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

19 октября 2017

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.

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.

принцип работы и устройство, фото и видео

Наконец моя мечта сбылась! Я приобрел автомобиль. Сказать честно, вначале я очень сомневался. Даже ругал себя за то, что поддался на уговоры менеджера автосалона. Все дело в том, что в моей новой машине установлена роботизированная коробка передач. Раньше о ней я практически ничего не слышал.

Содержание

1. Мнения водителей
2. Устройство

Он синхронизирует рабочий процесс элементов КПП. В свою очередь, электронная система умеет распознавать, предугадывать стиль и действие водителя. Для чего вообще нужна такая коробка? Как мне стало известно, она была разработана европейскими ведущими автомобильными компаниями. Цель – улучшить динамические и ходовые характеристики машин, а также их управляемость.

В своём мнении я оказался не одинок. Одолевавшие меня сомнения по поводу правильности моего решения купить именно этот автомобиль развеялись, как только я прочитал отзывы о роботизированной коробке передач.

Большинство водителей сходятся на мнении, что данная трансмиссия отлично выручает. В непростых городских условиях, с перегруженным транспортом дорогами с постоянными пробками, заторами роботизированная КПП помогает автомобилю работать безукоризненно. Весьма вероятно, что разработчики делали акцент именно на такие условия езды при попытке создать робота.

Остановки, торможение и старт на светофорах проявляются в лишнем расходе топлива, что никак не способствует его экономии. Однако с роботизированной трансмиссией все иначе. Отменная экономия горючего, отличная динамика и замечательные ходовые качества – вот малый перечень достоинств КПП.

Нахвалил, конечно систему я сильно. Естественно, у неё есть свои минусы. Попробую их перечислить.

1. Всё запрограммировано так, что изменить динамику хода не получится. Мы попадаем во власть предсказуемости.

Конечно, если вы компьютерный гений, то можете попробовать взломать систему, хотя сложности явно возникнут.

2. Периодически чувствуется заторможенность робота в переключении передач. Иногда нужно резко переключиться. Это можно сделать на механике, но тут не получится. Всё это издержки робота.
3. В горку на роботе взобраться будет сложно. Рискуете перегреть сцепление. В такой ситуации рекомендую переключаться в ручной режим.
4. Городской режим палит сцепление, как не крути. Плюс чувствуются рывки при переключении передач.

Вот такой вот списочек. Это я описал на основании личного опыта, а поводил я уже 6 месяцев. Возможно, дальше появятся ещё какие-то минусы, о которых я обязательно сообщу.

Устройство конструкции

Устройство роботизированной коробки передач не такое сложное, как может показаться. В основу ее конструкции входит механическая трансмиссия. Она может иметь гидравлический или электрический привод сцепления. Гидравлическое сцепление происходит при помощи гидроцилиндров. Ими управляют электромагнитные клапана. Электрическое сцепление осуществляется за счет сервомеханизмов и отличается низкой скоростью работы.

На переключение передач затрачивается приблизительно от 0,3 до 0,5 с.

Гидравлический привод демонстрирует четкую и быструю работу. Он использует гидроцилиндры. Они управляются электромагнитными клапанами. Теперь разберемся, как работает роботизированная коробка передач. Она может работать в двух режимах:

• автоматическом;
• полуавтоматическом.

Автоматический режим предполагает переключение передач коробкой, которая использует информацию с датчиков. Полуавтоматический режим предполагает ручное переключение передач. Переключая рычаг передач, и нажимая педаль газа, происходит передача информации от сенсоров к процессинговому блоку о действующей скорости и новом скоростном режиме.

Блок синхронизирует всю информацию, определяет оптимальную скорость, время переключения скоростей. Он также обеспечивает слаженную работу механизмов КПП. Хочу заметить, что здесь учитывается:

• скорость вращения мотора;
• работа кондиционера;
• показатели приборной панели.

Гидромеханическим блоком, который отвечает за смыкание и размыкание сцепления, управляет центральный процессионный блок. Все действия выполняются одновременно с переключением скоростей водителем. Сам гидромеханический блок состоит из севромотора, связанного с линейным аккумулятором. Гидравлический цилиндр запускается с помощью тормозной жидкости. Он обеспечивает работу аккумулятора.

Новинки авто > Интересное и полезное >

МКПП — роботизированная коробка передач

Любой современный автомобиль не может плавно заводиться и двигаться, если в его устройстве нет трансмиссии. На сегодняшний день существует большое разнообразие всевозможных коробок передач, которые не только позволяют водителю подобрать вариант, соответствующий его материальным возможностям, но и дают возможность получить максимальный комфорт от управления автомобилем.

Кратко об основных видах трансмиссии рассказано в отдельном обзоре . Теперь поговорим подробнее о том, что такое роботизированная коробка передач, ее основные отличия от механической коробки передач, а также рассмотрим принцип работы этого агрегата .

Что такое роботизированная коробка передач

Работа коробки передач практически идентична механическому аналогу за исключением некоторых особенностей. Устройство робота включает в себя множество деталей, составляющих уже знакомую всем механическую версию коробки. Основное отличие роботизированного в том, что управление у него микропроцессорного типа. В таких коробках переключение передач осуществляется электроникой на основе данных датчиков двигателя, педали газа и колес.

Роботизированную коробку тоже можно назвать автоматом, но это неправильное название. Дело в том, что АКПП часто используется как обобщающее понятие. Так вот, тот же вариатор имеет автоматический режим переключения передаточных чисел, так что у некоторых он тоже автомат. Фактически по устройству и принципу работы робот ближе к механической коробке.

Внешне отличить АКПП от МКПП невозможно, ведь у них может быть идентичный селектор и корпус. Проверить коробку передач можно только во время движения автомобиля. Каждый тип агрегата имеет свои особенности работы.

Основная цель роботизированной трансмиссии — максимально облегчить управление автомобилем. Водителю не нужно самостоятельно переключать передачи – эту работу выполняет блок управления. Помимо комфорта, производители АКПП стремятся удешевить свою продукцию. На сегодняшний день робот является самым бюджетным типом коробки передач после механики, но он не обеспечивает такого комфорта вождения, как вариатор или автомат.

Принцип работы роботизированной коробки передач

Роботизированная коробка передач может переключаться на следующую скорость автоматически или полуавтоматически. В первом случае микропроцессорный блок получает сигналы от датчиков, на основании которых срабатывает запрограммированный производителем алгоритм.

Большинство коробок передач оснащены ручным селектором. При этом скорости все равно будут включаться автоматически. Единственное, водитель может самостоятельно сигнализировать о моменте включения повышенной или пониженной передачи. Аналогичный принцип имеют некоторые автоматические коробки передач типа Tiptronic.

Чтобы увеличить или уменьшить скорость, водитель перемещает рычаг селектора в сторону + или в сторону -. Благодаря этому варианту некоторые люди называют эту трансмиссию секвентальной или секвентальной.

Роботизированная коробка работает по следующей схеме:

1. Водитель нажимает на тормоз, запускает двигатель и переводит переключатель режимов движения в положение D;
2. Сигнал с блока поступает на блок управления коробкой;
3. В зависимости от выбранного режима блок управления активирует соответствующий алгоритм, по которому будет работать блок;
4. В процессе движения датчики посылают в «мозг робота» сигналы о скорости движения автомобиля, о загрузке силового агрегата, а также о текущем режиме коробки передач;
5. Как только показатели перестают соответствовать программе, установленной с завода, блок управления дает команду на переключение на другую передачу. Это может быть как увеличение, так и уменьшение скорости.

При управлении автомобилем с механикой водитель должен чувствовать свое транспортное средство, чтобы определить момент, когда нужно переключиться на другую скорость. В роботизированном аналоге происходит аналогичный процесс, только водителю не нужно думать, когда перевести рычаг переключения передач в нужное положение. Вместо этого это делает микропроцессор.

Система отслеживает всю информацию со всех датчиков и подбирает оптимальную передачу для конкретной нагрузки. Чтобы электроника могла переключать передачи, трансмиссия имеет гидромеханический привод. В более распространенном варианте вместо гидромеханики устанавливается электропривод или сервопривод, который включает/отключает сцепление в коробке (кстати, это имеет некоторое сходство с коробкой-автоматом — сцепление расположено не там, где его находится в МКПП, а именно возле маховика, но в самом корпусе коробки передач).

При подаче блоком управления сигнала о том, что пора переключаться на другую скорость, первым включается первый электрический (или гидромеханический) сервопривод. Он отключает фрикционные поверхности сцепления. Затем второй сервопривод перемещает шестерни в механизме в нужное положение. Затем первый медленно отпускает сцепление. Такая конструкция позволяет механизму работать без участия водителя, поэтому у машины с роботизированной трансмиссией нет педали сцепления.

Многие коробки переключения передач имеют принудительные положения передач. Этот так называемый типтроник позволяет водителю самостоятельно контролировать момент переключения на более высокую или более низкую скорость.

Устройство роботизированной коробки передач

На сегодняшний день существует несколько типов роботизированных коробок передач для легковых автомобилей. В некоторых приводах они могут отличаться друг от друга, но основные детали остаются идентичными.

Вот узлы входящие в коробку передач:

1. Сцепление. В зависимости от производителя и модификации узла это может быть одна деталь с фрикционной поверхностью или несколько однотипных дисков. Чаще всего эти элементы находятся в охлаждающей жидкости, которая стабилизирует работу агрегата, не допуская его перегрева. Преселективный или двойной вариант считается более эффективным. В этой модификации, пока включена одна передача, второй набор готовится включить следующую скорость.
2. Основная часть — обычная механическая коробка. Каждый производитель использует разные собственные разработки. Например, робот от марки Mercedes (Speedshift) — это внутри АКПП 7G-Tronic. Отличие агрегатов только в том, что вместо гидротрансформатора используется сцепление с несколькими фрикционными дисками. Аналогичный подход у BMW. Его коробка передач SMG основана на шестиступенчатой ​​механической коробке передач.
3. Сцепление и привод коробки передач. Есть два варианта – с электроприводом или гидромеханическим аналогом. В первом случае сцепление выжимается электродвигателем, а во втором — гидроцилиндрами с клапанами ЭМ. Электропривод работает медленнее гидравлики, но не требует поддержания постоянного давления в магистрали, от чего работает электрогидравлический тип. Гидравлический робот значительно быстрее переходит на следующий этап (0,05 секунды против 0,5 секунды у электрического аналога). На бюджетные автомобили в основном устанавливается электрическая коробка передач, а на премиальные спорткары – гидромеханическая, так как в них крайне важна скорость переключения передач без прерывания подачи питания на карданный вал.
4. Датчик. Таких деталей в роботе очень много. Они контролируют множество различных параметров трансмиссии, например, положение вилок, обороты входного и выходного валов, в каком положении заблокирован селектор, температуру охлаждающей жидкости и т. д. Вся эта информация подается на устройство управления механизмом.
5. ЭБУ представляет собой микропроцессорный блок, в который запрограммированы разные алгоритмы с разными показателями, поступающими от датчиков. Этот блок подключается к основному блоку управления (оттуда поступают данные о работе двигателя), а также к электронным системам блокировки колес (ABS или ESP).
6. Приводы — гидроцилиндры или электродвигатели в зависимости от модификации коробки.

Особенности работы РКПП

Для плавного запуска автомобиля водитель должен правильно пользоваться педалью сцепления. После того, как он включил первую или заднюю передачу, ему нужно плавно отпустить педаль. Как только водитель почувствует зацепление дисков, отпуская педаль, он может увеличить обороты двигателя, чтобы автомобиль не заглох. Так работает механика.

Идентичный процесс происходит в роботизированном аналоге. Только в этом случае от водителя не требуется большого мастерства. Ему нужно только перевести переключатель коробки в соответствующее положение. Автомобиль начнет движение в соответствии с настройками блока управления.

Простейшая модификация с одним сцеплением работает так же, как классическая механика. Однако при этом наблюдается наличие одной проблемы – электроника не фиксирует обратную связь от сцепления. Если человек способен определить, насколько плавно нужно отпускать педаль в конкретном случае, то автоматика работает более жестко, поэтому движение автомобиля сопровождается ощутимыми рывками.

Особенно это чувствуется в модификациях с электроприводом исполнительных механизмов — при переключении передачи сцепление будет находиться в разомкнутом состоянии. Это будет означать разрыв потока крутящего момента, из-за чего машина начнет тормозить. Поскольку скорость вращения колес уже меньше соответствует включенной передаче, возникает небольшой рывок.

Инновационным решением этой проблемы стала разработка модификации с двойным сцеплением. Ярким представителем такой трансмиссии является Volkswagen DSG. Давайте подробнее рассмотрим его особенности.

Особенности роботизированной коробки передач DSG

Аббревиатура расшифровывается как коробка передач прямого переключения. По сути, это две механические коробки, установленные в одном корпусе, но с одной точкой подключения к шасси машины. Каждый механизм имеет свою муфту.

Главной особенностью этой модификации является преселективный режим. То есть, пока работает первый вал с включенной передачей, электроника уже подключает соответствующие шестерни (при разгоне повышать передачу, при торможении — понижать) второго вала. Главный привод должен только отключить одну муфту и подключить другую. Как только от блока управления поступает сигнал о переходе на другую ступень, рабочая муфта размыкается, и тут же подключается вторая с уже зацепленными шестернями.

Такая конструкция позволяет ездить без сильных рывков при разгоне. Первая разработка преселективной модификации появилась в 80-х годах прошлого века. Правда, потом роботы с двойным сцеплением стали устанавливать на раллийные и гоночные автомобили, в которых большое значение имеет скорость и точность переключения передач.

Если сравнивать коробку DSG с классическим автоматом, то у первого варианта больше преимуществ. Во-первых, за счет более привычного строения основных элементов (за основу производитель может взять любой готовый механический аналог) такая коробка будет дешевле в продаже. Этот же фактор влияет и на обслуживание агрегата – механика надежнее и проще в ремонте.

Это позволило производителю установить инновационную трансмиссию на бюджетные модели своей продукции. Во-вторых, многие владельцы автомобилей с такой коробкой передач отмечают увеличение экономичности автомобиля по сравнению с идентичной моделью, но с другой коробкой передач.

Инженеры концерна VAG разработали два варианта трансмиссии DSG. Один из них помечен цифрой 6, а другой цифрой 7, что соответствует количеству ступенек в рамке. Также шестиступенчатый автомат использует мокрое сцепление, а семиступенчатый аналог – сухое. Более подробно о плюсах и минусах коробки DSG, а также чем еще модель DSG 6 отличается от седьмой модификации, рассказано в отдельная статья .

Достоинства и недостатки

Рассматриваемый тип трансмиссии имеет как положительные, так и отрицательные стороны. К достоинствам коробки можно отнести:

• Такую трансмиссию можно использовать в паре с силовым агрегатом практически любой мощности;
• По сравнению с вариатором и автоматом, роботизированная версия дешевле, хотя это довольно инновационная разработка;
• Роботы надежнее других АКПП;
• Благодаря внутреннему сходству с механикой проще найти специалиста, который возьмется за ремонт агрегата;
• Более эффективное переключение передач позволяет использовать мощность двигателя без критического увеличения расхода топлива;
• За счет повышения эффективности машина выбрасывает меньше вредных веществ в окружающую среду.

Несмотря на явные преимущества перед другими АКПП, робот имеет ряд существенных недостатков:

• Если автомобиль оборудован однодисковым роботом, то поездку на таком транспортном средстве нельзя назвать комфортной. При переключении передач будут ощутимые рывки, как будто водитель резко бросает педаль сцепления на механику.
• Чаще всего в блоке выходят из строя сцепление (меньше плавность включения) и исполнительные механизмы. Это усложняет ремонт трансмиссий, так как они имеют небольшой рабочий ресурс (около 100 тысяч километров). Сервоприводы редко можно отремонтировать, а новый механизм стоит дорого.
• Что касается сцепления, то ресурс диска тоже очень мал — около 60 тысяч. При этом примерно на половине ресурса необходимо осуществлять «подключение» коробки по условию поверхности трения деталей.
• Если говорить о преселективной модификации DSG, то она оказалась более надежной за счет меньшего времени переключения скоростей (благодаря этому машина не так сильно тормозит). Несмотря на это, адгезия у них все же страдает.

Принимая во внимание перечисленные факторы, можно сделать вывод: по надежности и сроку службы механике пока нет равных. Если упор делается на максимальный комфорт, то лучше выбрать вариатор (в чем его особенность, читайте здесь ). Следует учитывать, что такая трансмиссия не даст возможности экономить топливо.

В завершение предлагаем небольшое видео-сравнение основных видов трансмиссий — их плюсы и минусы:

Как выбрать машину, какая коробка лучше: автомат, вариатор, робот, механика

Посмотреть это видео на YouTube

Вопросы и ответы:

Чем автомат отличается от робота? АКПП работает за счет гидротрансформатора (жесткой связи с маховиком через сцепление нет), а робот аналогичен механике, только скорости переключаются автоматически.

Как переключать передачи на роботизированной коробке? Принцип управления роботом идентичен управлению автоматом: нужный режим выбирается на селекторе, а обороты двигателя регулируются педалью газа. Скорости переключатся сами.

Сколько педалей в машине с роботом? Хотя робот конструктивно похож на механику, сцепление автоматически отключается от маховика, поэтому у автомобиля с роботизированной трансмиссией две педали (газа и тормоза).

Как правильно парковать машину с коробкой-роботом? Европейская модель должна быть припаркована в режиме A или на задней передаче. Если машина американская, то на селекторе есть режим P.

В чем разница между приводами с редуктором и 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 компоненты, отвечающие 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 редукторной системе 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 9.0030

• 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.