сцепление. На внешнем первичном валу закреплены шестерни 2, 4 и 6 передач, на внутреннем — 1, 3, 5 и заднего хода. Электроника автоматически готовит следующую передачу и при необходимости моментально ее включает, одновременно с этим подготавливая следующую передачу на другом валу.

Смена передач происходит с минимальным по времени разрывом потока мощности и с невероятной скоростью. Серийная коробка Volkswagen Golf переключается за 8 мс, а для сравнения, на Ferrari Enzo — 150 мс!

Коробки с двойным сцеплением расходуют меньше топлива и быстрее меняют скорости по сравнению с традиционными механическими, при этом более комфортны, чем АКПП. К основным недостаткам можно отнести высокую цену. Другая проблема — неспособность передавать большой крутящий момент — решили с появлением DSG фирмы Ricardo на 1000-сильном купе Bugatti Veyron. Но пока на большинство суперкаров устанавливаются «роботы».

Сегодня коробки DCT разработаны компаниями BMW, Ford, Mitsubishi и FIAT. Данный тип признали даже конструкторы Porsche, которые применяют в своих моделях исключительно проверенные технологии. Эксперты считают, что в скором времени самыми распространенными трансмиссиями будут «роботы» DCT и вариаторы.

Роботизированные коробки передач.


Роботизированная коробка передач или коробка-робот




Роботизированная коробка передач (РКПП, или робот) представляет собой механическую КПП, в которой функция переключения передач возлагается на сервопривод, управляемый электронным блоком управления.
Этот тип коробок передач можно отнести к автоматическим, поскольку водитель освобождается от необходимости самостоятельного выбора передач и их ручного переключения.

Автомобиль, оборудованный роботизированной коробкой передач, не имеет педали сцепления, поскольку управление сцеплением полностью возлагается на автоматический сервопривод.
Структура роботизированной КПП включает механическую коробку передач, блок управления переключением передач (актуатор переключения передач), и блок управления сцеплением (актуатор сцепления). Актуаторы робота управляются электронным блоком управления посредством сигналов, формируемых специальной программой на основании показаний различных датчиков.
Блок управления (ЭБУ) коробки передач может быть самостоятельным, либо совмещенным электронной системой управления двигателем (ЭСУД).
Актуаторы переключения передач и управления сцеплением могут быть с гидравлическими или электрическими исполнительными механизмами, и управлять однодисковым или двухдисковым сцеплением.

Гидравлические исполнительные механизмы работают благодаря давлению жидкости (масла), которое создается в системе специальным гидронасосом, т. е. такие механизмы могут образовываться парами гидроцилиндр-гидронасос, либо гидромотор-гидронасос. Воздействие на конечное звено сервопривода обычно осуществляется посредством системы рычагов или зубчатых передач. Несмотря на ряд преимуществ, этот тип сервопривода несколько дороже в производстве, чем электрический, поэтому обычно устанавливается на более дорогих моделях автомобилей.

Гидравлический привод имеют следующие конструкции коробок передач: ISR (Independent Shifting Rods) (Lamborghini), SMG (BMW), Quickshift (Renault), R-Tronic (Audi), Selespeed (Alfa Romeo).

Электрические исполнительные механизмы чаще всего используют для работы портативные электродвигатели постоянного тока, которые также воздействуют на конечное звено сервопривода через рычаги и зубчатые передачи. Однако в актуаторах сцепления обычно используется комбинированный электрогидравлический сервопривод, в котором электродвигатель через систему рычагов и передач воздействует на главный цилиндр сцепления, а дальше усилие передается рабочему цилиндру рабочей жидкостью гидропривода.

Электрический привод отличает относительно невысокая скорость работы (время переключения передач 0,3-0,5 с) и меньшее энергопотребление. Гидравлический привод предполагает постоянное поддержание давления в гидросистеме посредством насоса, который отнимает энергию у двигателя, однако он более быстрый при переключении передач, способствуя динамике разгона автомобиля. Эти качества и определяют область применения «роботов» с электрическим приводом на бюджетных автомобилях, с гидравлическим приводом – на более дорогих моделях машин.

Электрическим приводом оснащаются следующие конструкции коробок передач: Easytronic (Opel), Allshift (Mitsubishi), Dualogic (Fiat), Durashift EST (Ford), MultiMode (Toyota), SensoDrive (Citroen), 2-Tronic (Peugeot).



Актуатор управления сцеплением имеет электронную связь с педалью тормоза – нажатие на эту педаль приводит к выключению сцепления, которое затем включается при отпущенной тормозной педали.

Актуатор переключения передач коробки-робота содержит, чаще всего, два привода – один управляет перемещением рычагов выбора передачи по горизонтали (или вертикали), другой – поворачивает рычаги и валы вдоль оси в ту или иную сторону.
Согласование работы отдельных элементов управления роботизированной коробкой передач осуществляет ЭБУ, программа которого управляется многочисленными датчиками, устанавливаемыми в приводе (различные датчики положения и скорости).

При управлении автомобилем с роботизированной коробкой передач водитель нажимает на педаль тормоза, запускает двигатель, и устанавливает вручную первую (или заднюю – обозначение «R») передачу в автоматическом режиме (обозначение режима — «А», «Е» или «D»).
При отпускании педали тормоза и нажатии на акселератор автомобиль начинает движение в выбранном направлении. По мере нарастания скорости автомобиля автоматика переключает передачи на более высокие, и наоборот – по мере снижения скорости происходит включение более низких передач.
Роботизированные коробки могут использоваться и в ручном режиме (режим «М»), т. е. водитель может самостоятельно управлять переключением передач (значки «+» и «-»).
Включенная нейтральная передача обычно высвечивается значком «N» на щитке приборов.

По сравнению с гидромеханической АКПП роботизированная коробка передач имеет ряд преимуществ, которые сказываются, в первую очередь, на динамике и экономичности автомобиля. Автомобиль с роботом разгоняется, как правило, резвее, чем с АКПП. Кроме того, роботизированная коробка передач обеспечивает экономию топлива примерно на 25% в сравнении с гидравлическими АКПП, и значительно дешевле в обслуживании и ремонте.

К недостаткам РКПП можно отнести необходимость в периодических настройках сцепления по мере износа диска (или дисков) сцепления, а также более жесткое переключение передач по сравнению с АКПП. При движении в пробках и при неграмотном управлении роботизированная коробка быстрее изнашивается, а ее актуаторы могут сбиться с настроек. Тем не менее, по мере усовершенствования конструкции актуаторов и применению современных технологий и программного обеспечения, роботизированные коробки передач все чаще встречаются на легковых автомобилях разных производителей.

Ниже приведен видеоролик, в котором подробно поясняется принцип работы роботизированной коробки перемены передач.

***

***

Ступенчатые коробки передач


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Что такое коробка передач робот, в чем разница с автоматом и вариатором

 Рядовому автолюбителю достаточно сложно уследить за изменениями конструкции автомобилей, особенно в тех случаях, когда они касаются таких сложных и дорогостоящих агрегатов, как коробка передач.
Что значит коробка «робот» в машине?
Чем отличается робот от автомата и вариатора?
Какая коробка надёжней – автомат или робот?
Для того, чтобы разобраться с этими и другими вопросами, прежде всего, нужно знать, как работает коробка передач робот – хотя бы в общих чертах, не вдаваясь в детали.

Содержание статьи

Коробка автомат и робот — в чём разница

Принцип работы коробки робот

 

Схема работы коробки передач робот (РКПП)


 

Роботизированная КПП работает как и механическая, но включение-выключение передач и сцепления осуществляется при помощи сервоприводов, приводимых в действие актуаторами.

Прежде, чем сравнивать различия в принципе работы коробки робот от автомата, правильнее будет описать работу традиционной «механики» – так легче понять принципиальную разницу работы механизмов.
В случае с «механикой» все действия, связанные с изменением передаточного числа трансмиссии, осуществляются водителем. То есть Вы сначала выключаете муфту сцепления – тем самым разъединяете двигатель и трансмиссию.
Далее нужно включить требуемую передачу и включить сцепление, для того, чтобы крутящий момент (значение которого зависит от выбраннои передачи, или ступени) от двигателя передался через КПП к колёсным приводам.
Роботизированная коробка передач работает сходным образом, но включение передач и включение-выключение сцепления осуществляется при помощи сервоприводов, приводимых в действие актуаторами. Актуаторы могут быть как электрическими, так и гидравлическими, электропневматическими и пр.
Электрический актуатор – это одноходовой электрический двигатель и его работа полностью идентична работе электрического дверного замка (конечно же, автомобильного). Гидравлический и пневматический актуаторы работают сходным образом, но приводятся в действие маслом или воздухом.
Управление сервоприводами осуществляет электронный блок управления, считывая и обрабатывая информацию, поступающую от различных датчиков – АБС, выключателя стоп-сигнала, датчика положения дроссельной заслонки и т.п.
 

Коробка передач робот (РКПП) в разрезе


 
Как видите, робот – это, в принципе, та же «механика», но управляемая уже не вручную. Муфта сцепления и валы КПП устроены так же, как и на обычной коробке.

РКПП – это, в принципе, та же «механика», но управляемая уже не вручную. Муфта сцепления и валы КПП устроены так же, как и на механической коробке.

Исключение составляют так называемые преселекторные КПП – они имеют две муфты сцепления и два первичных вала, которые вставлены один внутри другого. Такое усложнение конструкции вызвано медленной работой исполнительных механизмов, в результате которой во время разгона автомобиля был заметный провал, так как актуаторы не могут работать с достаточной скоростью, и в момент смены ступеней (передач) муфта сцепления остаётся разъединённой – дольше, чем при ручном включении-выключении.
Двойное сцепление и двойной первичный вал в преселекторных роботизированных КПП работают согласованно. Например, во время разгона блок управления, как бы прогнозируя дальнейший разгон, включает повышенную передачу на одном из валов, но муфта сцепления ещё разъединена – крутящий момент передаётся другой парой муфта-вал. В нужный момент включается вторая муфта, и усилие передаётся через другой вал – со включенной заранее повышенной передачей.
То есть, преселекторная КПП – это практически две коробки, вставленные одна в другую, что, конечно же, сказывается на стоимости подобных агрегатов – устанавливаются они только на дорогих суперкарах. Время переключения передач в такой КПП, по сравнению с обычным роботом, сокращено примерно в 20 раз.

Чем же отличается робот от автомата

 

Автоматическая коробка передач (АКПП) в разрезе


 
В «классической» гидротрансформаторной АКПП иной даже способ передачи крутящего момента. Он осуществляется не за счёт силы трения, возникающей между ведущим и ведомым дисками сцепления, а за счёт передачи кинетической энергии насосного колеса гидротрансформатора, жёстко закрепленного на маховике, турбинному колесу, соединённому с валом АКПП. Проще говоря, лопасти насосного колеса толкают (закручивают) масло (ATF), которое, в свою очередь, приводит во вращение турбинное колесо.

Автоматическая КПП принципиально отличается от РКПП конструктивными особенностями и способом передачи крутящего момента.

Это, конечно же, упрощенная схема работы АКПП – в конструкции гидротрансформатора есть ещё такая деталь, как реактор – именно он превращает гидромуфту в гидротрансформатор, то есть в узел, который не просто передаёт крутящий момент, но, при необходимости, и меняет его значение. Например, при разгоне реактор обеспечивает увеличение крутящего момента, «подталкивая» турбинное колесо.
Иную конструкцию имеют и валы АКПП – их шестерни уже имеют иной – планетарный – тип зацепления, а муфта сцепления, как таковая, вообще отсутствует – её заменяют пакеты фрикционов.
По сравнению с роботом, АКПП имеет большее быстродействие и плавность хода при разгоне, так как исполнительные механизмы приводятся в действие тем же маслом, которым смазываются детали агрегата, и срабатывают практически мгновенно – при условии, что АКПП прогрета.

Коробка-робот — отзывы

 

 
В силу своей конструкции коробка-робот имеет свои плюсы и минусы. Многие автовладельцы отмечают, что коробка робот плоха тем, что не имеет той плавности хода, которая характерна для гидротрансформаторной коробки. Преселективные же роботы, хоть и лишены этого недостатка, имеют довольно, если можно так сказать, «неуклюжую» конструкцию – уж слишком дорогой ценой в них достигается быстродействие.

Роботизированные коробки передач, в отличии от автоматических КПП, переключают быстрее и плюс они более экономны.

Но робот обладает и несомненными достоинствами – в силу того, что это лишь видоизменённая «механика», ремонт коробки-робота достаточно легко осуществить в условиях обычного автосервиса.
В гидротрансформаторной АКПП, несмотря на то, что она кажется более простой, решающее значение имеет точность изготовления деталей. В результате этого многие её неисправности очень сложно диагностировать – малейшая потеря давления масла может послужить причиной сбоев в работе трансмиссии. Иногда даже замена масла и масляного фильтра может иметь неблагоприятные последствия – авто начинает дёргаться, иногда даже при равномерном движении.
Но в целом всё же, если проанализировать отзывы владельцев, то на вопрос – «что лучше – автомат или робот?» можно сказать, что автомат всё-таки лучше. Может быть, развитие технологий и изменит эту ситуацию – ведь ещё не так давно осуществить выпуск роботизированных коробок передач было невозможно именно из-за того, что технологии недавнего прошлого не позволяли наладить выпуск сервоприводов, обладающих приемлемыми компактностью и быстродействием.
Вариатор, строго говоря, не является коробкой выбора передач – изменение величины крутящего момента осуществляется бесступенчато, поэтому вариаторная трансмиссия требует отдельного изучения.

Как управлять коробкой робот

Управление автомобилем с коробкой робот принципиально не отличается от управления машиной с АКПП. Для наглядности можете сравнить рычаги (селекторы) той и другой коробки, изучив фото:
 

Рычаги управления (селекторы) коробками передач


 

Отличий в правилах буксировки машин с РКПП нет – достаточно лишь избегать резких нажатий на педаль «газа» и динамичных разгонов – во избежание рывков трансмиссии.

Как видно из фотографии, выбор передач на роботе можно осуществлять вручную – достаточно лишь на краткое время переместить селектор в положение, соответствующее повышенной («+») или пониженной (« – «) передаче. Блок управления контролирует работу КПП и в режиме ручного управления, поэтому излишний «перескок» при выборе передачи исключается.
Некоторых автолюбителей интересует, можно ли возить прицеп на авто с коробкой робот, а также – можно ли буксировать машину с коробкой-роботом. Отличий в правилах буксировки для таких авто нет – достаточно лишь избегать резких нажатий на педаль «газа» и динамичных разгонов – во избежание рывков трансмиссии.
В остальном же, если Вы купите машину с РКПП, особенных вопросов, как пользоваться коробкой робот, у Вас не возникнет – современные авто сделаны для пользователей, а не для профессионалов, поэтому управление ими, как правило, интуитивно понятно.
Скорее всего, вопросы о том, как правильно пользоваться коробкой робот, связаны с привыканием к новой машине – ведь даже два автомобиля, сошедшие с конвейера один за другим, немного отличаются друг от друга.
 

Сравнительный анализ роботизированной коробки переключения передач и автоматической коробки переключения передач



Коробка передач (коробка переключения передач, КП, КПП, англ. Gearbox) — агрегат (как правило, шестерёнчатый) различных промышленных механизмов и трансмиссий механических транспортных средств.

Автомобили нашего времени могут оборудоваться одним из четырех видов КПП:

– Механической

– Автоматической

– Роботизированной

– Вариаторной.

Более подробно из четырех видов КПП рассмотрим две КПП:

– автоматическую

– роботизированную.

Первые попытки создания простейших АКПП относятся к началу автомобилизма — 30-м годам прошлого века. Например, в автомобилях Ford-T начала использоваться планетарная механическая трансмиссия, в автомобилях корпораций General Motors и Reo — первые полуавтоматические трансмиссии.

Хотя конструкции были далеки до идеала, это послужило мощным толчком в развитии конструкторской мысли. Первые полноценные АКПП появились на американских автомобилях General Motors в 1940-х годах. На известных моделях Cadillac, Oldsmobile, Pontiac опционально стала доступна полностью автоматическая трансмиссия.

В СССР дело с «автоматами» обстояло несколько хуже, но разработки велись и достаточно успешно. Первые АКПП использовались на «государственных» автомобилях (например, на знаменитой «Чайке»), затем — на «народных» автомобилях, в частности на автомобилях ГАЗ. Также АКПП широко применялись на автобусах (городские ЛиАЗы), спецтранспорте.

В 70–90-е годы отечественный автопром коробки-автоматы практически не применял, ограничиваясь более утилитарной и простой «механикой». В 2000-х, отечественные производители вновь решили вернуться к АКПП. К этому их вынудил рынок — выбор потребителей зачастую не в пользу «механики», а иностранные производители предлагают более широкий выбор комплектаций авто как с механикой, так и автоматом.

В устройство АКПП входит:

  1. Гидротрансформатор — механизм, обеспечивающий преобразование, передачу крутящего момента, используя рабочую жидкость. Рабочая жидкость для АКПП обычно, готовое трансмиссионное масло для автоматических коробок передач.
  2. Планетарный редуктор — узел, состоящий из «солнечной шестерни», сателлитов, и планетарного водила и коронной шестерни. Планетарка является главным узлом автоматической коробки.
  3. Система гидравлического управления — комплекс механизмов, предназначенных для управления планетарным редуктором.

Время не стоит на месте, все усовершенствуется, это коснулось и КПП, начали появляться роботизированные коробки передач.

Совместно сложив понятия автомат и механика, конструкторы получили устройство называемой роботизированной коробкой передач, совместившее в себе плюсы и минусы обоих агрегатов.

Коробка с двойным сцеплением, как и много других изобретений, пришла из спорта, точнее с гоночных треков. Первым стремлением создать КПП с двойным сцеплением относится французу Адольфу Кегрессу. Еще в далеком 1939 году всемирно известный конструктор пытался применить свою разработку на легендарном Citroen Traction. Но, к сожалению, данная разработка так и осталось «бумажным проектом», так и не дойдя до конвейера.

Позже, в 80-ых годах 19-го века инженерам Porsche все же удалось создать коробку переключения, способную переключать передачи под нагрузкой, не сбрасывая при этом газа. В гонках данное изобретение имело невероятный успех, ведь даже доли секунд, которые теряются при сбрасывании скорости во время переключения передач, могут решить исход заезда.

За основу конструкции разработчики взяли механическую коробку, более надежную, чем автоматическая, добавив к ней специальные устройства, отвечающие за выжим сцепления с переключением передач.

В обычной механике переключением передачи с выжимом сцепления заведует непосредственно водитель. Он самостоятельно, ориентируясь на дорожную ситуацию используя педаль сцепления с рычагом КПП, выбирает необходимую передачу согласно времени ее включения.

Изобретатели решили исключить водителя из этой цепи, доверив все действия автоматике и компьютеру. Установив узлы-актуаторы, они сделали возможным автоматическое переключение роботизированной коробки, основой которой осталась механика.

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

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

Сравним две коробки передач: автоматическую и роботизированную КПП, выделим их плюсы и минусы.

Преимущества АКП

– АКП обеспечивает простое управление автомобилем.

– Если рассматривать гидротрансформатор в качестве аналога сцепления, становится, очевидно, что по сравнению с традиционным сцеплением, привести в негодность этот механизм, так быстро, как это происходит с классическим сцеплением у новоиспеченных водителей, невозможно.

– АКП не создает таких нагрузок на двигатель, как это может происходить с механикой. Переключение скоростей происходит без лишнего увеличения числа оборотов. Следовательно, ресурс двигателя не расходуется впустую.

– За счет использования гидротрансформатора снижается нагрузка не только на двигатель, но и на ходовую часть автомобиля.

– Автомобили с АКП имеют пассивную систему безопасности. В случае если автомобиль стоит на уклоне, он покатиться не может.

– Для шестиступенчатой АКП характерен меньший расход топлива.

Минусы АКП

– Автомобили с АКП не имеют такой динамики разгона, как это есть на автомобилях с механикой.

– На четырех и пятиступенчатых АКП расход топлива значительный. Особенно это проявляется на четырехступенчатых автоматических коробках.

– В целом автомобили, на которых установлена АКП, имеют меньший КПД. Это происходит из-за того, что значительные потери КПД происходят в гидротрансформаторе.

– Сама автоматическая коробка передач стоит дорого. Дорогостоящий ремонт и обслуживание АКП.

– В АКП используется большой объем масла. Причем масло это дорогостоящее. И это все накладывает свой отпечаток на стоимость обслуживания.

– Автомобиль, на котором установлена автоматическая коробка, менее динамичен. Разгон на нем занимает гораздо больше времени, чем это происходит на механике или на автомобилях с роботизированной коробкой передач.

– Существует определенная инерция в переключении передач.

– Если начало движения происходит на склоне, может произойти определенное скатывание назад.

Роботизированная коробка переключения передач

Плюсы роботизированных коробок передач

– Роботизированные коробки передач более экономичные, по сравнению с АКП. Их экономичность находится на одном уровне с механическими коробками.

– Роботизированная коробка стоит дешевле, чем АКП, к тому же она дешевле в обслуживании и ремонте. Потребляет меньше масла, чем АКП.

– Вес роботизированных коробок меньше, чем коробок-автоматов.

– Могут использоваться специальные системы переключения передач, расположенные на руле, которые делают переключение скоростей весьма быстрым. Таким образом, динамика у автомобиля гораздо выше, чем у автомобилей с автоматами.

Минусы роботизированных коробок передач

– По сравнению с АКП переключение скоростей происходит не настолько плавно. Рывки автомобиля во время переключения весьма ощутимы.

– Существует определенная задержка после включения нужной передачи и началом ее выполнения.

– Практически любая остановка требует переключения рычага в нейтральное положение, чего нет в автомобилях с АКПП.

– Любые пробуксовки при движении негативно сказываются на ресурсе роботизированной коробки передач. Т. е. такая коробка подходит в основном для твердых дорожных покрытий.

– Во время начала движения происходит определенный небольшой откат.

Таким образом, в вопросе о том, что лучше робот или автомат, невоможно ответить однозначно. Для каждого автолюбителя вопрос выбора КП индивидуален, и решает он его самостоятельно, опираясь, на свои интересы об удобстве и комфортности управления автомобилем.

Литература:

  1. Коробка передач // Википедия. URL: http://ru-wiki.ru/wiki/Коробка_передач (дата обращения: 20.01.2017).
  2. Коробка передач. Виды КПП и принцип действия. // DRIVE2.RU. URL: https://www.drive2.ru/b/1096010/ (дата обращения: 20.01.2017).
  3. Что лучше: «робот» или «автомат»? // AUTODROP.RU. URL: http://autodrop.ru/ustroystvo-avtomobilya/822-chto-luchshe-robot-ili-avtomat.html (дата обращения: 20.01.2017).
  4. Как пользоваться коробкой автомат // Wmeste.su. URL: http://wmeste.su/kak-polzovatsya-korobkoj-avtomat/ (дата обращения: 20.01.2017)
  5. Роботизированная коробка передач: стоит ли довериться роботу // АВТОДОНТ. URL: http://autodont.ru/kpp/robotizirovannaya-korobka-peredach (дата обращения: 22.01.2017).

Основные термины (генерируются автоматически): автомобиль, роботизированная коробка передач, переключение скоростей, ABS, автоматическая коробка, двойное сцепление, необходимая передача, нужная передача, планетарный редуктор, рабочая жидкость.

735487701 Рычаг переключения передач Fiat Ducato с 2006 года роботизированная КПП

FIAT

FIAT Ducato 250 2006-2011 2,2 Puma

FIAT Ducato 250 2006-2011 2,3 F1A

FIAT Ducato 250 2006-2011 3,0 F1C

FIAT Ducato 250 2006-2011 3,0 F1C CNG

FIAT Ducato 250 2011-2014 2,3 F1A

FIAT Ducato 250 2011-2014 3,0 F1C

FIAT Ducato 250 2011-2014 3,0 F1C CNG

FIAT Ducato 250 2014- 2,0

FIAT Ducato 250 2014- 2,3 F1A

FIAT Ducato 250 2014-3,0 F1C

FIAT Ducato 250 2014- 3,0 F1C CNG

FIAT Ducato 250 2011-2014 2,0 ​​

CITROEN

Citroen Jumper III 2006-2011 гг. 2,2 HDI

Citroen Jumper III 2006-2011 гг. 3,0 HDI

Citroen Jumper III 2011-2014 гг. 2,2 HDI

Citroen Jumper III 2011-2014 гг. 3,0 HDI

Citroen Jumper III 2014 г. — 2,2 HDI

Citroen Jumper III 2014- 3,0 HDI

Citroen Jumper III 2014- 2,0 HDI

PEUGEOT

Peugeot Boxer III 2 006-2011 2,2 HDI

Peugeot Boxer III 2006-2011 3,0 HDI

Peugeot Boxer III 2011-2014 2,2 HDI

Peugeot Boxer III 2014-2,2 HDI

Peugeot Boxer III 2014-3,0 HDI

Peugeot Boxer III 2014- 2,0 HDI

Peugeot Boxer III 2011-2014 3,0 HDI

Доставка в ЕС

Экономичная доставка по Европейскому Союзу

Для соблюдения сроков доставки необходимо делать заказы до 3.00 вечера Заказы принимаются после 15:00. будет обработано на следующий рабочий день.

Стоимость доставки экономической доставки (цены включают НДС):

Стоимость доставки вкл. НДС
(3-30 кг) *

Греция (GR), кроме островов

Стоимость доставки вкл.НДС
(3-30 кг) *

Доставка по всему миру

Экспресс-доставка (Air Express Delivery)

Для соблюдения сроков доставки заказы необходимо делать до 15.00. Заказы получены после 15:00. будет обработано на следующий рабочий день.

Стоимость доставки экспресс-доставки (цены включают НДС):

* В этот период (по состоянию на июнь 2020 г.) срок доставки может быть продлен в зависимости от возможностей и возможностей оператора связи. Свяжитесь с нами, если вам нужна подробная информация о доставке.

Стоимость доставки вкл. НДС
(3-10 кг)

Метод выбора адаптивной коробки передач для повышения производительности промышленных роботов-манипуляторов

Библиография

[1] B.Бона и А. Курателла, Идентификация параметров промышленных роботов для разработки усовершенствованных контроллеров на основе моделей, В: Proceedings of the 2005 IEEE International Conference on Robotics and Automation (ICRA) , pp. 1681–1686, Barcelona, ​​Spain, 2005. Поиск в Google Scholar

[2] Дж. М. Чемберс, М. Карбонаро и Х. Мюррей, Разработка концептуального понимания механических преимуществ с помощью роботизированной технологии Lego, Australas. J. Educ. Technol. 24 (2008), 387–401.Поиск в Google Scholar

[3] М. Р. Каткоски и Р. Д. Хоу, Практические модели силового движения для манипуляции со скольжением, Int. J. Робот. Res. 15 (1996), 557–572.10.1177 / 027836499601500603 Искать в Google Scholar

[4] С. Гаде, Р. Шломбс, К. Хундек и К. Фенселау, Анализ модальных режимов работы редуктора ветряной турбины, In: Конференция и выставка по структурной динамике , 2009 г. Поиск в Google Scholar

[5] Э. Гарсия, П.Г. де Сантос и К.К. де Вит, Зависимость от скорости в циклическом трении, возникающем в зубчатых колесах, Int. J. Робот. Res. 21 (2002). Искать в Google Scholar

[6] П. Хамон, М. Готье, П. Гаррек и А. Яно, Динамическая идентификация робота с зависимой от нагрузки моделью трения сустава, In: Proceedings Конференция IEEE по робототехнике и мехатронике (RAM) , стр. 129–135, 2010 г. Поиск в Google Scholar

[7] К. Хейер, Взаимодействие человека и робота и будущие приложения промышленной робототехники, In: IEEE / RSJ International Конференция по интеллектуальным роботам и системам (IROS) , 2010.Поиск в Google Scholar

[8] SE Hodges and RJ Richards, Look and learn: to cheap, гибкие роботы, In: Proceedings of the International Conference on Recent Advances in Mechatronics ICRAM , 1995. Search in Google Scholar

[ 9] МКБ Халил, Расчетный коэффициент вязкого трения в сравнении с расчетным при моделировании золотникового клапана, В: Техническая конференция по IFPE , 2008 г. Поиск в Google Scholar

[10] К. Ленг, К. Цао и Ю. Хуанг, A motion метод планирования всенаправленного мобильного робота на основе анизотропных характеристик, Int.J. Adv. Робот. Syst. 5 (2008), 45.10.5772 / 6228 Искать в Google Scholar

[11] К. Маккар, У. Э. Диксон, У. Г. Сойер и Г. Ху, Новая непрерывно дифференцируемая модель трения для проектирования систем управления, In: Proceedings IEEE / ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics , pp. 600–605, 26 сентября 2005 г. Поиск в Google Scholar

[12] Т. Нимюллер и С. Видьядхарма, Искусственный интеллект — введение в робототехнику, AI- Робототехника , 8 (2003), 1–14.Искать в Google Scholar

[13] Б. Н. Дж. Перссон, Теория трения резины и контактная механика, J. Chem. Phys. 115 (2001), 3840–3861.10.1063 / 1.1388626 Поиск в Google Scholar

[14] К.С. Редди, ПВК Перумал, Б. Дургапрасад и М.А. Муртаза, Оптимизация оценки производительности роботизированных манипуляторов с помощью роя частиц оптимизация, Int. J. Adv. Comput. Sci. Прил. 3 (2012). Искать в Google Scholar

[15] E.Вернхольт и С. Гуннарссон, Нелинейная идентификация физически параметризованной модели робота, В: 14-й симпозиум МФБ по идентификации систем, , 2006 г. Поиск в Google Scholar

[16] Э. Вернхольт и С. Моберг, Серый- идентификация промышленных роботов с помощью ящиков, In: 17th IFAC World Congress , pp. 15372–15380, 2008. Поиск в Google Scholar

[17] Э. Вернхольт и С. Моберг, Нелинейная идентификация серого ящика с использованием локальных моделей, применяемых к промышленные роботы », Automatica 47 (2011), 650–660.10.1016 / j.automatica.2011.01.021Поиск в Google Scholar

(PDF) Новый редуктор на основе Wolfrom для роботизированных приводов

8

зубчатых зацеплений, хотя известно, что присутствуют и другие источники потерь

, среди которых другие несут убытки.

Чтобы позиционировать новую концепцию по сравнению с другими решениями

, проводится сравнение со стандартным Wolfrom и двумя

Harmonic Drives –CSD 17 (100: 1) и CSD 20 (160: 1) —

в таблице V .CSD 17 имеет такой же номинальный крутящий момент, что и наш прототип

, но только с максимальным передаточным числом 100: 1. Таким образом,

дан больший вариант, а также имеет передаточное число

160: 1. Для расчета номинального крутящего момента нового и стандартного

Wolfrom использовалось коммерческое программное обеспечение KISSsoft

. Для Harmonic Drive (HD) взяты каталожные значения

[2]. Поскольку эффективность не является постоянной для всех рабочих условий

, было выбрано сравнение их для

условий эксплуатации, в которых мы тестировали наш прототип,

i.е. крутящий момент на выходе 3 Нм и скорость на входе 500 об / мин.

Видно, что номинальный крутящий момент нового Wolfrom

может быть увеличен на 31% по сравнению со стандартным Wolfrom

при том же диаметре и эффективности. Это связано с уравновешиванием

изгибающих и контактных напряжений. Кроме того, КПД на

аналогичен КПД HD, а передаточное число увеличено втрое. Можно также отметить

, что вес нашего прототипа

очень похож на HD без корпуса (серия CSD).

ТАБЛИЦА V: Сравнение с HD и стандартным Wolfrom

Характеристика Novel

Wolfrom

Standard

Wolfrom

HD

CSD-17-100

HD

CSD-20-160 4

4

Скорость передачи 120 160

КПД [%] 21,22 ∗ 25,81 ∼32 (80) ∼20 (78)

Номинальный крутящий момент [Нм] 13,1 10,5 16 28

Вес [г] 130 ∗ — 100 ∗∗ 130 ∗∗

∗ Экспериментальные данные

∗∗ Без корпуса

x: Tin = 3 Нм и ωin = 500 об / мин

(x): при номинальных условиях

В.ЗАКЛЮЧЕНИЕ И БУДУЩАЯ РАБОТА

В этой статье мы представляем новую топологию Wolfrom.

Разделение входной ступени стандартной коробки передач Wolfrom позволяет

инженеру оптимизировать каждое зацепление шестерен индивидуально,

компенсирует традиционные ограничения эффективности этих коробок передач

. Модель эффективности, основанная на потерях

при зацеплении, демонстрирует хорошую корреляцию с результатами экспериментального прототипа

с очень высоким коэффициентом уменьшения.

Дополнительно выполняется кинематический и статический анализ

для определения самого слабого зубчатого элемента на основе передаточного числа

и отношения ZP a / ZS. Инженер-конструктор может использовать

для определения размеров всех шестерен с учетом минимального веса и инерции.

Эти преимущества обеспечивают более высокие передаточные числа с

такой же или более высокой эффективностью, как у современных коробок передач. Этот принцип

может быть использован для создания приводов с высокой плотностью крутящего момента

для приложений, требующих легкой и эффективной моторизации.

Хотя небольшой входной крутящий момент позволяет использовать очень тонкие шестерни

, дополнительная входная ступень немного увеличивает осевой размер

. Для некоторых приложений это могло представлять недостаток

и учитывалось при сравнении редукторов

на рис. 1. Также обратите внимание, что редукторы Wolfrom обычно показывают умеренно более высокий люфт

, чем Cycloid и HD, что приводит к

в более низкой точности позиционирования.

Будущая работа будет заключаться в создании более сложного прототипа

, включающего изменения профиля зуба и ведущего,

и смену профиля, чтобы продемонстрировать потенциал нашей коробки передач

для достижения высоких передаточных чисел с хорошей эффективностью при более представительных

(более высоких ) уровни крутящего момента и скорости.Интегрируя его в трансмиссию

мобильного робота нашей лаборатории, мы также сможем оценить его производительность по точности позиционирования, компактности, шуму

, управляемости задним ходом и динамическим характеристикам.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

[1] Э. Сэренс, С. Криспель, П.Л. Гарс

ıa, Т. Верстратен, В. Дюкастель, Б. Вандер —

борхт, Д. Лефебер, Законы масштабирования для роботизированных трансмиссий, Механизм

и теория машин 140 (2019) 601–621.

[2] Общий каталог — Редуктор для точного регулирования, №№. 2101-19R HD E,

Harmonic Drive Systems Inc, Токио, Япония, 2021.

[3] С. Вольф, Г. Гриоли, О. Эйбергер, В. Фридл, М. Гребенштейн, H. H¨

oppner,

Э. Бурдет, Д. Г. Колдуэлл, Р. Карлони, М. Г. Каталано и др., Приводы жесткости Variable

: обзор конструкции и компонентов, IEEE / ASME

Транзакции по мехатронике 21 (5) (2015) 2418 –2430.

[4] E.J.Роуз, Л. М. Муни, Х. М. Херр, Сцепляемый эластичный привод

: значение для конструкции протезного колена, Международный журнал

по исследованиям робототехники, 33 (13) (2014) 1611–1625.

[5] JA Saglia, NG Tsagarakis, JS Dai, DG Caldwell, Control

стратегии обучения с участием пациента с использованием робота для реабилитации голеностопного сустава,

IEEE / ASME Transactions on Mechatronics 18 (6) (2012) 1799–1808 .

[6] С. Сок, А. Ван, М. Ю.Чуа, DJ Hyun, J. Lee, DM Otten, JH

Lang, S. Kim, Принципы проектирования энергоэффективного передвижения на ногах

и их реализация на роботе-гепарде, IEEE / ASME Transactions

on Mechatronics 20 (3 ) (2014) 1117–1129.

[7] PL Garc´

ıa, S. Crispel, E. Saerens, T. Verstraten, D. Lefeber, Compact

Коробки передач

для современной робототехники: обзор, Frontiers in Robotics and AI

7 (2020) 103. doi: 10.3389 / frobt.2020.00103.

[8] М. Цай, К. Хуанг, Разработка устройства с переменной инерцией с магнитным планетарным редуктором

, IEEE / ASME Transactions on Mechatronics

16 (6) (2011) 1120–1128. DOI: 10.1109 / TMECH.2010.2077679.

[9] И. Хофман, П. Сержант, А. Ван ден Босше, Конструкция трансмиссии для сверхлегкого электромобиля

с высокой эффективностью, World Electric Vehicle

Journal 6 (1) (2013) 124–129. DOI: 10.3390 / wevj6010124.

URL https: // www.mdpi.com/2032-6653/6/1/124

[10] S. Crispel, PL Garc´

ıa, T. Verstraten, B. Convens, E. Saerens, B. Vander-

р-н, D. Лефебер, Введение в составные планетарные передачи: компактный

способ достижения высоких передаточных чисел для носимых роботов, в: Международный симпозиум

по носимой робототехнике, Springer, 2018, стр. 485–489.

[11] Дж. М. Враниш, Фазово-ориентированные зубчатые системы (2007).

[12] Арнаудов К., Караиванов Д. П. Планетарные передачи, CRC Press, 2019.

[13] HW M¨

uller, Эпициклические приводные передачи: анализ, синтез и приложения-

tions, Wayne State University Press, 1982.

[14] П. Велекс, Ф. Вилле, Аналитический подход к потерям на трение зуба в цилиндрических и косозубых зубчатых передачах

— влияние модификаций профиля, журнал

Mechanical Design 131 (10), 101008 (09 2009). DOI: 10,1115 / 1,3179156.

[15] Х. Мацуки, К. Нагано, Ю. Фудзимото, Двусторонняя приводная шестерня — редуктор

с обратным приводом для роботизированных приводов, IEEE / ASME

Transactions on Mechatronics 24 (6) (2019) 2661–2673 .

[16] S.-c. Ким, С.-г. Moon, J.-h. Sohn, Y.-j. Парк, К.-х. Чой, Г. Ли, Макро

, оптимизация геометрии косозубой зубчатой ​​пары с учетом массы, эффективности и погрешности передачи

, теория механизмов и машин 144 (2020) 103634.

[17] Ф. Роос, К. Шпигельберг, Соотношение между размером и передаточным числом в прямозубой цилиндрической зубчатой ​​передаче

и планетарной передаче, нет. 1, KTH, 2005.

[18] П. Лопес-Гарсия, С. Криспель, Т. Верстратен, Э. Сэренс, Б. Конвенс,

B.Vanderborght, D. Lefeber, Конструкция планетарного редуктора

с приводом от Fmea для активной носимой робототехники, в: Wearable Robotics: Challenges &

Trends, Vol. 22 журнала Biosystems & Biorobotics, IEEE, 2018, стр. 460.

[19] G. Heidrich, Das Stoeckicht Planetengetriebe: seine Entwicklung unter

besonderer W¨

urdigung der Arbeiten von Dr.-Ing. E. h. Wilhelm Stoec-

kicht, BHS-Werk, 1984.

[20] Г. Анрио, Б. Ридуттори, Зубчатые колеса и планетарные зубчатые передачи, Бревини, 1998.

[21] Т. Яда, Обзор уравнения эффективности зубчатых колес и обработки сил, JSME

международный журнал. Сер. C, Динамика, управление, робототехника, проектирование и производство

40 (1) (1997) 1–8. DOI: 10.1299 / jsmec1993.40.1.

[22] Каталог марок DURACON POM, Polyplastics Co., 2019, [файл PDF].

[23] ABC Larbi, A. Cherif, M. Tarres, Повышение адгезионного износа.

Сопротивление стали азотированием измеряется энергией, рассеиваемой при трении.

, Wear 258 (5) (2005) 712 — 718.DOI: 10.1016 / j.wear.2004.09.058.

[24] Т. Т. Петри-Джонсон, А. Кахраман, Н. Андерсон, Д. Чейз, Экспериментальное исследование эффективности прямозубых цилиндрических зубчатых колес

, Journal of Mechanical

Design 130 (6) (2008).

Эта статья была принята к публикации в журнале IEEE / ASME Transactions on Mechatronics. Это авторская версия, которая не была полностью отредактирована, и содержание

может измениться до окончательной публикации. Информация для цитирования: DOI 10.1109 / TMECH.2021.3079471

© 2021 IEEE. Разрешено личное использование, но для переиздания / распространения требуется разрешение IEEE. Дополнительную информацию см. На https://www.ieee.org/publications/rights/index.html.

GAM представляет новую роботизированную циклоидальную коробку передач

GAM представляет новый роботизированный циклоидальный редуктор

Mount Prospect, Ill. — GAM объявляет о выпуске новых циклоидальных редукторов GCL. Новые редукторы обеспечивают высокую точность и жесткость для горизонтальных и вертикальных роботизированных систем и систем управления движением.

GCL разработан, чтобы выдерживать частые ударные нагрузки при запуске и остановке промышленных роботов и других приложений управления движением с ударопрочностью, в пять раз превышающей номинальный крутящий момент. Серия GCL доступна в широком диапазоне размеров с соотношением сторон от 36: 1 до 192: 1.

Варианты выхода для серии GCL включают коробки для компонентов с выходом со сплошным фланцем (GCLC F) или выходом с полым валом с фланцем (GCLC-H). Кроме того, выходной редуктор со сплошным фланцем доступен с крышкой и опорой двигателя (GCL-F).Серия GCL может использоваться в самых разных областях, от робототехники и автоматизации до медицинского оборудования, где требуются нулевой люфт и высокая жесткость на наклон и скручивание.

Характеристики включают:

  • Люфт ≤1 угл.мин с потерянным ходом ≤1 угл.мин

  • Выдерживает частые старт-стопные ударные нагрузки промышленных роботов с ударопрочностью в 5 раз больше номинального крутящего момента

  • Многозубое соединение для жесткости на кручение

  • Выходной фланец 7 размеров с номинальным крутящим моментом на выходе от 167 до 4410 Нм и передаточным числом от 57: 1 до 192.4: 1

  • Фланцевый полый выход 6 типоразмеров (сквозное отверстие до 138 мм) с крутящим моментом на выходе от 490 до 4900 Нм

  • Конфигурации включают:

  • Деталь со свободным входным валом / шестерней (GCLC-F, GCLC-H)

  • Редуктор с крышкой, интегрированным входом и монтажной пластиной двигателя (GCL-F)

  • Используется для продуктов многих конкурентов

  • Встроенная пластина адаптера двигателя, готовая к установке двигателя

  • Дополнительная встроенная предварительная ступень

Читать далее


Технология редукторов способствует развитию робототехники

Достижения, достигнутые в последние годы в области робототехники, способствовали успеху во многих отраслях, от повышения производительности до снижения производственных затрат и создания жизненно важных медицинских технологий.Например, передовые коробки передач Falk используются в составе приводов подвижных частей в медицинском оборудовании.

Коробка передач Falk — это сердце любого роботизированного устройства, обеспечивающего механическое движение. Как часть трансмиссии для многих устройств, коробки передач продолжают развиваться, чтобы поддерживать функциональность этих новых приложений. Чтобы выполнять то, что требуется для работы, редукторы должны быть легче, прочнее, быстрее и меньше.

Эти редукторы соответствуют высшим стандартам надежности.Редукторы Falk могут быть применены к большому количеству устройств, каждое из которых имеет свои собственные требования к размеру, скорости, используемым материалам, грузоподъемности и уровню производимого шума.

Тенденции в современном дизайне коробки передач

Среди современных редукторов есть две основные тенденции, которые доказали свою важность для развития робототехнических приложений: индивидуализация и интеграция. Имея возможность максимизировать эффективность существующих технологий, производители могут эффективно делать больше с меньшими затратами. Это позволяет производителям увеличивать возможности коробки передач без увеличения площади и затрат.«Например, изменив конструкцию подшипника, редуктор сможет выдерживать большую радиальную или осевую нагрузку. Или, добавив дополнительную планетарную шестерню, коробка передач сможет выдерживать больший крутящий момент без увеличения размера ».

Полностью индивидуализированная коробка передач может стать еще более компактным и эффективным решением проблемы. «Поскольку производители роботов продолжают разрабатывать новые решения, улучшающие процесс или задачу, индивидуализация и интеграция компонентов коробки передач будут оставаться в центре инноваций.”

Использование роботов в медицинской промышленности

Способность редукторов создавать большие вращающие силы делает их жизненно важными для достижения прогресса в медицинском сообществе. Коробки передач Falk используются в огромном количестве предметов, включая хирургические столы, рентгеновские сканеры, медицинские насосы, инвалидные коляски и роботизированные хирургические руки. Продукция Falk идеально подходит для этих целей по следующим причинам:

  • Их долгий срок службы
  • Низкое тепловыделение
  • Плавная и тихая работа
  • Легкая и компактная конструкция
  • КПД
  • Низкая вибрация
  • Точность

Все эти качества вносят свой вклад в революцию робототехники, происходящую в медицинской промышленности, особенно в операционной.В период с 2008 по 2012 год количество операций с использованием роботов увеличилось более чем в три раза. Хирургического робота по имени Да Винчи можно найти в каждой четвертой больнице США, а «роботизированные хирургические устройства теперь обычно используются в общей хирургии, детской хирургии, гинекологии, урологии и т. Д.». По мере того как эти устройства становятся все более распространенными, до трети операций в США «могут выполняться с помощью роботов, а хирург управляет своими механическими руками с компьютерной консоли».

FDA устанавливает строгие стандарты безопасности, чтобы обеспечить безопасность пациентов и успешность операций.Устройства также проходят «тщательное тестирование, в ходе которого они должны продолжать работать точно; одна-единственная ошибка может отбросить инженеров обратно к чертежной доске ». Надежность продуктов Falk обеспечивает высочайшую производительность.

Редукторы увеличивают мощность или крутящий момент двигателя, что позволяет из более мелких двигателей создавать прочные и мощные устройства. Эти устройства не только помещаются в операционной, но и могут точно выполнять сложные операции. Новая разработка в редукторах заключается в использовании магнитной технологии для увеличения выходной мощности двигателя и штабелируемых двигателей, которые обеспечивают большую гибкость в роботизированных манипуляторах.Подобные коробки передач можно использовать в экзоскелетах, чтобы помочь восстановить ходьбу тем, кто потерял большую силу в ногах.

Коробки передач

Falk — это разнообразные и мощные коробки передач, применяемые в широком спектре робототехники. Коробки передач Falk ждут светлое будущее!

Опубликовано в разделе Falk Gearboxes в четверг, 9 мая 2019 г.

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

Ян Уолтерс
Особая благодарность Autodesk

Зачем тратить время на выбор правильного двигателя и коробки передач?

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

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

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

Предварительные требования

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

Характеристики двигателя

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

Крутящий момент

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

Текущий расход

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

(1)
Символ Имя Шт. Описание
я Текущий Амперы (A) Величина тока, потребляемого двигателем
Установить Затяжной ток Амперы (A) Величина тока, потребляемого при остановке двигателя
Ifree Свободный ток Амперы (A) Величина тока, потребляемого при отсутствии нагрузки на двигатель
τ стойло Крутящий момент при остановке Ньютон-метр (Н-м) Величина крутящего момента, необходимая для остановки двигателя
τ Момент Ньютон-метр (Н-м) Величина крутящего момента, приложенного к выходному валу двигателя

Скорость

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

(2)
Символ Имя Шт. Описание
ω Скорость Число оборотов в минуту (об / мин) Скорость вращения выходного вала двигателя
ω свободный Свободная скорость Число оборотов в минуту (об / мин) Скорость, с которой двигатель вращается, когда на него нет нагрузки
τ стойло Крутящий момент при остановке Ньютон-метр (Н-м) Величина крутящего момента, необходимая для остановки двигателя или предотвращения вращения выходного вала
τ Момент Ньютон-метр (Н-м) Величина крутящего момента, приложенного к выходному валу двигателя

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

Мощность

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

.
(3)
Символ Имя Шт. Описание
-пол. Мощность Вт Мощность, отдаваемая двигателем
τ Момент Ньютон-метр (Н-м) Величина крутящего момента, приложенного к выходному валу двигателя
ω Скорость Число оборотов в минуту (об / мин) Скорость вращения выходного вала двигателя

КПД

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

(4)
Символ Имя Шт. Описание
η КПД Процент (%) Процент введенной в двигатель электрической энергии, которая преобразуется в полезную механическую энергию
Pout Выходная мощность Вт Выходная мощность двигателя при заданном крутящем моменте и скорости
Штифт Потребляемая мощность Вт Количество электроэнергии, подаваемой на двигатель
я Текущий Амперы (A) Величина тока, потребляемого двигателем
В Напряжение Вольт (В) Напряжение, при котором работает двигатель

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

Кривые двигателя

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

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

Выбор двигателя и передаточного числа


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

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

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

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

Доступные двигатели

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

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

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

Выбор коробки передач

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

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

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

Доступные коробки передач

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

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

Используя то, что мы узнали

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

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



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

Количество оборотов для подъема лифта:

Расчет нагрузки на лебедку:

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

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

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

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

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

Список литературы

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

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

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

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

Нравится:

Нравится Загрузка …

Связанные

Новый роботизированный циклоидальный редуктор от GAM

Mount Prospect, Ill. — GAM объявляет о выпуске новых циклоидальных редукторов GCL. Новые редукторы обеспечивают высокую точность и жесткость для горизонтальных и вертикальных роботизированных систем и систем управления движением.

GCL разработан, чтобы выдерживать частые ударные нагрузки при запуске и остановке промышленных роботов и других приложений управления движением с ударопрочностью, в пять раз превышающей номинальный крутящий момент. Серия GCL доступна в широком диапазоне размеров с соотношением сторон от 36: 1 до 192: 1.

Выходные опции для серии GCL включают коробки для компонентов с выходом со сплошным фланцем (GCLC F) или выходом с полым валом с фланцем (GCLC-H). Кроме того, выходной редуктор со сплошным фланцем доступен с крышкой и опорой двигателя (GCL-F).Серия GCL может использоваться в различных приложениях, от робототехники и автоматизации до медицинского оборудования, где требуются нулевой люфт и высокая жесткость при опрокидывании и кручении.

Характеристики включают:
  • Люфт ≤1 угл. Мин. С задержкой хода ≤1 угл. Мин.
  • Выдерживает частые старт-стопные ударные нагрузки промышленных роботов с ударопрочностью в 5 раз больше номинального крутящего момента
  • Многозубое соединение для жесткости на кручение
  • Выходной фланец 7 размеров с номинальным крутящим моментом на выходе от 167 до 4410 Нм и передаточным числом от 57: 1 до 192.