Роботизированная коробка передач плюсы и минусы

У этого поста — 2 комментария.

Роботизированная коробка передач может именоваться еще как «автоматизированная» или «коробка-робот». В любом случае это механическая коробка передач, но со встроенными электронными компонентами, за счет которых автоматически выполняются следующие функции управления: переключение передач и выключение сцепления. Роботизированная коробка передач выгодна тем, что в ней успешно сочетаются удобство автоматической коробки передач и экономия расхода топлива, надежность функционирования коробки передач механического типа. К тому же «коробка-робот» стоит намного дешевле по сравнению со стандартной автоматической коробкой переключения передач (АКПП).

На сегодняшний день практически все лидеры автопроизводства оборудуют выпускаемые ими автомобили роботизированными коробками передач. При этом все произведенные коробки передач отличаются не только по конструкции, но и запатентованным наименованием.

Все же, несмотря на вышесказанное можно выделить общее в устройстве данного типа коробок передач: сцепление; привод передач и сцепления, механическая коробка передач; система управления. Роботизированные коробки передач могут быть оснащены гидравлическим или электрическим приводом передач и сцепления. При этом в электрическом приводе функционирующими органами являются электродвигатели (сервомеханизмы). Гидравлический привод работает с участием гидроцилиндров.

Роботизированная коробка передач может быть двух видов здесь все зависит от того каким типом привода она оборудована: электропривод — роботизированная коробка передач; гидропривод – секвентальная коробка передач (последовательное переключение передач). Но, несмотря на существующие различия чаще всего оба вида коробок носят определение – роботизированные. Конструктивные элементы, из которых состоит система управления «коробки-робота»: входные датчики – следят на выходе и входе роботизированной коробки передач за частотой вращения, температурой и давлением масла; электронный блок управления – получает сигналы от датчиков и выполняет заложенные в него функции управления; исполнительные механизмы – клапаны регулирования и электромагнитные клапаны.

В систему управления роботизированных коробок передач оснащенных гидравлическим приводом входит еще и гидравлический блок, предназначение которого управлять давлением в системе и гидроцилиндрами. Опираясь на вышерассмотренную конструкцию системы управления роботизированной коробки передач можно рассмотреть сам принцип ее работы: электронный блок получает понятные ему сигналы от входных датчиков и, формируя их, в зависимости от существующих условий, выполняет с помощью исполнительных механизмов.

Что касается недостатков «коробки-робота», то это то, что для переключения передач требуется больше времени. По этой же причине не возможно с полным комфортом управлять автомобилем из-за провалов и рывков в динамике авто. Сегодня данную проблему решает роботизированная коробка передач, оснащенная двумя сцеплениями, позволяющая переключать передачи не разрывая поток мощности. Такой агрегат оборудован двумя рядами передач, связанных через отдельное сцепление с маховиком двигателя. Получается, когда автомобиль начинает движение на первой скорости, коробка передач включает и держит наготове вторую скорость, и т.

д. Таким образом, процесс переключения передач идет быстро, не разрывая поток мощности.

Другие похожие статьи:

Роботизированная коробка передач

Содержание статьи

• 1 Роботизированная механика
• 2 Коробка с двумя сцеплениями

Роботизированная механика

Отточенная десятилетиями эксплуатации механическая коробка передач состоит почти из одних достоинств: проста, надежна, недорога в производстве и обслуживании, обеспечивает хорошую динамику и малый расход топлива. И только один недостаток досаждает некоторым водителям: ручное управление и манипуляции с педалями. В городской толчее это, действительно, доставляет мало удовольствия.

Маркетологи и конструкторы задались мыслью: а можно ли объединить достоинства «механики» и «автомата» в одной коробке? Идея воплотилась в жизнь с появлением электронных «мозгов», способных принимать решение о необходимости переключения передач и управлять исполнительными механизмами.

Простой «робот» – это обычная механическая коробка, дополненная блоком управления и двумя приводами. Один привод выключает и включает сцепление, второй управляет механизмом переключения передач. Приводы бывают либо электрические, либо гидравлические. Практика эксплуатации показала, что коробки с гидроприводами предпочтительнее. Все роботизированные коробки имеют режим ручного переключения передач.

Роботизированная кпп

Надо сказать, что «первый блин» получился комом. По результатам многочисленных тест-драйвов, отзывов владельцев о простых «роботах» сложилось мнение как о «сырой» конструкции, к управлению которой надо привыкать. Например, чтобы избежать рывков, рекомендуется перед моментом переключения слегка сбросить газ. Непредсказуемо такая коробка может повести себя в сложных дорожных условиях — на крутом подъеме или при пробуксовке колес. Движение по городу зачастую превращается в мучение: резкие старты, дергания держат в постоянном напряжении. При городской езде возможен перегрев сцепления. Время переключения может достигать 2 сек. Такие задержки связаны с тем, что роботы пришли на серийные автомобили из спорта. Для гонок последовательное (секвентальное) переключение передач является идеальным. В обычном же автомобиле иногда требуется переключиться через несколько ступеней. И тогда робот начинает «задумываться». В общем, до комфорта «автомата» конструкция явно не дотягивает.

А что с достоинствами? Они тоже есть: простота и дешевизна (во всяком случае, для производителя), экономичность, жесткая связь между двигателем и ведущими колесами, что позволяет тормозить двигателем или выводить «газом» автомобиль из заноса.

Коробка с двумя сцеплениями

Дальнейшим воплощением идеи объединить в одном агрегате достоинства «механики» и «автомата» стала коробка с двумя сцеплениями. Пионером в ее внедрении стал «Фольксваген». В его исполнении она получила название DSG. Состоит такая коробка из двух первичных валов (причем один вал полый, а второй находится внутри первого), двух вторичных валов и двух сцеплений. Один «набор» предназначен для включения нечетных передач, второй – для четных. Как происходит переключение? Две соседние передачи постоянно включены. Например, при трогании с места включены первая и вторая передачи, но замкнуто только одно сцепление. Когда электроника решит, что настало время переключаться, «нечетное» сцепление разомкнется, а «четное» замкнется. После размыкания «нечетный» набор тут же включит третью передачу. Так как включение передач происходит заблаговременно, то такую коробку называют преселективной. Если смена передач происходит последовательно, переключения происходят за миллисекунды. В противном случае (если нужно переключиться не на соседнюю, а сразу через несколько ступеней) процесс может затянуться до одной секунды. Это, как и в случае с «простыми» роботами, является следствием «гоночного» прошлого.

Коробка передач с двумя сцеплениями

Первая коробка DSG была шестиступенчатой. Она не агрегатируется со «слабыми» моторами, так как часть мощности постоянно отбирается для привода гидронасоса. Кроме того, КПД снижают «мокрые» фрикционы, примененные в качестве сцеплений. Поэтому «Фольксваген» разработал семиступенчатую DSG с сухими сцеплениями и насосом с электроприводом, работающим не постоянно, а только при падении давления ниже минимума. Семиступенчатые DSG устанавливаются, как правило, на бюджетные автомобили.

Коробки с двумя сцеплениями по потребительским качествам представляют собой удачный компромисс. Они экономичнее автоматов; комфортнее «простых» роботов; могут передавать больший момент, чем вариаторы; обеспечивают жесткую связь между двигателем и колесами, как механика. Но при этом расход выше, чем у робота, комфорт хуже, чем у автомата и вариатора, цена существенно выше механики.

В чем разница между приводами с редуктором и приводом с прямым приводом?

Загрузите эту статью в формате PDF.

В наши дни развитие робототехники ускоряется, поскольку компании ищут способы создавать новые решения для повседневных проблем. Роботы становятся умнее за счет процессов обучения искусственного интеллекта (ИИ), более динамичными в движении благодаря дизайну и более эффективными в промышленных приложениях. Тем не менее, актуаторы, похоже, упускают из виду, когда речь заходит об их потребности в инновациях.

Основы приводов

Приводы — это компонент, отвечающий за обеспечение движения и силы в суставах и осях машины, такой как робот. Ключевым фактором в работе машины является управляющий сигнал и потребляемая мощность для облегчения движения. Однако вам также необходимо преобразовать мощность двигателя в полезную скорость и крутящий момент. Подумайте о шестеренках на велосипеде. Ваша нога может быть недостаточно сильной, чтобы управлять рулем велосипеда напрямую. Шестерни используются для изменения крутящего момента, необходимого для привода колеса.

То же самое относится и к исполнительным механизмам роботов, где традиционная комбинация двигателя и редуктора работает вместе, чтобы преобразовать более низкий выходной крутящий момент двигателя для достижения мощного движения в манипуляторе робота с полезной скоростью. Чем сложнее система зубчатых передач (т. е. чем выше передаточное число или больше ступеней), что обычно требуется для приложений с более высоким крутящим моментом, тем больше люфт в системе трансмиссии.

Люфт повлияет на точность робота, а в крайних случаях может даже повлиять на безопасность.

Люфт – это «люфт» в системе, также называемый «люфтом» в шестернях (рис. 1) . Например, при перемещении руля старой машины влево и вправо, когда машина заглушена и нет гидроусилителя руля, вы можете почувствовать некоторый «люфт» или люфт в системе, когда руль двигается, а шины нет. повернуть. Это связано с тем, что вдоль системы рулевого управления многие разъемы с небольшим, допустимым люфтом складываются в общий большой люфт в системе, который можно почувствовать.

1. Люфт – это «люфт» в системе, также называемый «люфтом» в шестернях.

Устранить люфт в зубчатой ​​передаче очень сложно, а в многоступенчатых редукторах практически невозможно. Шестерни должны быть изготовлены с очень плотной посадкой или допуском, что может быть дорогостоящим. Кроме того, жесткие допуски приводят к высокому трению, или необходим механизм, обеспечивающий плотное зацепление шестерен во всем диапазоне крутящего момента.

Гибкие зубчатые передачи, такие как зубчатые передачи, предлагают еще один метод устранения люфта, поскольку редуктор имеет несколько гибких компонентов, компенсирующих «люфт». К сожалению, это может привести к потенциальной хрупкости и сделать обратное движение — управление устройством в обратном направлении — очень сложным.

Приводы с редуктором подходят для низкоскоростных приложений, поскольку они позволяют двигателям работать на высокой скорости и с более низким крутящим моментом в «наилучшей зоне» эффективности. Это также позволяет системе использовать распространенные сегодня двигатели с относительно низким крутящим моментом (более слабые).

Самый простой тип зубчатого колеса — цилиндрическое зубчатое колесо, в котором зубья зубчатого колеса входят в полный контакт при каждом зацеплении, вызывая сильный шум и приводя к износу и часто к необходимости смазки. Проблема шума привела к созданию винтовой шестерни, которая позволяет зубьям входить в зацепление более плавно. Когда мы меняем передаточное число для увеличения крутящего момента, это происходит за счет снижения скорости. Это связано с тем, что двигатель, приводящий в движение коробку передач, снижает выходную скорость для увеличения крутящего момента. Вот почему редукторы также часто называют редукторами.

Привод с прямым приводом

В приводе с прямым приводом традиционная коробка передач удалена. Однако для этого требуется, чтобы двигатель в приводе с прямым приводом мог создавать достаточный собственный крутящий момент на полезной скорости (т. Е. Не тысячи об / мин, а несколько сотен об / мин). Преимущества прямого привода многочисленны, и это давно было мечтой производителей роботов.

Прямой привод не имеет люфта, так как отсутствуют шестерни; жесткость на кручение обеспечивает очень высокую точность. Прямой привод также является полностью обратным, что обеспечивает большие преимущества для коллаборативных роботов, которые должны перемещаться и позиционироваться людьми. Кроме того, высокая ударопрочность делает их очень подходящими для экзоскелетов и шагающих роботов, где удары при ходьбе могут повредить шестерни.

2. Приводы с прямым приводом, такие как показанный здесь LiveDrive, полностью устраняют необходимость в зубчатой ​​передаче, что приводит к меньшему общему весу и меньшему количеству движущихся частей. Эти компоненты могут быть произведены с низкой стоимостью — более 50% стоимости традиционного привода с редуктором.

Кроме того, отсутствие коробки передач означает отсутствие инерции, что является важным преимуществом с точки зрения безопасности в роботах и ​​машинах. Если автомобиль начинает катиться вниз по склону, накопленная инерция затрудняет быструю остановку. То же самое происходит и с коробкой передач: если у вас есть двигатель, работающий со скоростью 4000 об/мин, и коробка передач с передаточным числом 100:1, мгновенная остановка невозможна. Коробке передач нужно время, чтобы замедлиться.

Преимущества также распространяются на внедрение робототехнических решений.

Люфт в редукторных системах часто требует сложного программирования, чтобы повысить точность и компенсировать «люфт» в шестернях. Это требует времени и часто нуждается в постоянной повторной калибровке. Шестерни также повреждаются и должны быть заменены или смазаны, что увеличивает затраты на техническое обслуживание.

Другим преимуществом является стоимость. За счет исключения редуктора привод с прямым приводом на самом деле представляет собой просто двигатель, а не комбинацию двигатель/редуктор. Это дает немедленную экономию средств. Поскольку стоимость срабатывания снижается, это приближает робототехнику к точке перегиба. Это ускорит внедрение роботов не только для промышленного использования, но и для потребительского и непроизводственного использования, например, в здравоохранении.

В приводах используются новые свойства, позволяющие роботам работать без шестерен. Характеристики, которые следует искать в прямом приводе:

• Усиленные магниты: Ищите уникальные конфигурации, которые увеличивают эффективную силу стандартных постоянных магнитов.

• Структурно-магнитная синергия: Огромные магнитные силы, создаваемые усиленным магнитным полем, разрушили бы обычную конструкцию двигателя. Этот новый уровень магнитных характеристик требует механической конструкции, достаточно прочной, чтобы противостоять возникающим силам, но достаточно легкой, чтобы обеспечить самое высокое отношение крутящего момента к весу 9.0058

• Термодинамическая аномалия: Тепло является ограничивающим фактором в любом электромагнитном устройстве. Сочетание первых двух основополагающих открытий обеспечивает тонкую и легкую структуру, которая позволяет рассеивать тепло. Благодаря эффективному рассеиванию тепла ваш привод работает на гораздо более высоких уровнях мощности, чем обычный двигатель.

У компании Genesis Robotics есть пример этой безредукторной конструкции с прямым приводом под названием «LiveDrive», в которой реализованы эти три основополагающих открытия (рис. 2).

Итак, в чем разница между редуктором и прямым приводом?

Как отмечалось выше, основные различия между этими двумя системами заключаются в их стоимости и производительности в роботах. Приводы с прямым приводом, такие как LiveDrive, полностью устраняют необходимость в зубчатой ​​передаче, что приводит к меньшему общему весу и меньшему количеству движущихся частей. Это компоненты, которые можно производить с низкой себестоимостью — более чем на 50 % дешевле, чем традиционный привод с редуктором.

Исключение зубчатой ​​передачи также устраняет люфт, который существенно влияет на точность. Решения с прямым приводом могут обеспечить высочайший уровень точности, прецизионности и жесткости на кручение на рынке. Еще одним важным усовершенствованием является возможность обратного привода привода. Они также могут обеспечивать эту производительность на гораздо более высоких скоростях, поскольку из системы также удаляются характеристики снижения скорости коробки передач.

Технология приводов остается неизменной уже более 50 лет. Недостаточная точность движений и громоздкий дизайн сдерживают их потенциал. Отсутствие реинжиниринга системы привода, помимо снижения стоимости и сложности приведения в действие, замедлило распространение роботов на потребительских рынках. Искоренение редуктора и постоянное развитие технологий приводов с прямым приводом решают эти проблемы, что, в свою очередь, повышает производительность и доступность на рынке.

Майк Хилтон, генеральный директор Genesis Robotics.

Редукторная система ReBeL®

1. Дом
2. Пруток
3. Новости и расширение ассортимента в 2021 году
4. org/ListItem»> Коробка передач ReBeL®

ReBeL®: полностью интегрированные одиночные шарниры

Создайте свою систему автоматизации с помощью привода ReBeL®. С вашей системой управления…

Быстро создайте собственную кинематику робота с полностью интегрированными отдельными шарнирами. На основе редуктора ReBeL® отдельный робот может быть спроектирован как кобот с соединительными звеньями благодаря дополнительным электронным компонентам.
Редуктор ReBeL® можно использовать вдоль последней оси шарнирного манипулятора, линейного робота или дельта-робота. Система редуктора кобота помогает быстро реализовать широкий спектр концепций коботов. Решение Plug & Play означает, что вам не нужно беспокоиться о силовой электронике.

• Может быть интегрирован до 5 раз быстрее, чем редукторы без системы управления
• До 8 раз больше крутящего момента, чем у RL-S-17
• 2 установочных размера
• На 25% легче, чем стандартные волновые редукторы

Волновой редуктор ReBeL принципиально отличается от предыдущего: в нем используются легкие бесщеточные двигатели постоянного тока (двигатели постоянного тока с внешним ротором). Добавьте контроллер двигателя, и вы получите полностью интегрированный волновой редуктор, который можно использовать немедленно. Редуктор имеет следующую конструкцию:

• A : Выход с энкодером и монтажным фланцем
• B : Трибологически оптимизированная пластиковая волновая передача
• C : Бесщеточный двигатель постоянного тока (внешний ротор)
• D : Плата драйвера двигателя CAN-BUS

Купить Редуктор ReBeL

Установочный размер 80

• Внешний диаметр: 80 мм
• Высота: 60 ​​мм
• Вес: 330 г
• Макс. выходной крутящий момент: 3 Нм
• Номинальный крутящий момент: 2 Нм
• Выходная скорость: 10 об/мин
• Трансмиссия: 50:1
• Механический срок службы: не менее 1 000 000 циклов
• Номер детали: RL-SE-80-1-50-AL

Купить сейчас

Скачать технические данные

Установочный размер 105

• Внешний диаметр: 105 мм
• Высота: 62 мм
• Вес: 1000 г
• Макс. выходной крутящий момент: 20 Нм
• Номинальный крутящий момент: 10 Нм
• Выходная скорость: 10 об/мин
• Трансмиссия: 50:1
• Механический срок службы: не менее 1 000 000 циклов
• Номер детали: RL-SE-105-1-50-AL

Купить

Загрузить технические данные

Бесплатное программирование и предварительное тестирование приложений

ReBeL® можно управлять с помощью igus® Robot Control iRC, одна система управления для всех роботов до 16 приводов

Новый робот ReBeL не требует распределительного шкафа и совместим с системой управления роботами igus. Вы можете сразу же запрограммировать и протестировать свое индивидуальное сервисное робототехническое приложение перед покупкой. Просто загрузите бесплатное программное обеспечение igus Robot Control. Он удобен в использовании и идеально подходит для начинающих программистов. Вы можете сразу начать с предварительно запрограммированных проектов для различных кинематических элементов, таких как ReBeL!

Меня интересует igus Robot Control

Tech up

• На 25 % легче обычных волновых передач благодаря использованию высокоэффективных полимеров igus®
• Волновая передача вкл. силовая электроника, драйвер и энкодер
• Быстрый поиск подходящего робота благодаря концепции «собери или купи»
• Проще использовать в приложениях коботов благодаря легкой конструкции
• Срок службы не менее 1 000 000 циклов

Снижение затрат

• Начните работу непосредственно с кинематикой робота благодаря полностью интегрированным зубчатым передачам
• Прямое соединение захватов с фланцевой пластиной
• Управляется с помощью igus® Robot Control iRC, одной системы управления для всех роботов
• Особо энергоэффективный благодаря небольшому весу конструкция

Доказательство

• Испытано в нашей лаборатории бюджетной автоматизации

Экологичность

• Недорогие продукты автоматизации полностью не требуют технического обслуживания
• Легкие компоненты
• Компания igus® поддерживает циклическую экономику пластмасс и инвестирует в химическую переработку.