Механические трансмиссии: Трансмиссия автомобиля: виды, неисправности

Содержание

Трансмиссия автомобиля: виды, неисправности


Трансмиссия автомобиля – это целый комплекс механизмов, который обеспечивает функционирование всех его движущих механизмов, передаёт им энергию ДВС. Дословно слово «transmission» с английского языка на русский можно перевести следующим образом: «перенос», «передача», «перевод». Фактически даже простая цепная передача на велосипеде – это уже трансмиссия. Но применительно к велосипедам слово «трансмиссия» не прижилось. Принято говорить именно «передача». А вот в сфере машиностроения, транспортных технологий понятие «трансмиссия» применяется и к механизмам, соединяющим ДВС с движущимися элементами, и к системам, которые обеспечивают функционирование таких механизмов.

Хотя, если речь уже зашла о велосипеде, то на его примере легче всего наглядно объяснить суть трансмиссии как-таковой. Чтобы передвигаться быстро на велосипеде, нужна высокая частота вращения заднего ведущего колеса. Цепная передача идеально позволяет решить эту задачу, не прибегая к изменению диаметра колеса. Правда, если мы рассматриваем устройство автомобилей, то уже появляется двигатель, и конструкция усложняется, как и спектр её «обязанностей». Например, во время движения авто ДВС постоянно нужно затрачивать энергию на преодоление всевозможных сопротивлений, в том числе преодоление инерции самого автомобиля.

 
От качества механизмов трансмиссии (МТ) зависит расход топлива, безопасность и комфорт водителя, пассажиров транспортного средства, эффективность выполнения тех или иных задач. Например, МТ погрузчика обеспечивают оператору комфортное взаимодействие с погрузчиком, беспрепятственно подъезжать к стеллажам и аккуратно разгружать его. От МТ комбайна зависит отлаженность передачи действий от ДВС механизмам жатвенной части. От МТ карьерного самосвала зависит то, сможет ли он обеспечить эффективный старт после полной загрузки кузова или движение в гору с высокой скоростью.

Назначение и схемы трансмиссий

Прямое назначение трансмиссии автомобиля — пошагово регулировать крутящий момент от маховика и распределять его по ведущим колёсам.

МТ позволяют согласовать работу ДВС с сопротивлением движению транспортного средства, расширяя тяговое усилие на ведущих колесах, диапазон изменения оборотов.

Схема трансмиссии автомобиля зависит от того – переднеприводный или заднеприводный автомобиль перед нами.

У транспортного средства с приводом на задние ведущие колеса в составе трансмиссии чаще всего можно встретить сцепление, коробку передач, карданный механизм, задний ведущий мост в сборе. Такой вариант очень популярен у коммерческого транспорта (включая, грузовики, автобусы).

У транспорта с приводом на передние колеса (самый распространённый вариант у легковых авто) в состав трансмиссии чаще всего входят: сцепление, трансэксл, карданный привод на передние ведущие колеса и шарниры равных угловых скоростей. 

Уточнение «чаще всего» при описании конструкции сделано по той причине, что некоторые элементы могут «перекочёвывать». Например, трансэксл можно встретить в конструкции некоторых автомобилей и с задним приводом. К такому конструктивному решению не раз прибегали при производстве некоторых моделей Chevrolet, Nissan Alfa Romeo. Особенно решение популярно у спорткаров с независимой подвеской. Трансэксл может соединяться с ДВС при помощи различных валов (карданного, с резиновыми муфтами).

В трансмиссионную схему всех полноприводных авто с ручным управлением и ряда транспортных средств с дополнительным оборудованием (например, коммунальной техникой) также входит раздаточная коробка. 

Отдельно стоит обратить внимание на гидромеханические схемы. У них нет сцепления, но каждая ступень КПП оснащается автономным элементом переключения.

Что входит в трансмиссию автомобиля?

Узлы трансмиссии автомобиля:
  • Сцепление, муфта сцепления или фрикцион (последний вариант часто встречается на сельскохозяйственной технике, например, тракторах). Разъединяет двигатель от трансмиссии и плавно соединяет их при переключении передач, при старте движения. Основа большинства сцеплений — фрикционный диск или диски, прижатых к маховику или сжатых друг с другом. Управлять сцеплением можно механическим способом (педалью), посредством гидро-, электропривода.
  • Коробка передач (КПП). Главная функция любой КПП — изменение отношения между угловыми скоростями, крутящими моментами валов, угловыми и линейным перемещениями (то есть изменение передаточного отношения). Агрегат позволяет изменить крутящий момент, скорость и направление движения транспортного средства, а также разъединить двигатель с трансмиссией. Устройство агрегата зависит от типа КПП. 
  • Трансэксл — ведущий мост в блоке с коробкой передач. 
  • Кардан — механизм, передающий крутящий момент между валами у переднеприводных авто и от коробки к задним колесам на заднеприводных.
  • Картер. Кожух, в котором располагаются главная передача, полуоси для крепления ступиц ведущих колец и дифференциал.
  • Главная передача. Увеличивает крутящий момент и передаёт его на полуоси ведущих колес, адаптирует мощь двигателя под эксплуатационные условия.

  • Дифференциал. Распределяет крутящий момент между приводными валами и обеспечивает возможность колёс вращаться с разными угловыми скоростями. От дифференциала зависит безопасность езды при поворотах на сухой гладкой дороге. Дифференциал может быть исполнен в виде муфты (вязкостной или фрикционной) или червячных полуосевых шестерен (дифференциал Торсен) с автоматической самоблокировкой механизма в момент разности крутящих моментов на приводном вале и корпусе.
  • Полуоси. Передают крутящий момент от зубчатого колеса дифференциала непосредственно на колесо (через ступицу).

  • Шарниры угловых скоростей. Передают крутящий момент, идущий от дифференциала к ведущим колесам. ШРУСы в отличие от передачи способны беспрепятственно работать с существенными углами поворота (до 70 градусов).

  • Раздаточная коробка («раздатка»).  Устройство, направленное на распределение усилия двигателя по ведущим колесам. Раздаточная коробка помогает нарастить крутящий момент при езде по плохим дорогам, бездорожью, распределить крутящий момент между приводными осями транспортного средства.
Для повышения функциональности, эргономичности, конкурентоспособности устройство трансмиссии автомобиля постоянно совершенствуют. Рассмотрим популярные полноприводные МТ 4Matic, xDrive, 4Motion, Quattro.

Особенности популярных трансмиссий 4Matic, xDrive, 4Motion, Quattro

  • Системы полного привода 4Matic (установлены на многочисленные легковые модели Mercedes-Benz) с постоянным полным приводом включают межколесный и межосевой дифференциалы свободного типа, позволяющих разделить крутящий момент ДВС на две оси. Каждая из осей благодаря свободным дифференциалам может беспрепятственно вращаться с различной скоростью. Кроме того, у 4Matic предусмотрен контроль за движением посредством системы курсовой устойчивости (предусмотрен контроль тягового усилия, антиблокировочная система тормозов и антипробуксовочный механизм).
  • Полноприводные трансмиссии xDrive (разработка BMW) отличаются наличием фрикционной многодисковой муфты. Она выполняет роль дифференциала. Также одна из главных особенностей решения состоит в том, что системой обеспечена возможность перераспределения межосевого крутящего момента в максимально широком диапазоне (0 до 100%).
  • Система Quattro (Audi). Отличительная особенность – МТ и ДВС расположены продольно. У большинства трансмиссий Quattro присутствует свободный дифференциал с электронной блокировкой. Благодаря ней автоматически отпадает проблема пробуксовки ведущих колёс при разгоне на скользком дорожном полотне.
  • 4 Motion (популярный МТ Volkswagen). Особенность схемы — крутящий момент ДВС распределяется по осям в зависимости от ситуации на дороге. 
У большинства трансмиссий Quattro и 4Motion присутствует свободный дифференциал с электронной блокировкой. Благодаря ней автоматически отпадает проблема пробуксовки ведущих колёс при разгоне на скользком дорожном полотне.

Классификация 

Трансмиссии принято классифицировать в зависимости от способа передачи энергии (типа преобразователя крутящего момента, привода транспортного средства использованной коробки передач.

В зависимости от способа передачи энергии выделяются следующие виды трансмиссии автомобиля:

  • Механическая. Энергия передаётся посредством механического трения в сцеплении, взаимодействия шарниров, зубчатых колёс.
  • Гидромеханическая. Крутящий момент возникает за счёт механического трения и работы гидравлики. ТМ здесь работают благодаря гидромуфте, гидротрансформатору.
  • Гидравлическая. Вращение обязано нагнетания масла к гидротурбине под высоким давлением. То есть передача энергии осуществляется посредством жидкости.
В зависимости от привода выделяют переднеприводную, заднеприводную и полноприводную трансмиссию. О том, как они отличаются, можно судить, исходя из особенностей схемы устройств, приведённых в начале нашего материала.

В зависимости от коробки передач трансмиссия бывает: 

1. Механическая.
2.  Автоматическая. 
3. Роботизированная.
4. Вариативная (бесступенчатая) – с вариатором.

Подробнее о трансмиссиях с разными типами коробок передач читайте в нашем материале «Коробка передач».

Механическая трансмиссия

Передача мощности производится за счёт механических передач вращательного движения.

Плюсы:

  • Низкая стоимость.
  • Высокий КПД.
  • Малые габариты.
Механические системы обладают наивысшим КПД среди прочих, наименьшей массой, наиболее просты в производстве.

Важно! Не нужно путать механический способ передачи энергии и механическую коробку передач. Да, чаще всего решения с механической коробкой – это именно решения с механической передачей энергией. И именно её все и называют механическая трансмиссия автомобиля. Но это не аксиома. Среди гусеничной техники есть решения, где энергия передаётся через мехпередачи, при этом коробки стоят отнюдь не механические.

Гидромеханическая трансмиссия

Для агрегата характерно наличие гидромеханической коробки передач (в конструкции объединены механический редуктор + гидродинамический преобразователь крутящего момента). Наибольшая эффективность от системы наблюдается при наличии в ней автоматического управления.

Гидротрансформатор с колёсами с криволинейными лопатками, являющийся обязательным элементом такого агрегата, автоматически изменяет крутящий момент, передаваемый от двигателя.

Процесс передачи крутящегося момента подчиняется изменениям нагрузки на выходном валу КП.

  • Муфта свободного хода запускает процесс вращения колеса реактора только в одном направлении. Оно совпадает с траекторией вращения насосного колеса.
  • Рабочая зона под давлением заполняется маслом. 
  • Насосное колесо вращается.
  • Лопатки насосного захватывают масло.
  • Под влиянием центробежной силы масло оказывается на турбинном колесе.
  • Масло поступает в реакторе.
  • Направление потока жидкости изменяется.
  • Масло снова поступает в насосное колесо.
Таким образом, на лицо – замкнутая циркуляция масла.
Плюсы и минусы гидромеханических решений

Гидромеханические решения ценят за широкий диапазон регулирования передаточных чисел, возможность обеспечить бесступенчатое изменение параметров потока энергии, реверсирование, быстрое реагирование на изменение условий эксплуатации, ситуацию на дороге. Предоставляется возможность автоматизировать процесс переключения скоростей, установить полный контроль за фильтрацией крутильных колебаний.

Гидромеханические МТ очень популярны у сельскохозяйственных, коммунальных машин, автопоездов большой проходимости. Решение отлично подходит для передачи мощностного потока от ДВС на привод ведущих мостов.
Распространена установка таких агрегатов и на карьерные самосвалы. Удаётся исключить динамические нагрузки на валы, превышение трения дисков.

Самые популярные и эффективные – гидромеханические автоматические трансмиссии.

Правда, при множестве достоинств, есть у них и недостатки:

  • Отношение крутящего момента на ведомом звене по отношению к крутящему моменту на ведущем звене (то есть коэффициент трансформации) достаточно низок (не превышает 3).
  • Есть сложности с нарастанием тормозного усилия (эта проблема остро чувствуется при вхождении в режим торможения ДВС.
  • Высокая материалоемкость.

Гидравлическая трансмиссия

Вместо сухого трения механических МТ задействован гидротрансформатор. Для передачи крутящего момента применяются планетарные ряды, помогающие создать идеальные условия для реализации широкого спектра передаточных отношений. В том числе, такие решения не боятся сильной вибронагруженности.

Огромные преимущества решения:

  • При переключениях передач не происходит разрыва потока мощности.
  • Решение отлично обеспечивает передачу крутящегося момента.
  • Для плавной работы с передачами не нужно прикладывать ударные усилия.
Но чтобы получить отдачу от агрегата с гидротрансформатором, приходится заботиться о монтаже 
своей гидромуфты для каждой передачи.

Гидростатическая трансмиссия

ГСТ передаёт энергию вращения от ДВС к колесу или шнеку через насос с помощью направления рабочей жидкости к гидромотору. 

Решение чаще всего монтируется на транспорте, если важно обеспечить большое передаточное число. Главные объекты, где устанавливаются МТ такого типа – зерноуборочные комбайны, дорожно-строительные машины, бульдозеры.

ГСТ не препятствует пробуксовке машин на вязких грунтах, а при движении вперед-назад легко обеспечить прямолинейность движения. Даже если отвал бульдозера максимально отпущен, то при медленном продвижении вперёд транспортное средство не глохнет. При работе на бульдозере это особенно ценно.


    
   
ГСТ не отличается высоким уровнем КПД, но ДВС у таких ТМ работает более экономично, если сравнивать с механической трансмиссией.

Электромеханическая трансмиссия

Электромеханическая трансмиссия – это решение с тяговым генератором, тяговым мотором (или несколькими моторами).

Объекты установки:

  • cамосвалы большой грузоподъёмности,
  • автобусы большой вместимости,
  • транспорт высокой проходимости (вездеходы, уборочно-транспортные машины),
  • гусеничные трактора,
  • многозвеньевые поезда высокой проходимости,
  • карьерные самосвалы
Главная особенность – энергия передаётся на генератор и при необходимости может использоваться повторно. Торможение происходит с возвратом энергии. Если монтирована аккумуляторная система, можно производить замедленное движение с отключенным ДВС. В электроэнергию может преобразовываться вся мощь ДВС.

Среди недостатков – внушительные габариты, высокая себестоимость, КПД ниже, нежели у механических систем.

Наиболее частые поломки трансмиссии

  • Сильный шум при включении сцепления – «симптом» износа пружин (вилки, демпфера) или возникновение зазора в шлицевом соединении. Чаще всего решение проблемы – замена ведомого диска или пружин, но иногда достаточно просто основательней закрепить пружину вилки.
  • Увеличение шума при выключении сцепления – сигнал о износе, повреждении подшипников вала КПП. Как правило, проблема решается заменой подшипника.
  • «Смазанное» включение передач. Возникает как ответная реакция на износ многих деталей. Важна детальная диагностика и замена одной или нескольких деталей – пружин фиксаторов, шариков, «сухарей», шестерни, муфты, рычага выбора передач, блокирующих колец синхронизаторов.
  • Из коробки передачи течёт масло. Чаще всего проблема – в износе сальников или уплотнительных прокладок, и они нуждаются в замене. Но проблема может быть и в ослаблении крепления картера или его крышек. В этом случае требуется регулировка крепежа (гаек).
  • КПП издаёт гул, шум. Такое нередко бывает при недостатке уровня масла в коробке. И здесь важно понять причину утечки масла, устранить ее, а затем восстановить уровень масла до требуемых норм. Кроме того, проблема может быть связана с износом синхронизаторов, подшипников, шестерен. В этом случае требуется их замена.
  • При подъёме транспортного средства в гору начинается пробуксовка. Переключение на пониженную передачу начинается раньше времени. Здесь, как и в предыдущем случае, причина чаще всего – падение уровня масла. Но нельзя исключать и одновременный износ манжет поршня и дисков муфты. Это может быть прямым стимулом к их замене.
  • Cтук на холостом ходу ДВС. Это свидетельство окончания времени эксплуатации дисков фрикционных муфт. Решить проблему можно только их заменой.
Интерактивное обучение! На базе LCMS ELECTUDE доступен специальный обучающий курс-тренинг и тестовая система проверки знаний «Трансмиссия автомобиля». 

29 учебных модулей – это отличные возможности для того, чтобы изучить устройство, принцип работы разных трансмиссий. Огромное внимание уделяется устройству и сервисному обслуживанию.

Видеообзор интерактивного тренинга «Трансмиссия»

Дополнительную информацию вы всегда можете уточнить в LCMS ELECTUDE. Это не только обширная база знаний для тех, кто постигает транспортные технологии, но и площадка, которая позволяет прокачать навыки посредством симулятора, оценить знания с помощью системы тестов. Платформа отлично подходит для обучения  автодиагностов и автомехаников.


Ступенчатые механические трансмиссии.


Ступенчатые трансмиссии




Несмотря на очевидные достоинства бесступенчатых трансмиссий, наибольшее распространение на современных автомобилях получили ступенчатые механические трансмиссии благодаря простоте изготовления и обслуживания, относительной дешевизне и надежности.

Основными элементами механической трансмиссии автомобиля (рис. 1) являются сцепление 1, коробка передач 2, раздаточная коробка 3, карданная передача 4, главная передача 5, дифференциал 6, валы ведущих мостов.

Крутящий момент от двигателя через сцепление 1 передается к коробке передач 2. В коробке передач крутящий момент изменяется в соответствии с выбранной передачей. Водитель выбирает передачу в зависимости от условий движения, управление коробкой передач осуществляется вручную.

Сцепление и коробка передач обычно конструктивно объединены в один блок с двигателем, образуя силовой агрегат.
От коробки передач крутящий момент через карданную передачу 4 передается к главной передаче 5, в которой он увеличивается, и далее через дифференциал 6 и валы (полуоси) подводится к ведущим колесам автомобиля.

Дифференциал распределяет момент между правым и левым ведущими колесами и обеспечивает их вращение с различной угловой скоростью. Главная передача, дифференциал и полуоси размещенные в общем картере, составляют ведущий мост.

В трансмиссии переднеприводного автомобиля отсутствует карданная передача и ведущий мост, привод же ведущих колес осуществляется карданными валами с шарнирами равных угловых скоростей.




В состав трансмиссии полноприводного автомобиля дополнительно входит раздаточная коробка 3, в функции которой входит распределение крутящего момента между ведущими мостами и при необходимости его увеличение.
В случае, если нагрузка на переднюю и заднюю оси распределяется неравномерно, в раздаточной коробке устанавливается межосевой дифференциал, который распределяет подводимый крутящий момент в определенной пропорции и позволяет колесам передней и задней (средней) осей вращаться с различной угловой скоростью.

В некоторых случаях, когда возникает необходимость значительно повысить тяговые качества автомобиля, в трансмиссии применяется двухступенчатая главная передача и устанавливаются колесные редукторы.

Еще один элемент трансмиссии, который может присутствовать в автомобилях некоторых типов – коробка отбора мощности. Этот агрегат позволяет осуществлять отбор мощности от силового агрегата для привода различных дополнительных механизмов.

***

Назначение и классификация сцеплений


Главная страница


Дистанционное образование

Специальности

Учебные дисциплины

Олимпиады и тесты

Основные виды трансмиссий

Вышеописанные схемы трансмиссий часто называют мостовыми , так как крутящий момент подводится к каждому ведущему мосту, а затем распределяется между правым и левым ведущими колесами данного моста.

В отдельных конструкциях полноприводных автомобилей с колесной формулой 6X6: 8X8 или 10Х10 применяют механическую бортовую трансмиссию (рис. 14.1, г). В такой трансмиссии крутящий момент от двигателя через сцепление и коробку передач передается к раздаточной коробке, в которой крутящий момент делится поровну между правым и левым бортами (колесами каждой стороны). От раздаточной коробки крутящий момент подводится к бортовым редукторам 8, а от последних — к колесам. При этом у каждого колеса устанавливается своя главная передача.

Бортовая трансмиссия по устройству значительно сложнее, поэтому ее применение ограничено.

Комбинированную (гидромеханическую) трансмиссию применяют на ряде моделей автомобилей (БелАЗ-540, ЗИЛ-114) и автобусов (ЛиАЗ-677М и др.). В комбинированную трансмиссию входит гидротрансформатор и механическая коробка передач. Гидротрансформатор устанавливают вместо сцепления (см. рис. 14.1, а, б, в). Крутящий момент от гидротрансформатора передается к механической коробке передач с автоматическим или полуавтоматическим управлением. Такую трансмиссию часто называют гидромеханической передачей.

Электрическую трансмиссию применяют на карьерных автомобилях-самосвалах (БелАЗ-549, -75191, -75211) грузоподъемностью 75— 170 т. Электрическая трансмиссия состоит из генератора постоянного тока, приводимого в действие V-об-разными дизелями с турбонаддувом мощностью 770—1690 кВт и тяговых электродвигателей ведущих колес.

Электрическая трансмиссия обеспечивает преобразование механической энергии дизеля в электрическую, которая от генератора передается тяговым электродвигателям, расположенным совместно с редукторами в ведущих колесах автомобиля. Электродвигатели в сборе с ведущими колесами обычно называют электромоторколесами. Электротрансмиссия упрощает конструкцию привода к ведущим колесам, однако ее применение ограничено из-за большой металлоемкости и несколько меньшего к. п. д. по сравнению с механическими и гидромеханическими трансмиссиями автомобилей особо большой грузоподъемности.

Гидрообъемная трансмиссия обеспечивает преобразование механической энергии в напор циркулирующей жидкости. В такой трансмиссии гидронасос, приводимый в действие от двигателя внутреннего сгорания, соединен трубопроводами с гидродвигателями.

Напор жидкости, создаваемый гидронасосом, преобразуется в крутящий момент на валах гидродвигателей, соединенных с ведущими колесами автомобиля. Недостатками гидрообъемной трансмиссии по сравнению с механической являются большие габаритные размеры и масса, меньший к, п. д. и высокая стоимость. Поэтому такая трансмиссия не находит широкого применения.

Рис. 14.1. Схемы механических трансмиссий автомобилей

Механические трансмиссии — Студопедия

Механическая бесступенчатая трансмиссия. Это фрикционная трансмиссия, в которой для плавной передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам используется сила трения.

Эта передача выполняет также функции межколесного дифференциала. Передача применяется на некоторых моделях легковых автомобилей.

Механические бесступенчатые передачи не получили широкого распространения и имеют ограниченное применение на автомобилях из-за недостаточной надежности их работы.

Гидрообъемная трансмиссия.

Этот вид трансмиссии представляет собой бесступенчатую передачу автомобиля.

В гидрообъемной трансмиссии (верхняя половина рис. 6) двигатель 1 внутреннего сгорания приводит в действие гидронасос 2, соединенный трубопроводами с гидромоторами 3, валы которых связаны с ведущими колесами автомобиля. При работе двигателя гидродинамический напор жидкости, создаваемый гидронасосом в гидромоторах ведущих колес, преобразуется в механическую работу. Ведущие колеса с гидромоторами, установленными в них, называются гидромотор-колесами.

Рабочее давление в системе в зависимости от конструкции гидроагрегатов — 10…50 МПа.

На рис. 7 представлена простейшая схема устройства и работы гидрообъемной передачи, в которой используется гидростатический напор жидкости. При вращении коленчатого вала двигателя через кривошип 2 и шатун 3 производится перемещение поршня 4 гидронасоса. Жидкость из гидронасоса через трубопровод 9 подается в цилиндр гидродвигателя, поршень 8 которого перемещает через шатун 7 кривошип 5 и приводит во вращение ведущее колесо 6.

Рис. 6. Схема гидрообъемной (верхняя половила схемы) и электрической (нижняя половина) трансмиссии:

1 — двигатель; 2 — гидронасос; 3 — гидромотор; 4 — электродвигатель; 5 — генератор

Преимуществом гидрообъемной трансмиссии является бесступенчатое автоматическое изменение ее передаточного числа и передаваемого крутящего момента, что обеспечивает плавное трогание автомобиля с места, облегчает и упрощает управление автомобилем и снижает утомляемость водителя и, следовательно, повышает безопасность движения. Она также повышает проходимость автомобиля в результате непрерывного потока мощности и плавного изменения крутящего момента.

Электрическая трансмиссия

Это бесступенчатая передача, в которой крутящий момент измеряется плавно, без участия водителя, в зависимости от сопротивления дороги и частоты вращения коленчатого вала двигателя.

В электрической трансмиссии (см. нижнюю половину рис. 6) двигатель 1 внутреннего сгорания приводит в действие генератор 5. Ток от генератора поступает к электродвигателям 4 ведущих колес автомобиля.

Ведущее колесо (рис. 8) с установленным внутри электродвигателем 1 называется электромотор-колесом. Крутящий момент от электродвигателя к колесу передается через колесный редуктор 2. При применении быстроходных электродвигателей в ведущих колесах используются понижающие зубчатые передачи.

Преимуществом электрических трансмиссий является бесступенчатое автоматическое изменение ее передаточного числа. Это обеспечивает плавное трогание автомобиля с места, упрощает и облегчает управление автомобилем и снижает утомляемость водителя, в результате повышается безопасность движения. Кроме того, повышается проходимость автомобиля вследствие непрерывного потока мощности и плавного изменения крутящего момента. Повышается также долговечность двигателя из-за уменьшения динамических нагрузок и отсутствия жесткой связи между двигателем и ведущими колесами. Однако у электрических трансмиссий КПД не превышает 0,75, что ухудшает тягово-скоростные свойства автомобиля. Кроме того, расход топлива по сравнению с механическими трансмиссиями повышается на 10…20 %. Электрические трансмиссии также имеют большую массу и высокую стоимость.

Рис. 8. Электромотор-колесо:

1 — электродвигатель; 2 — редуктор

Гидромеханическая трансмиссия

Это комбинированная трансмиссия, которая состоит из механизмов механической и гидравлической трансмиссий. В гидромеханической трансмиссии передаточное число и крутящий момент изменяются ступенчато и плавно (см. рис. 3, в).

В гидромеханическую трансмиссию (рис. 9) входят гидромеханическая коробка передач 2, включающая гидротрансформатор и механическую коробку передач, карданная передача 3, главная передача 4, дифференциал 5 и полуоси 6.

Гидротрансформатор устанавливают вместо сцепления, и в нем передача крутящего момента от двигателя 1 к трансмиссии происходит за счет гидродинамического (скоростного) напора жидкости. Гидротрансформатор плавно автоматически изменяет крутящий момент в зависимости от нагрузки. При этом крутящий момент от гидротрансформатора передается к механической коробке передач, в которой передачи включаются с помощью фрикционных механизмов. Применение гидротрансформатора обеспечивает плавное трогание автомобиля с места, уменьшает число переключений передач, что снижает утомляемость водителя, улучшает проходимость автомобиля, почти в два раза повышается долговечность двигателя и механизмов трансмиссии вследствие уменьшения в трансмиссии динамических нагрузок и крутильных колебаний. Снижается также вероятность остановки двигателя при резком увеличении нагрузки.

Рис. 9. Схема гидромеханической трансмиссии:

1 — двигатель; 2 — гидромеханическая коробка передач; 3 — карданная передача; 4 — главная передача; 5 — дифференциал; 6 — полуоси

Недостатком гидромеханической трансмиссии являются более низкий КПД, что ухудшает тягово-скоростные свойства и топливную экономичность автомобиля, более сложная конструкция и большая масса, а также высокая стоимость в производстве, которая составляет около 10 % стоимости автомобиля.

Электромеханическая трансмиссия. Это комбинированная трансмиссия, которая состоит из элементов механической и электрической трансмиссий.

На рис. 10 показана схема электромеханической трансмиссии автобуса большой вместимости. Двигатель 4 внутреннего сгорания расположен в задней части автобуса и приводит в действие генератор 5. Ток, вырабатываемый генератором, подводится к электродвигателю 1. Крутящий момент от электродвигателя через карданную передачу 2 подводится к ведущему мосту 3 и далее через главную передачу, дифференциал и полуоси к ведущим колесам автобуса. Сцепление и коробка передач в трансмиссии отсутствуют, так как при возрастании сопротивления дороги уменьшается частота вращения электродвигателя и автоматически увеличивается крутящий момент, подводимый к ведущим колесам автобуса.

Режим работы двигателя в различных дорожных условиях зависит только от подачи топлива, которая осуществляется педалью. Отсутствие педали сцепления и рычагов переключения коробки передач существенно облегчает работу водителя автобуса, который в условиях города работает с частыми остановками. Кроме того, электромеханическая трансмиссия повышает проходимость и безопасность движения. Недостатками электромеханической трансмиссии по сравнению с механической являются меньший КПД, не превышающий 0,85, что ухудшает тягово-скоростные свойства и топливную экономичность (расход топлива увеличивается на 15… 20 %), а также большие габаритные размеры и масса.

Рис. 10. Схема электромеханической трансмиссии:

1 – электродвигатель; 2 — карданная передача; 3 — ведущий мост; 4 — двигатель; 5 — генератор

Что такое трансмиссия? Объясняем простым языком

Автор Автошкола Основа На чтение 7 мин Просмотров 44.5к. Опубликовано

Трансмиссия является одной из автомобильных систем, имеющих в своём составе различные узлы и детали. Их основная задача — передавать усилие от мотора на ведущий мост. Однако это лишь поверхностное представление о трансмиссии современного автомобиля, на самом деле она требует более подробного изучения.

Система трансмиссии не только передаёт крутящий момент (КМ) от двигателя к колёсам машины, но и влияет на направление вращения и частоту, контролирует распределение усилия между осями.

Типы трансмиссий

На сегодняшний день в автомобильной промышленности нашли применение 4 типа трансмиссий.

Механическая коробка передач

Самой известной и старейшей является МКПП или механическая коробка передач. В этой трансмиссии вращение передаётся посредством работы шестерёнок, управление над которыми водитель осуществляет вручную.

Сильные стороны МКПП — довольно высокий КПД, хорошая экономия горючего, простота конструкции и надёжность, недорогое обслуживание.

Что касается недостатков, то это низкий комфорт управления — современному автолюбителю не по душе каждый раз «дёргать» за ручку.

Сегодня это неудобно, учитывая степень загруженности городских дорог и большое количество светофоров.

Несмотря на техническую архаичность, МКПП пока остаётся лидером среди остальных типов трансмиссий, устанавливаемых на автомобили в наши дни. Эксперты объясняют такой расклад низким бюджетом производства механических коробок передач.

Принцип работы «механики» осуществляется в паре со сцеплением. Узел позволяет временно разъединять силовой агрегат от трансмиссии, что даёт возможность быстро переключать передачи без ущерба для коробки и двигателя. Регулируется сцепление водителем из салона, путём нажатия ногой на педаль.

МКПП состоит из шестерёнок и осей валов. Сегодня большей частью применяются шестерни с косым зубом. Они менее шумные и прочные, отличаются максимальным сроком службы. Отдельного внимания заслуживают синхронизаторы, позволяющие обходиться без двойного выжима.

Роботизированная трансмиссия

«Робот» или роботизированная трансмиссия отличается от «механики» способом управления — здесь контролирует электроника, а не водитель. Хотя «робот» способен работать и в режиме полуавтоматическом, когда автомобилист сам переключает ступени, используя селектор или рулевые лепестки.

Плюсом роботизированной коробки можно смело назвать комфортность управления — нет необходимости каждый раз тянуть за рычаг.

Что касается минуса, то основным является задержка при переключении, наблюдаемая многими владельцами автомобиля. Известны и другие недостатки — отсутствие плавности хода и резкие рывки.

Озабоченные большим количеством недостатков роботизированной коробки передач, современные инженеры придумали эффективный выход из ситуации. В наши дни «робот» синхронизируют с 2 сцеплениями, что позволяет быстрее переключать ступени. Такой вариант называется селективной КПП.

Автоматическая коробка передач

«Автомат» или автоматизированная коробка передач — по популярности на втором месте после МКПП. Является сложной трансмиссией, состоящей из множества элементов, включая датчики. АКПП работает не со сцеплением, а с гидротрансформатором.

Принцип работы «автомата» схож с «роботом» тем, что переключение ступеней возможно как вручную, так и без помощи водителя. Однако АКПП не имеет характерного недостатка роботизированной коробки передач — резких рывков при переключении скоростей.

Недостатком АКПП по праву названа дороговизна. Её однозначно нельзя назвать и экономичной для автовладельца — расходует много масла. Это наряду с тем, что ремонт «автомата» обходится в большую сумму.

Различают 2 типа АКПП: с гидравликой и электроникой.

  1. Гидроавтомат считается самой простой коробкой, работающей в паре с турбинами рабочей жидкости.
  2. Электронная АКПП — модернизированный вариант гидроавтомата, позволяющий выбирать режимы Sport, Econom и Winter.

Бесступенчатая трансмиссия

Вариатор — это коробка, не имеющая ступеней переключения. Она так и называется — бесступенчатая КПП. Передача КМ в такой трансмиссии осуществляется цепью или ремнём, а передаточное соотношение регулируется шкивом.

Основные достоинства вариатора: увеличение ресурса автомотора, плавность хода и полное отсутствие рывков при передвижении.

Что касается недостатков, то это медленный разгон и дорогое обслуживание.

Агрегаты трансмиссии автомобиля

Трансмиссию иначе можно назвать совокупностью определённых механизмов и агрегатов. Помимо КПП, в их число входят: сцепление, главная передача, дифференциал и кардан.

Диск сцепления

Путём воздействия на сцепление при остановке машины водителю не приходится глушить двигатель — включается нейтральная скорость, и коробка отсоединяется от мотора. В процессе езды сцепление вновь совмещает вращающийся двигатель и коробку.

Основная задача сцепления — соединять и отсоединять КПП с двигателем, делая это как можно плавнее. Размещается узел между силовой установкой и коробкой передач.

В трансмиссии автомобиля сцепление играет роль проводника. Именно оно передаёт усиление с объекта на объект. Управляет механизмом водитель, сидящий за рулём машины. Посредством педали он воздействует на привод, соответственно, осуществляется передача усилия.

Различают 3 типа привода, хотя в автомобилестроении чаще применяются лишь два: механический и гидравлический. Электрогидравлический привод такое распространение не получил.

Сцепление состоит из ряда функциональных элементов:

  • дисков, тесно взаимосвязанных между собою;
  • маховика, соединённого с корзиной — относится к самым прочным элементам, выдерживающим большие нагрузки;
  • вилки выключения, разжимающей диски при нажатии педали;
  • первичного вала коробки, на который передаётся КМ.

Принято различать «сухое» и «мокрое» сцепление.

  1. Первый тип осуществляет передачу усилия напрямую между диском мотора и КПП, благодаря силам трения. Он часто устанавливается на внедорожники, оснащённые полным приводом.
  2. «Мокрое» сцепление — использует гидротрансформаторное масло. Жидкость находится между обоими дисками. Такой вариант более надёжен, но стоит дороже обычного сцепления.

Главная передача

Это устройство предназначается для передачи КМ непосредственно к ведущему мосту. Состоит узел из полуоси, ведомой и ведущей шестерней, полуосевых шестерней и шестерней-сателлитов.

Основная задача главной передачи — увеличивать КМ силового агрегата и уменьшать частоту вращения ведущих колёс. На переднеприводных автомобилях этот узел расположен в КПП рядом с дифференциалом, а на заднеприводных — в картере моста.

Принято различать одинарную передачу и двойную, часто встречающуюся на грузовиках с увеличенным передаточным числом.

Дифференциал

Предназначен для передачи, изменения и распределения КМ. Один из конструктивных элементов трансмиссии. В зависимости от привода автомобиля располагается:

  • в картере — задний привод;
  • в КПП — передний привод;
  • в раздатке — полный привод.

Конструктивная особенность дифференциала заключается в наличии планетарного редуктора. А в зависимости от зубчатой передачи, принято различать:

  • конический дифференциал, используемый в качестве межколёсного;
  • цилиндрический, который ставится между осями автомобилей с полным приводом;
  • червячный — универсальный вариант, используемый и между колёсами, и между осями.

Дифференциал состоит из:

  • корпуса или чашки, воспринимающей КМ от главной передачи;
  • ведомой шестерни, жёстко зафиксированной на корпусе;
  • осей с вращающимися сателлитами;
  • шестерёнок.

Карданная передача

Кардан состоит из валов, промежуточной опоры, шарниров и шлицов, муфты.

  1. Задний вал кардана наделён 2 шарнирами, позволяющими плавно передавать КМ от КПП к главной передаче при езде автомобиля по кочкам.
  2. Шарниры с крестовинами дают возможность передачи КМ под углом.
  3. Шлицы предназначены гасить колебания автомобильного кузова.

Кардан — это один из важнейших узлов. Если передача бывает неправильно отрегулирована, возникают сложности в работе трансмиссии: неприятный шум, вибрационные колебания и другие неисправности.

Назначение трансмиссии автомобиля

Тем самым, назначение трансмиссии — связывать двигатель с ведущим мостом автомобиля, передавать КМ и перераспределять его между колёсами, а также изменять и направлять вращение.

Благодаря работе трансмиссии мощность ДВС трансформируется в полезный вращательный момент. Автомобиль легко стартует с места, и едет дальше с определённо заданной скоростью.

Основные симптомы неисправности трансмиссии:

  • западание или заедание педали муфты;
  • появление шума в области сцепления;
  • наличие рывков при старте;
  • пробуксовка автомобиля;
  • утечка трансмиссионной жидкости.

Чтобы трансмиссия максимально эффективно выполняла свои функции, рекомендуется регулярно её обслуживать, своевременно выявлять и устранять неисправности.

Как не сломать коробку. Каков ресурс у механической трансмиссии? | Практические советы | Авто

Механические коробки передач достаточно надежны, и многие автомобилисты отдают им приоритет по сравнению с автоматическими трансмиссиями. Между тем после пробега в 100 тысяч километров любая трансмиссия подвержена риску поломки. От чего зависит ресурс технического узла и что необходимо предпринять, чтобы уберечь механику от повреждений?

Проблемные места механической коробки

Механические ручные коробки переключения передач конструктивно сравнительно просты. Они имеют входной и выходной валы с шестернями, которые соединяются с промежуточным валом. Подключение передач происходит посредством тяг, включающих шестерни с помощью переходной муфты с синхронизаторами. В общем, ломаться там нечему. Такая конструкция, собранная с соблюдением всех требований по точности, может проработать под нагрузкой не менее 500 тысяч километров, если, конечно, будет вовремя меняться смазка.

Проблемных мест у коробки всего две. Это синхронизаторы и блок сцепления, передающий крутящий момент от двигателя к трансмиссии. Оба технических элемента зависят от уровня подготовки водителя, его аккуратности и способности чувствовать нагрузку на фрикционных дисках. Только от умений водителя зависит продолжительность работы этих деталей.

Как сломать синхронизаторы?

Синхронизатор — это механизм, обеспечивающий плавное переключение передач за счет выравнивания частоты вращения включаемой шестерни и вторичного вала. Он не только помогает снизить износ зубчатых венцов муфты и шестерни, но и убирает акустический шум при работе передач. Синхронизаторы можно сломать за счет неправильных включений.

По правилам водитель должен сначала выжать педаль сцепления, затем поставить селектор в нужное положение, а потом медленно вернуть педаль обратно, плавно передавая нагрузку от мотора к трансмиссии. К сожалению, не все так поступают. Новички не умеют еще дозировать усилие на педали и замыкают диски слишком быстро, допуская рывок в трансмиссии. Такие ударные нагрузки оказываются разрушительными для синхронизаторов, особенно на машинах с турбированными моторами.

У современных моторов с турбонаддувом пик тяги развивается уже на 1500 об., то есть почти с холостого хода. Это значит, что мотор выдает примерно 250 Нм крутящего момента на самом старте. Если водитель будет бросать педаль сцепления или включать селектор при плохо выжатом сцеплении, то возникнет прямой риск ударных нагрузок и быстрого износа узла.

То же самое актуально и для водителей-спортсменов, которые пытаются включать передачи без выжима сцепления для экономии времени. В определенных ситуациях такой прием помогает выиграть доли секунды в разгоне, однако он приводит к поломке муфты переключения и возникновению задиров и сколов на зубьях шестерен. В общем, продолжительность работы синхронизаторов зависит только от уровня подготовки водителя.

Замена масла в коробке

На ресурс коробки и зубчатых соединений также влияет периодичность замены масла. Производители заявляют, что смазывающая жидкость в коробке рассчитана на весь срок службы. Однако после первого ремонта сцепления лучше произвести и замену масла, так как внутри коробки скапливаются продукты износа шестерен. В дальнейшем масло можно менять через каждые 60 000 км пробега.

Как сжечь узел сцепления?

Производители не указывают конкретные сроки службы сцепления. Работоспособность узла сильно зависит от квалификации водителя. Участие в уличных гонках, частое пробуксовывание на грунтовых дорогах, резкое трогание с места на больших оборотах двигателя, попадание посторонних жидкостей и предметов, неквалифицированная регулировка технического узла — все это сокращает ресурс сцепления.

Обычно оно может выходить примерно 120 тысяч километров пробега и более. Однако при неправильном использовании оно ломается уже на 5 тысячах километров пробега.

Вторая ошибка, которую совершают водители, связана с систематическим частичным нажатием на педаль сцепления в процессе езды. Проще говоря, они не убирают ногу на площадку отдыха, а держат ее на педали и время от времени, не замечая, надавливают на нее. Это приводит к активации привода и ослаблению давления диска на маховик, что влечет за собой пробуксовку фрикционных накладок, их перегрев, выработку и снижение ресурса.

На возникновение поломок сцепления влияют также следующие факторы:

  • Частые поездки на короткие расстояния;
  • Езда по неровным, грязным, грунтовым, гравийным дорогам;
  • Эксплуатация автомобиля в условиях повышенной запыленности;
  • Поездки в дорожных пробках и заторах;
  • Частая езда на затяжных подъемах и спусках в гористой местности;
  • Буксировка прицепа;
  • Частое движение со скоростями свыше 140 км/ч.

что это такое в автомобиле

Что такое трансмиссия у автомобиля? Трансмиссия – это механизмы, которые передают мощность от двигателя к колёсам, и заставляют их вращаться. Также эта конструкция отвечает за изменение направленности момента и его величины. Другими словами, и быстрая остановка во время поездки, и движение на задней передаче, и маневрирование возможны только благодаря этому механизму. Этим термином можно назвать всю систему, которая связывает мотор с ведущими колёсами, то есть сцепление, коробку передач и остальные элементы. На автомобильных заводах проектированием этих элементов для автомобилей занимаются лучшие инженеры. Трансмиссия должна соответствовать определённым требованиям:

  • максимальная передача мощности;
  • надежность;
  • простота управления автомобилем;
  • как можно меньший вес элементов.

Когда механизм имеет высокий КПД и высокую надёжность, водитель может быть уверен, что купленное топливо используется по максимуму, а сама трансмиссия автомобиля не выйдет из строя. Управление трансмиссией также должно быть максимально простым, в противном случае увеличивается опасность попасть в ДТП из-за невнимательности водителя. От веса и габаритов конструкции зависит её стоимость для покупателя, поэтому производители стараются сделать механизм как можно меньше и легче. При работе трансмиссия автомобиля должна издавать минимум шума. Особенно это касается моделей, предназначенных для личного использования.

Устройство

При сгорании топливной смеси в двигателе образуется большое количество энергии, которую необходимо передать ведущим колёсам автомобиля. Самая простая конструкция трансмиссии автомобиля из возможных состоит всего из трёх элементов.

Сцепление


Этот механизм находится между двигателем и коробкой передач. Он задаёт плавное включение трансмиссии во время изменения числа передачи или резкого старта. Также механизм при необходимости отделяет на небольшое время остальную часть трансмиссии от двигателя. В большинстве автомобилей используется фрикционное сцепление, которое обеспечивает передачу мощности с помощью сил трения. Различают однодисковое, двухдисковое и многодисковое сцепление.
Причём есть два варианта такого механизма – сухой и мокрый. В первом случае диски функционируют с помощью обычного трения, а во втором они работают в жидкости. Также существуют электромагнитный и гидравлический варианты этого механизма, но они не очень распространены. В большинстве современных автомобилей используется однодисковое сцепление с сухим типом трения.
Сцепление состоит из двух дисков – ведущего и ведомого. В обычном состоянии они плотно прижаты друг к другу специальными пружинами под действием рычагов и нажимного подшипника. Благодаря этому они взаимодействуют друг с другом и передают полученную от сгорания топлива энергию дальше. Когда водитель нажимает на педаль сцепления, диски отсоединяются друг от друга, и передача энергии к трансмиссии прекращается. Не останавливается только вращение маховика под действием освобождённой энергии. Соответственно, движение автомобиля тоже останавливается.

Для того чтобы транспортное средство поехало, водитель должен плавно отпустить педаль сцепления. Тогда диски снова придавятся друг к другу и продолжат передавать мощность.

Коробка передач (КПП)

Коробка передач отвечает за задний ход и скорость вращения колёс, а также позволяет отсоединять двигатель и трансмиссию друг от друга на длительный срок. Различают ступенчатые и бесступенчатые КПП. В ступенчатых механизмах изменение передачи происходит ступенчато, к таким конструкциям относятся механические и роботизированные КПП. Примером бесступенчатой коробки передач является вариатор.
Если машина оборудована механической коробкой передач, то автомобилист должен самостоятельно переключать передачи с помощью специального рычага. КПП с таким строением отличаются простотой и надёжностью. На данный момент — это самая распространённая конструкция, но в последнее время среди автомобилистов набирает популярность автоматическая коробка передач.

Роботизированные конструкции представляют собой простую КПП, в которой все необходимые действия автоматизированы и контролируются точной электроникой. Соответственно, водителю не нужно выжимать сцепление и переключать передачи. Такие КПП позволяют осуществлять более динамичный разгон и снижают расход топлива. В некоторых моделях установлено двойное сцепление, позволяющее переключать передачи без обрыва мощности.
Комбинированные (автоматические) КПП сочетают в себе элементы двух вышеуказанных систем. АКПП имеют длительный эксплуатационный срок и рационально используют мощность двигателя. Недостатками конструкции является медленный разгон и повышенный расход бензина.

Ведущий мост

Мосты – опоры, на которых крепится рама машины. Мост может быть ведущим или ведомым. Соответственно, ведущий получает через остальную часть трансмиссии крутящий момент и заставляет колёса крутиться, а ведомый является простой опорой. Мосты бывают передними и задними, а у грузовых машин может быть ещё один мост – средний.

Таким образом, трансмиссия вполне может состоять из трёх элементов. Но это примитивный вариант, который давно не используется. Сейчас устройство трансмиссии несколько сложнее. Для увеличения КПД в конструкцию добавляют дополнительные элементы.

Дифференциал

Дифференциал — это механизм с двумя степенями свободы. Грубо говоря, конструкция разделяет механическую энергию двигателя на два потока и ведёт их к колёсам. Дифференциал контролирует вращение колёс и не допускает проскальзывания шин на неровной поверхности. Польза дифференциала проявляется при движении по некачественной дорожной поверхности или во время гололёда, дождя или снега. В зависимости от колёсной формулы расположение этого механизма может отличаться. Основная характеристика дифференциала – коэффициент блокировки (КБ).

Он показывает соотношение крутящего момента одного из колёс к этому же показателю другого колеса. От этого параметра зависит проходимость автомобиля, чем он больше – тем выше проходимость. У обычного симметричного дифференциала эта характеристика всегда равна 1, в случае же со специальными механизмами коэффициент может доходить до 5.
Так что если кто-то спросит, из чего состоит трансмиссия, то можно сразу ответить.

Классификация

Существует 5 основных разновидностей трансмиссии. Самой популярной трансмиссией для легковых автомобилей является механическая система, остальные используются крайне редко из-за их особенностей. Рассмотрим характеристики каждой конструкции.

Механическая

Механические трансмиссии состоят только из шестерёнчатых или фрикционных элементов, что обеспечивает высокий КПД, небольшой вес конструкции, надёжность при эксплуатации и простоту обслуживания. Также такие механизмы отличаются компактностью. Недостатком же механической трансмиссии является неплавное переключение передаточного числа, из-за чего мощность двигателя не всегда используется рационально. К тому же, необходимость переключения рычага усложняет вождение транспортным средством. В случае со спортивными автомобилями эта проблема решается с помощью установки электронного переключателя передач, но такой способ слишком дорогой и не годится для массового использования.

Гидромеханическая

Данная КПП состоит из механизма для передачи момента и специального преобразователя. Трансмиссии этого типа применяются в тракторах, железнодорожной технике, а также как вспомогательный регулятор поворота в танкостроении. Из-за применения такой системы значительно уменьшается КПД двигателя, но увеличивается эксплуатационный срок поршневого мотора. Необходимость дополнительного питания трансмиссии и установки специальной системы охлаждения сильно увеличивает вес и габариты конструкции. Также гидромеханическая трансмиссия позволяет облегчить управление транспортным средством.

Удаление царапин на кузове автомобиля без покраски.

НЕ ТРАТЬТЕ ДЕНЬГИ НА ПЕРЕКРАСКУ!
Теперь Вы сами сможете всего за 5 секунд убрать любую царапину с кузова вашего автомобиля.

Читать далее >>

Гидростатическая

Гидростатическая трансмиссия передаёт мощность двигателя с помощью ак­си­аль­но-плунжерных механизмов. Это позволяет разместить элементы трансмиссии далеко друг от друга и получить много степеней свободы. Часто применяется в катках для строительства дорог, металлорежущих станках, некоторых видах теплоходов. Требует серьёзного контроля за качеством используемой рабочей жидкости.

Гидравлическая

Сами гидравлические трансмиссии встречаются исключительно редко, поэтому таким термином часто обозначаются конструкции, в которых переключение передач осуществляется не механикой, а гидравлическими машинами. Эта система позволяет трансмиссии стабильно работать даже при очень больших крутящих моментах. Неудобство создаёт то обстоятельство, что перед работой необходимо установить гидромуфту для каждой передачи. Используется в железнодорожной технике.

Электромеханическая


Основной элемент электромеханической трансмиссии – тяговый электромотор. Также в неё входят генератор электрического тока, электрическая система контроля и провода, которые соединяют все части конструкции. Стоит отметить, что нередко в таких конструкциях используется несколько электромоторов для увеличения мощности.
Такая трансмиссия автомобиля не очень распространена из-за серьёзных недостатков. Это очень большой размер и масса, а также высокая стоимость. Кроме этого, обычная механическая трансмиссия имеет больший КПД, чем электромеханический вариант. Тем не менее, электротехническая промышленность быстро развивается, и возможности таких механизмов постоянно увеличиваются. Сейчас электромеханическая трансмиссия используется в основном для армейских машин или тяжёлой техники вроде тракторов, троллейбусов, морских судов и некоторых военных машин.
Остальные виды трансмиссий очень редко используются в автомобилях. Тем не менее, специалисты постоянно исследуют возможности разных видов механизмов этого типа. Даже если учёным и инженерам удастся придумать перспективную конструкцию, для разработки технологии производства и модернизации производственных линий потребуются годы.

Зависимость трансмиссии от привода


Для различных видов привода конструкция трансмиссии отличается. Так, в состав трансмиссии заднего привода входит:

  • коробка передач;
  • сцепление;
  • главная передача;
  • карданная передача;
  • полуоси;
  • дифференциал.

В случае же с передним приводом, в трансмиссии отсутствует карданная передача и полуоси, но есть валы привода ведущих колёс. Задний привод считается более надёжным, чем передний, хотя многие специалисты отмечают, что такая конструкция требует больше топлива (грубо говоря, толкать вперёд сложнее, чем тянуть). Полный привод позволяет перераспределять силу тяги на разные колёса. Такие системы условно делятся на два вида.

Подключаемая система

В этом случае привод активируется водителем. Основной элемент такой конструкции – раздаточная коробка. Этот механизм позволяет равномерно распределять мощность двигателя между осями, даже если в машине установлены только межколёсные дифференциаторы.

Постоянная система

Автомобили с такой системой обязательно имеют межосевой дифференциал. Полный привод применяется для обеспечения более динамичного разгона автомобиля и лучшей управляемости.

Трансмиссия – один из важнейших элементов автомобиля. Этот механизм передаёт энергию от двигателя к ведущим колёсам и приводит их в движение. Чтобы можно было в любой момент остановить машину, не выключая двигатель, в системе предусмотрено сцепление. Тип трансмиссии определяет плавность разгона и расход топлива. В автомобилях с автоматической или роботизированной коробкой передач нет педали сцепления, при необходимости оно активируется в автоматическом режиме сложной электроникой.

Что такое механическая передача энергии и ее элементы?

Что такое механическая передача энергии?

Механическая передача энергии — это передача энергии от места, где она генерируется, к месту, где она используется для выполнения работы с использованием простых механизмов, рычажных механизмов и элементов механической передачи энергии.

Механическая передача энергии

Почти все машины имеют какую-либо передачу энергии и движения от входного источника. Обычно это электродвигатель или двигатель внутреннего сгорания, который обычно обеспечивает крутящий момент за счет комбинации входного вала и муфты.

Реклама

Реклама

Реклама

Реклама

Зачем нужна механическая передача энергии?

Существует много способов генерировать энергию, но иногда невозможно генерировать энергию там, где она необходима, или в нужной форме, направлении или величине. Следовательно, электрические и механические передачи жизненно важны для любой конструкции инженерного продукта. Эта статья посвящена исключительно механической передаче энергии и ее элементам, за исключением передачи электрической энергии.Механическая передача мощности и ее элементы используются по следующим причинам:

  1. Генерируемая мощность или энергия могут быть преобразованы в полезную форму
  2. Физические ограничения ограничивают выработку электроэнергии в том месте, где она используется, поэтому ее можно передавать от источника к месту, где она необходима
  3. Может использоваться для изменения направления и величины, например, скорости или крутящего момента
  4. Может использоваться для изменения типа энергии, т. е. с вращательной на линейную и наоборот
  5. Элементы механической передачи энергии

При проектировании машиностроительных изделий, таких как приводы автоматики, машины и т.п., силовая передача и ее элементы позволяют согласовать источник энергии с условиями его эксплуатации и состоянием рабочих органов.

Преимущества элементов силовой передачи

  • Эффективная мощность передачи
  • Элементы помогают разделить и распределить источник питания для работы нескольких механизмов, таких как один двигатель, приводящий в действие несколько конвейерных лент.
  • Для изменения скорости вращения
  • Изменить направление вращения двигателя
  • Преобразует вращательное движение в линейное возвратно-поступательное движение

Реклама

Реклама

Реклама

Реклама

Типы элементов механической передачи энергии

  • Валы и муфты
  • Силовые винты
  • Шестерни и зубчатые передачи
  • Тормоза и сцепления
  • Ремни, канаты и шкивы
  • Цепи и звездочки

Валы и муфты

Как обсуждалось ранее, валы и муфты являются неотъемлемой частью трансмиссии современных инженерных изделий, таких как машины.Поскольку валы силовой передачи широко используются почти во всех типах конструкции механического оборудования, конструкция имеет решающее значение для безопасности и длительного срока службы машин.

Валы

Механический вал представляет собой элемент механической передачи мощности, который передает мощность и вращательное движение от одного устройства к другому. Конструкция вала имеет решающее значение для предотвращения любого преждевременного отказа, и проектировщик должен учитывать распространенные виды отказов.

Подкомпоненты, такие как муфты, шестерни, шкивы, звездочки и т. д., устанавливаются на вал для передачи мощности или вращения через центральную часть компонента, называемого ступицей, вместе с удерживающими устройствами, такими как шпонки и шлицы.Соединение должно обеспечивать передачу нагрузки, мощности и вращения без проскальзывания и в пределах требований к точности конструкции.

конструкция вала

Типы соединений и компонентов, которые необходимо использовать вдоль оси вала, диктуются функциональными требованиями продукта и зависят от следующих факторов

– Величина крутящего момента
– Размер вала
– Скорость вращения
– Направление вращения

Муфты

Муфты, также известные как муфты вала, используются для соединения двух концов вала вместе для передачи как углового вращения, так и крутящего момента.Основное конструктивное требование к муфтам и их удерживающим устройствам заключается в том, что номинальный крутящий момент должен передаваться без проскальзывания, преждевременного выхода из строя или, в некоторых случаях, должен выдерживать несоосность.

Жесткие и гибкие муфты

Муфты механической передачи энергии обычно делятся на две широкие категории

  • Жесткая муфта
  • Гибкая муфта

Жесткие муфты просты, легки в конструкции и сравнительно дешевы, хотя требуют точного выравнивания валов, тогда как гибкие муфты могут компенсировать несоосность валов.

Силовые винты

Силовой винт, также известный как ходовой винт (или ходовой винт) и поступательный винт, представляет собой винт, используемый в качестве элемента рычажного механизма передачи энергии в инженерном изделии, таком как машина, для преобразования вращательного движения в линейное движение. Большая площадь скользящего контакта между наружной и внутренней частями винтовой резьбы обеспечивает большое механическое преимущество за счет небольшого угла клина.

Силовой винт

Силовые винты имеют множество применений, таких как линейные ходовые винты, машинные направляющие, тиски, винтовой домкрат, механизмы управления механическим прессом и т. д.Наиболее распространенные устройства устроены таким образом, что приводной винт вращается, а гайка переходит в линейное движение вместе с винтами. Но он также используется в противоположной ориентации, например, в винтовом домкрате, где гайка вращается, а винт движется линейно, чтобы поднять домкрат.

Они не используются в передачах высокой мощности из-за больших потерь энергии на трение на резьбе, но используются в прерывистой передаче малой мощности, например, в низкоточных позиционерах.

Реклама

Реклама

Реклама

Реклама

Шестерни и зубчатые передачи

Зубчатые передачи представляют собой несколько наборов шестерен, передающих мощность.Зубчатая передача представляет собой механическую систему передачи мощности, в которой шестерни установлены на валах так, что зубья сопряженных шестерен входят в зацепление, и каждая из них катится друг по другу на своем диаметре делительной окружности.

Шестерни и зубчатые передачи

Передаточное отношение и механическое преимущество сопряженных шестерен определяются отношением диаметра делительной окружности.

Тормоза и сцепления

Теоретически тормоза и муфты почти неотличимы друг от друга, хотя функционально муфты представляют собой муфты, которые используются для включения и выключения передачи мощности между двумя соединительными валами, вращающимися с разными скоростями на общей оси.Основная функция муфты – привести оба элемента к общей угловой скорости.

тормоза и муфты

Тормоз функционирует аналогичным образом, за исключением того, что один из элементов является фиксированным, поэтому при срабатывании общая угловая скорость равна нулю.

Хотя тормоза и сцепления известны своим применением в автомобилях, они также широко используются в лебедках, косилках, подъемниках, стиральных машинах, тракторах, мельницах, подъемниках и экскаваторах.

Муфты

Механические муфты можно классифицировать и различать различными способами в зависимости от типа их зацепления, принципа действия, типа приведения в действие и метода работы

Тип зацепления Принцип действия Тип срабатывания Метод работы
Муфты принудительного привода Включающие муфты Гидравлический привод Сухие сцепления
фрикционы Размыкающие муфты Пневматический Мокрые сцепления
Механический
Электромагнитные муфты

 

Критические вещи, которые следует учитывать
    • Передаваемый крутящий момент
    • Приводная сила
    • Потеря энергии
    • Повышение температуры
Тормоза

Как и сцепления, существуют механические, гидравлические, пневматические и электрические тормоза.

Его можно классифицировать в зависимости от его функции:

  • Стопорные тормоза, стопорные тормоза
  • Регулирующие тормоза
  • Динамометрические тормоза

Некоторые распространенные типы тормозов:

  • Колодочные тормоза
  • Ленточная выпечка
  • Дисковые тормоза
  • Барабанные тормоза

Реклама

Реклама

Реклама

Реклама

Ремни, канаты и шкивы

Ремни и шкивы используются, когда расстояние между валами слишком велико для использования шестерен.

ремни, канаты и шкивы

Цепь и звездочки

Цепи

используются для более низких скоростей, когда расстояние между валами слишком велико для использования зубчатых передач, а ремни должны поддерживать крутящий момент, который необходимо передать. Они также являются хорошим способом передачи мощности, когда требуется точное соотношение скоростей

цепи и звездочки

Совет по проектированию: звездочки с нечетным числом зубьев изнашиваются медленнее, чем звездочки с четным числом зубьев.

передач | инжиниринг | Британика

трансмиссия , в машиностроении, устройство, вставленное между источником энергии и конкретным приложением с целью адаптации одного к другому.Большинство механических трансмиссий функционируют как переключатели скорости вращения; отношение выходной скорости к входной скорости может быть постоянным (как в коробке передач) или переменным. В вариаторных трансмиссиях скорости могут изменяться дискретно (как в автомобилях или некоторых приводах станков) или плавно в пределах определенного диапазона. В ступенчатых трансмиссиях с некоторым проскальзыванием обычно используются либо шестерни, либо цепи, и они обеспечивают фиксированное передаточное число без проскальзывания; в бесступенчатых трансмиссиях используются ремни, цепи или тела качения.

Широко используемый и недорогой бесступенчатый привод состоит из клинового ремня, работающего на шкивах переменного диаметра. Стороны шкивов имеют коническую форму внутри, чтобы соответствовать конусу клинового ремня, и их сближение заставляет клиновой ремень двигаться наружу от центра шкива и работать на большем рабочем круге; это движение изменяет соотношение скоростей. Такие приводы зависят от трения и подвержены проскальзыванию.

Подробнее по этой теме

Автомобиль

: Трансмиссия

Бензиновый двигатель должен быть отсоединен от ведущих колес при запуске и на холостом ходу.Эта характеристика требует некоторых…

Бесступенчатые трансмиссии с телами качения называются тяговыми приводами. В этих передачах мощность передается различными способами, зависящими от трения качения тел в виде цилиндров, конусов, шариков, роликов, дисков.

Трансмиссия, показанная на рисунке, состоит из входного и выходного элементов, имеющих тороидальные (бубликообразные) поверхности, соединенных рядом регулируемых роликов.Если бы R на рисунке были вдвое больше r, скорость вывода была бы вдвое меньше скорости ввода. Для некоторых применений эти трансмиссии спроектированы таким образом, что по мере увеличения приложенного крутящего момента (крутящего момента) увеличивается контактное давление между телами и уменьшается проскальзывание. Для увеличения тягового усилия можно использовать специальную тяговую смазку, которая затвердевает при приложении нагрузки. Тяговые трансмиссии используются там, где важна бесшумность. См. также АКПП.

Механическая трансмиссия – обзор

4 Вопросы проектирования систем передвижения на ногах

Сложные проблемы проектирования, касающиеся традиционных элементов конструкции робота в целом, могут быть специально указаны для систем на ногах в

механический КПД, для механической трансмиссии И исполнительная власть

Световой дизайн, с большой полезной нагрузкой и ограниченным размером

статическая точность, для лучшего захвата конфигурации

Динамический ответ, для контроля импульсных действий и сбалансированной динамики

Кроме того, новые проблемы могут быть выявлены для новых решений в

структуры топологических механизмов для новых усовершенствованных конструкций 05

вопросы трибологии, для уменьшения износа и более долгой точной работы с ограниченным трением списки предназначены для того, чтобы указать, что новые проблемы и пересмотр прошлого опыта, даже с большим количеством субъектов, будут проблемами в будущей конструкции механизмов для мобильных роботов на ногах в рамках увеличенных мехатронных компонентов.

Будущие разработки и более широкое использование шагающих машин могут зависеть от улучшения конструкции ног во многих мехатронных аспектах, к которым можно подойти с новыми перспективами и технологиями. Проблемы и тенденции проектирования опорных механизмов будут сосредоточены на улучшении, главным образом, компактной конструкции, эффективности, полезной нагрузки, гибкости и воздействия на окружающую среду, и они могут быть связаны в основном со следующими темами:

топология конструкций механизмов

Состав для высокоскоростных вычислений

Light Compact Mechanical Design

взаимодействия с окружающими средами и пользователями или операторами

Расширенная датчик

адаптируемые системы управления

умные материалы и компоненты

антропоморфные и вдохновленные природой решения для дружественных и ориентированных на пользователя решений Возможно, будут изобретены новые приложения для шагающих машин в зависимости от новой технологии, которая станет доступной в будущем.Кроме того, будущие разработки и приложения приведут к возникновению новых проблем и новых тем из других областей. Последним аспектом, который необходимо рассмотреть, можно считать не только естественные конструкции, но и разработки, выходящие за рамки стандартных решений.

Что касается кинематического проектирования механизмов ног, процедура проектирования может включать не только традиционный размерный синтез для заданных данных, относящихся к требованиям движения, но и не только для точки стопы и тела. Традиционные методы проектирования механизмов (синтез) могут использоваться при правильной формулировке проблемы проектирования как задачи управления движением, как сообщается, например, в ссылках.[16, 17].

Для разработки концептуального проекта может быть предложена конкретная процедура поиска топологии путем изучения всех возможных структур механизмов, как показано на рис. 10А, состоящая из шести шагов, как в ссылке. [18]. Шаг 1: Выяснение всех существующих проектных решений, которые могут полностью удовлетворить требуемые проектные требования для передвижения и задач, и определение топологических характеристик этих существующих проектов. Шаг 2: Выбор одного из этих существующих решений и преобразование его в соответствующую ему обобщенную цепочку в соответствии с заранее определенными правилами обобщения.Шаг 3: С помощью алгоритма синтеза чисел, синтезируя атлас обобщенных цепей, которые имеют то же количество звеньев и соединений, что и обобщенная цепь, полученная на шаге 2. Шаг 4: С помощью подходящего алгоритма специализации, присвоения звеньев и соединений к каждой обобщенной цепи, сгенерированной на шаге 3, чтобы получить атлас всех возможных специализированных цепей, которые удовлетворяют проектным спецификациям и ограничениям. Шаг 5: конкретизация каждой возможной специализированной цепи, полученной на шаге 4, в ее соответствующую механическую конструкцию, чтобы получить атлас механических устройств.Этап 6: Идентификация и исключение существующих конструкций из атласа механических устройств, полученного на этапе 5, для получения атласа новых возможных конструкций, удовлетворяющих требуемым спецификациям конструкции.

Вышеупомянутые соображения и проблемы проектирования можно обобщить в общей процедуре проектирования, подобной той, что показана на рис. 10B, в которой механическая конструкция опорно-двигательной системы является ключевым аспектом, поскольку механическая природа передвижения, хотя проектное решение представляет собой интегрированное решение нескольких других компонентов с мехатронной структурой и работой.

В частности, процедура проектирования может быть начата с надлежащего глубокого анализа и определения целей передвижения и характеристик окружающей среды и задач, для которых предназначена система. Концепция концептуального проекта может быть изложена в виде различных действий, включая предыдущий опыт и рассмотрение существующих решений. Это можно считать отправной точкой нового проекта с проблемами в соответствии предписанным требованиям и ожидаемым результатам, даже за пределами данных.Для этой цели удобно искать оптимизированное решение, которое можно получить из нескольких конкретных подходов. Исходя из опыта авторов, поиск топологии можно считать полезным для исследования всех возможных решений, которые могут быть получены из концептуального проекта, а также с возможностью поиска новых дизайнерских идей. Это часть творческой деятельности по проектированию, которая может дать сложные результаты в определении решений, выходящих за рамки данных. Как только структура топологии выбрана для разработки проекта, другие действия могут выполняться последовательно, как показано на блок-схеме на рис.10B с традиционными или инновационными процедурами. Таким образом, размерный дизайн может быть разработан с использованием алгоритмов кинематического синтеза, а затем механическая структура может быть сформирована во всех ее компонентах с помощью проектов САПР и моделирования. После определения механической конструкции система на ножках может быть укомплектована оборудованием и соответствующим программным обеспечением, придающим ей необходимые возможности и гибкость. Таким образом, на этом этапе датчики, устройства управления, компьютерные средства и другое оборудование, необходимое для задачи и среды, могут быть выбраны или даже специально спроектированы для разрабатываемой системы передвижения.Полная конструкция системы передвижения на ногах как системы роботов может быть разработана с помощью мехатронной конструкции, в которой все компоненты и аспекты объединены для обеспечения необходимых функций движения, восприятия, реакции и так далее. После того, как проект определен, проверка производительности может быть проведена посредством моделирования с числовыми результатами, а также посредством тестирования, чтобы охарактеризовать построенный прототип. Построение прототипа может потребовать корректировок и производственных проблем вплоть до завершения процесса проектирования с проверкой, дающей характерные данные решения, и обычно демонстрация используется как для практического подтверждения полученных результатов, так и для демонстрации прототипа для возможных применений и эксплуатации. .

В блок-схеме на рис. 10B указано, что после каждой фазы планируется проверка для проверки хода проектирования и в случае необходимости внесения изменений на предыдущих фазах, как в итеративном процессе для достижения оптимального решения, которое будет учитывать все возможности для окончательного улучшенного решения. На каждом из этих этапов особенности связанных проблем и используемых подходов могут привести к различным решениям, если рассматривать как механику передвижения, так и мехатронный дизайн решения.

Типы механической передачи энергии

Передача мощности — это инженерный метод, который задействует машину и рабочую часть машины с точки зрения конфигурации энергии, движения, скорости и формы движения.

Существуют различные продукты, в том числе мелкие и крупные механические компоненты, которые делают возможной передачу энергии. А когда дело доходит до передачи мощности, всем нужны оптимальные, надежные и функциональные механические изделия. Различные организации имеют обширный портфель продуктов для передачи электроэнергии, которые не только прочны, но и эффективны.

В настоящее время используются четыре типа силовой передачи:

  • Механический
  • Электрический
  • Гидравлический
  • Пневматический

В этом руководстве мы подробно расскажем об этих типах и рассмотрим каждый из них с его плюсами и минусами. Итак, давайте посмотрим!

Что такое механическая передача энергии?

Механическая передача энергии, изображение предоставлено ShutterStock

Передача энергии — это поток энергии от точки ее источника к месту, где она используется для выполнения полезной работы с использованием простых механизмов, элементов механической передачи энергии и рычажных механизмов.Обычно каждая машина работает после передачи мощности и движения от источника входного сигнала.

Что ж, существуют различные способы генерирования энергии, но иногда невозможно генерировать энергию в нужной форме, направлении и величине там, где это требуется. Именно здесь электрические и механические силовые передачи играют жизненно важную роль в конструкции любого инженерного продукта.

4 типа силовой передачи

1. Механическая трансмиссия

Шестеренчатая передача №1

Зубчатая передача, изображение предоставлено ShutterStock

Зубчатая передача — одна из наиболее широко используемых форм механической трансмиссии.Передаточное отношение, создаваемое им, является более точным, стабильным и высокоэффективным. Даже это обеспечивает компактную структуру, надежную работу и длительный срок службы. Зубчатые передачи обеспечивают всесторонний охват зубчатых передач и зубчатых передач.

Цилиндрические, винтовые, конические, червячные редукторы имеют надлежащий контроль точности, грузоподъемности и изготовления. Он может получить передачу между параллельной осью, пересекающейся осью любого угла и колеблющейся осью любого угла.

Преимущества

  • Долгий срок службы и высокая надежность;
  • Имеет компактную структуру и обеспечивает стабильную, точную и эффективную передачу;
  • Применяется в широком спектре периферийных устройств.

Недостатки

  • Высокая точность при монтаже и высокая стоимость;
  • Ненадежный выбор для передачи между двумя осями на большое расстояние;
  • Нет защиты от перегрузки.

Турбовихревой привод #2

Подходит для движения и мощности между двумя осями с вертикальными и непересекающимися участками.

Преимущества

  • Большой трансмиссионный паек;
  • Структура компактная.

Недостатки

  • Существенная осевая сила
  • Низкая эффективность
  • Только односторонняя передача
  • Легко нагревается

Ременная передача №3

Автомобильный генератор с ременным приводом, изображение предоставлено ShutterStock

. Ременной привод представляет собой механическую трансмиссию, в которой используется регулируемый ремень, натянутый на шкив для передачи движения или мощности.Обычно он состоит из ведущего колеса, принудительного колеса и бесконечного ремня, натянутого на два колеса. Тип ремня доступен в трех категориях: плоский ремень, клиновой ремень и специальный ремень. Общая цель ременного привода состоит в том, чтобы оценить передаточное отношение, расчет напряжения ремня и допустимую мощность одинарного клинового ремня.

Преимущества

  • Ремень обладает удивительной гибкостью и может поглощать вибрации.
  • Предотвращение повреждений при скольжении
  • Простая конструкция и низкая стоимость

Недостатки

  • Внешний размер коробки передач большой
  • фиксированное передаточное число не может быть гарантировано из-за проскальзывания
  • Имеет короткий срок службы
  • Низкая эффективность передачи

2.Электропривод

Электрический привод

Как правило, электрический привод используется для преобразования электрической энергии в механическую, которая в дальнейшем используется для привода различных типов производственного оборудования, транспортных средств и других предметов, необходимых для движения в жизни.

  • Высокая точность: В качестве источника питания используется серводвигатель. Принимая во внимание, что шариковый винт и зубчатый ремень используются для простого и эффективного механизма передачи. Листогибочный пресс использует эту трансмиссию.
  • Энергосбережение: Энергия, высвобождаемая на фазе замедления рабочего цикла, может быть преобразована в электрическую энергию для повторного использования. Это также поможет снизить эксплуатационные расходы. Прилагаемому электрическому оборудованию требуется только 25% силового оборудования для гидравлического привода.
  • Точное управление: При поддержке высокоточных датчиков, измерительных приборов, компьютерной техники можно настроить точное управление по заданным параметрам. Это значительно превзойдет точность, достигаемую другими методами контроля.
  • Охрана окружающей среды: Загрязнение окружающей среды и уровень шума снижаются благодаря сокращению энергопотребления и оптимизации производительности. Это также дает лучшую гарантию защиты окружающей среды.
  • Экономия: Расходы на гидравлическое масло и возникающие проблемы исключены. Нет жесткой трубы или мягкой трубы, а также нет необходимости охлаждать гидравлическое масло.

3. Гидравлическая трансмиссия

Гидравлическая трансмиссия, изображение предоставлено Camarilloindy.com

Гидравлическая трансмиссия — это система трансмиссии, в которой жидкость используется в качестве рабочего механизма для передачи мощности двигателя на ведущие колеса. Это совокупность гидравлических механизмов, позволяющих передавать энергию от ведущего элемента к ведомому, в котором движение передается с помощью сжатой жидкости.

Преимущества

  • Если вы оцените со структурной точки зрения, вы увидите, что выходная мощность на единицу веса и размера ограничена в четырех типах режимов передачи.При передаче той же мощности мощность гидравлической трансмиссии невелика. Следовательно, он обеспечивает малый вес, низкую инерцию, компактную конструкцию и гибкую компоновку.
  • Можно получить быстрый отклик, если оценить его с точки зрения производительности, нужно настроить скорость, крутящий момент и мощность. Кроме того, вы получите широкий диапазон скоростей (от 100:1 до 2000:1), быстрый ход, простое управление и регулировку, удобное управление и экономию труда. Он адаптирован для помощи в электрическом управлении и связи с ЦП (компьютером) для облегчения индустриализации.
  • Компоненты гидравлического трансмиссионного устройства отличаются хорошими смазывающими свойствами. Даже с этими компонентами легко добиться обобщения, стандартизации и сериализации.
  • Все оборудование с гидравлической технологией безопасно и надежно.
  • Гибкость и изменчивость гидравлических технологий очень сильны. Это может улучшить гибкость пластика и настроить производственный процесс. Все эти компоненты сравнительно недороги в производстве и обладают умеренно высокой универсальностью.
  • Надежное сочетание гидравлической технологии с такими технологиями, как микрокомпьютерное управление, обеспечивает интеграцию «машина-электро-гидравлика-свет». Это становится тенденцией мирового развития и легко осуществимой цифровизации.

4. Пневматическая трансмиссия

Пневматическая трансмиссия — трансмиссия, в которой движение передается с помощью сжатого воздуха. Источник энергии производится с использованием сжатого газа в качестве рабочего тела и жидкостной передачи мощности.Однако из-за значительного изменения объема воздуха от повышения давления механизмы рабочего тела могут иметь резкие колебания при движении.

Поэтому пневмопередачи можно применять только в тех случаях, когда не требуется большой плавности хода. Пневмопередачи применяются для управления механизмами на машинах, оборудованных компрессорами для дистанционного управления лебедками привода бульдозера.

Преимущества

  • При использовании воздуха сжатый газ в качестве рабочей среды легко получить.При этом отработанный воздух выбрасывается в атмосферу, что удобно в обращении.
  • Поскольку вязкость воздуха очень мала, его потери также малы. А за счет этого становится удобно обеспечить газоснабжение и междугородние перевозки. Наличие внешних утечек не загрязняет окружающую среду.
  • По сравнению с гидравлической трансмиссией, пневматическая трансмиссия отличается быстрым действием, быстрой реакцией, простотой обслуживания, чистой рабочей средой и нулевым износом.
  • Экономичен и может автоматически защищаться от перегрузок.
  • В суровых условиях хорошо приспосабливается.

Заключение

Каждое приложение требует своего подхода. Чтобы точно справиться с процессом передачи энергии, рекомендуется обратиться за помощью к профессионалам. Профессионалы хорошо разбираются в механических продуктах и ​​могут помочь вам с ними.

Об авторе: Мэй Панг — ведущий редактор в области машиностроения, специализирующийся на продуктах автоматизации.Она является менеджером по развитию бизнеса Shafttech, производителя механических компонентов в Азии. Свяжитесь с ней на Linkedin.

4 типа силовой передачи — механическая, электрическая, гидравлическая и пневматическая (за и против)

Метод передачи — это инженерный метод, который соответствует силовой машине и рабочей части машины с точки зрения конфигурации энергии, скорости движения и движения форма.

Из четырех основных типов трансмиссий (механическая, электрическая, гидравлическая и пневматическая), используемых в настоящее время, ни одна силовая трансмиссия не идеальна.

Сегодня я поделюсь с вами преимуществами и недостатками четырех методов передачи.

Механическая трансмиссия

01 Зубчатая передача

Зубчатая трансмиссия является наиболее широко используемой формой трансмиссии в механической трансмиссии.

Его передача более точная, высокая эффективность, компактная конструкция, надежная работа и длительный срок службы.

Зубчатые передачи можно разделить на множество различных типов в соответствии с различными стандартами.

Плюсы:

  • Компактная структура, подходящая для передачи на короткие расстояния;
  • Широкий диапазон применимых периферийных скоростей и мощностей;
  • Передаточное число точное, стабильное и эффективное;
  • Высокая надежность и долгий срок службы;
  • Он может реализовать передачу между параллельной осью, пересекающейся осью под любым углом и смещенной осью под любым углом.

Минусы:

  • Высокая точность изготовления и монтажа и высокая стоимость;
  • Не подходит для передачи между двумя осями на большие расстояния;
  • Без защиты от перегрузки.

02 Turbo Vortex Drive

Подходит для перемещения и подачи мощности между двумя осями с вертикальными и непересекающимися промежутками.

Плюсы:

  • Большое передаточное число;
  • Компактная конструкция.

Минусы:

  • Большое осевое усилие
  • Легко нагревается
  • Низкий КПД
  • Только односторонняя передача.

Основные параметры турбинного привода:

  • Модуль
    • Угол давления
    • Угол давления
    • Угол червячных зубчатых механизмов Круг
    • Червячный индексационный круг
    • Световодный ход
    • Червячный зубчатый номер
    • Количество червячных головок
    • Коэффициент передачи

    03 Ременная передача

    Ременная передача — это механическая передача, в которой используется гибкий ремень, натянутый на шкив для передачи движения или мощности.

    Ременная передача обычно состоит из ведущего колеса, ведомого колеса и бесконечного ремня, натянутого на два колеса.

    1) Для случая, когда направление параллельного вращения двух осей одинаково, это называется концепцией открывающего движения, межосевого расстояния и угла охвата.

    2) Тип ремня можно разделить на три категории в зависимости от формы поперечного сечения: плоский ремень, клиновой ремень и специальный ремень.

    3) Фокус приложения:

    • расчет передаточного отношения;
    • Расчет напряжения ремня;
    • допустимая мощность одноклинового ремня.

    Плюсы и минусы ременного привода:

    Плюсы:

    • Применимо к трансмиссии с большим межосевым расстоянием между двумя валами, ремень обладает хорошей гибкостью, может смягчать удары и поглощать вибрации;
    • Скольжение при перегрузке для предотвращения повреждения других частей;
    • Простая конструкция и низкая стоимость.

    Минусы:

    • Внешние размеры трансмиссии большие;
    • Требуется натяжное устройство;
    • Из-за проскальзывания фиксированное передаточное число не может быть гарантировано;
    • Ремень имеет короткий срок службы;
    • Низкая эффективность передачи.

    04 Цепной привод

    Цепной привод — это метод передачи, при котором движение и мощность ведущей звездочки, имеющей зуб специальной формы, передаются на ведомую звездочку, имеющую особую форму зуба, через цепь.

    В том числе:

    • активная цепь
    • ведомая цепь
    • круговая цепь

    Плюсы:

    Цепные передачи имеют много преимуществ по сравнению с ременными передачами,

    • In оперативность и высокая эффективность;
    • Мощность передачи велика, способность к перегрузке велика, а размер передачи при тех же условиях работы мал;
    • Требуемое натяжение небольшое, и давление, действующее на вал, небольшое;
    • Он может работать в суровых условиях, таких как высокие температуры, влажность, пыль и загрязнение.

    Отличительные особенности цепного привода по сравнению с зубчатой ​​передачей:

    • Низкие требования к изготовлению и установке;
    • При большом межосевом расстоянии структура передачи проста;
    • Мгновенная скорость цепи и мгновенное передаточное число не являются постоянными, и трансмиссия менее стабильна.

    Минусы:

    Основные недостатки цепной передачи:

    • Может использоваться только для передачи между двумя параллельными валами
    • Высокая стоимость
    • Легко изнашивается, легко растягивается, плохая стабильность передачи
    • Дополнительный динамический во время работы возникают нагрузки, вибрация, удары и шум
    • Не следует использовать в быстром реверсивном приводе.

    05 Колесная передача

    Передача, состоящая из более чем двух передач, называется колесной передачей.

    В зависимости от того, есть ли движение оси в колесной передаче, зубчатая передача может быть разделена на обычную зубчатую передачу и планетарную передачу.

    Зубчатое колесо, ось которого движется в колесной передаче, называется планетарным зубчатым колесом.

    1) Колесная передача делится на два типа: передача с фиксированной осью и планетарная передача.

    2) Отношение угловой скорости (или частоты вращения) входного вала к выходному валу в поезде называется передаточным числом поезда.Он равен отношению произведения количества зубьев всех ведомых шестерен в каждой паре шестерен, находящихся в зацеплении, к количеству зубьев всех ведущих шестерен.

    3) В эпициклической зубчатой ​​передаче шестерня, положение оси которой изменяется, то есть шестерня, которая одновременно вращается и вращается, называется планетарной передачей, а шестерня с фиксированным осевым положением называется центральным колесом или солнечная шестерня.

    4) Передаточное число планетарной передачи не может быть рассчитано напрямую методом решения передаточного числа передачи с фиксированной осью.Метод относительного движения (или метод инверсии) должен использоваться для преобразования планетарной передачи в гипотетическую передачу с фиксированной осью с использованием принципа относительного движения.

    Особенности колесной передачи:

    • Подходит для передачи между двумя осями, которые находятся далеко друг от друга;
    • Может использоваться в качестве трансмиссии для передачи с переменной скоростью;
    • Можно получить большее передаточное число;
    • Достичь синтеза и разложения движения.

    Электропривод

    Электропривод относится к использованию электродвигателей для преобразования электрической энергии в механическую, для привода различных типов производственных машин, транспортных средств и предметов, которые необходимо перемещать в жизни.

    Высокая точность: в качестве источника питания используется серводвигатель , а шарико-винтовая передача и зубчатый ремень состоят из простого и эффективного передаточного механизма. Его ошибка воспроизводимости составляет 0,01%. Листогибочный пресс использует этот метод передачи.

    Энергосбережение: Энергия, высвобождаемая на фазе торможения рабочего цикла, может быть преобразована в электрическую энергию для повторного использования, что снижает эксплуатационные расходы, а подключенное электрооборудование составляет всего 25% от мощности оборудования, необходимого для гидравлического привода .

    Точный контроль: Точный контроль по заданным параметрам, при поддержке высокоточных датчиков, измерительных приборов, компьютерной техники, может значительно превышать точность контроля, которая может быть достигнута другими методами контроля.

    Охрана окружающей среды: Благодаря сокращению энергопотребления и оптимизированной производительности уменьшается источник загрязнения и снижается уровень шума, что обеспечивает лучшую гарантию работы предприятия по охране окружающей среды.

    Шумоподавление: Уровень шума при работе составляет менее 70 децибел, что составляет примерно 2/3 уровня шума литьевой машины с гидравлическим приводом.

    Экономия: расходы на гидравлическое масло и связанные с этим проблемы устраняются. Нет жесткой или мягкой трубы, нет необходимости охлаждать гидравлическое масло, а затраты на охлаждающую воду значительно снижаются.

    В пневматической трансмиссии в качестве рабочего тела используется сжатый газ, а в жидкостной передаче энергии или информации давление газа.

    Плюсы:

    • С воздухом в качестве рабочего тела рабочее тело относительно легко получить, а отработанный воздух выбрасывается в атмосферу, что удобно в обращении, и нет необходимости обеспечивать рекуперированный топливный бак и трубопровод по сравнению с гидравлической передачей.
    • Поскольку вязкость воздуха очень мала (около одной десятитысячной вязкости гидравлического масла), его потери также малы, поэтому удобно сконцентрировать подачу газа и транспортировку на большие расстояния.Внешние утечки не так сильно загрязняют окружающую среду, как гидравлические приводы.
    • По сравнению с гидравлической трансмиссией, пневматическая трансмиссия отличается быстрым действием, быстрой реакцией, простотой обслуживания, чистой рабочей средой и отсутствием ухудшения среды.
    • Рабочая среда имеет хорошую адаптируемость, особенно в суровых рабочих условиях, таких как легковоспламеняющиеся, взрывоопасные, пыльные, сильные магнитные поля, радиация, вибрация и т. д., превосходящие гидравлическое, электронное и электрическое управление.
    • Низкая стоимость и автоматическая защита от перегрузок.

    Минусы:

    • Из-за сжимаемости воздуха рабочая скорость менее стабильна. Однако использование газожидкостного рычажного устройства дает удовлетворительные результаты.
    • Из-за низкого рабочего давления (обычно 0,31 МПа) и из-за того, что размер конструкции не должен быть слишком большим, общая выходная сила не должна превышать 10 ~ 40 кН.
    • Шум большой, и добавлен глушитель в момент скоростного выхлопа.
    • Скорость передачи газового сигнала в пневматическом устройстве меньше скорости электрона и света в пределах скорости звука. Поэтому пневматическую систему управления не следует использовать в сложных схемах со слишком большим количеством составных ступеней.

    Гидравлическая трансмиссия

    Гидравлическая трансмиссия — это метод трансмиссии, в котором жидкость используется в качестве рабочей среды для передачи энергии и управления.

    Плюсы:

    • С структурной точки зрения выходная мощность на единицу веса и выходная мощность на единицу размера сжимаются под действием силы в четырех режимах передачи и имеют большой коэффициент инерции момента.Объем гидравлической трансмиссии мал при передаче одинаковой мощности. Легкий вес, низкая инерция, компактная структура и гибкая компоновка.
    • С точки зрения производительности, скорость, крутящий момент, мощность могут плавно регулироваться, быстрая реакция, быстрая коммутация и переключение, широкий диапазон скоростей, диапазон скоростей от 100:1 до 2000:1; быстрое действие, управление и регулировка относительно просты, операция удобна и экономична, удобно взаимодействовать с электрическим управлением и соединением с ЦП (компьютером) для облегчения автоматизации.
    • С точки зрения использования и технического обслуживания компоненты обладают хорошими самосмазывающимися свойствами, легко обеспечивают защиту от перегрузок и поддержание давления, безопасны и надежны; компоненты легко добиться сериализации, стандартизации и обобщения.
    • Все оборудование с гидравлической технологией безопасно и надежно.
    • Экономичность: пластичность и изменчивость гидравлической технологии очень сильны, что может повысить гибкость гибкого производства, а также легко изменить и отрегулировать производственный процесс.Гидравлические компоненты относительно недороги в производстве и обладают относительно высокой технологичностью.
    • Простое сочетание гидравлической технологии с новыми технологиями, такими как микрокомпьютерное управление, представляет собой интеграцию «машина-электро-гидравлика-свет», которая стала тенденцией мирового развития и легко реализуема в цифровом формате.

    У всего есть две стороны, есть преимущества и недостатки. Гидравлические приводы не исключение:

    Минусы:

    • Гидропередача неизбежно протекает из-за относительной подвижной поверхности, а масло не является абсолютно несжимаемым.Кроме того, гидравлическая трансмиссия не может обеспечить строгое передаточное отношение и, следовательно, не может использоваться в цепях трансмиссии станков, таких как зубчатые передачи.
    • Имеются потери, такие как потери вдоль потока, локальные потери и утечки во время потока масла, а эффективность передачи низкая, что не подходит для передачи на большие расстояния.
    • В условиях высоких и низких температур гидравлическая трансмиссия испытывает определенные трудности.
    • Чтобы предотвратить утечку масла и удовлетворить определенные требования к производительности, гидравлические компоненты изготавливаются с высокими требованиями к точности, что создает определенные трудности в использовании и обслуживании.
    • Трудно проверить на наличие неисправностей, особенно для агрегатов, где гидравлическая технология не популярна. Это противоречие часто препятствует дальнейшему продвижению и применению гидравлической техники. Обслуживание гидравлического оборудования требует определенного опыта, а подготовка специалистов по гидравлике требует более длительного периода времени.

    Введение в гидромеханические трансмиссии

    Стоимость топлива и характеристики экономии топлива бесступенчатой ​​трансмиссии (CVT) увеличили потребность в оснащении бесступенчатой ​​трансмиссией все более крупных внедорожных машин.Архитектура гидромеханической трансмиссии позволяет меньшим гидравлическим компонентам обеспечивать рентабельную функциональность бесступенчатой ​​трансмиссии для более крупных машин. В результате количество гидромеханических трансмиссий на рынке растет.

    Схема гидромеханической трансмиссии концептуально проста с двумя параллельными путями мощности ( рис. 1 ). Гидравлический тракт состоит из насоса и двигателя, называемых здесь «вариатором». Механический путь обычно представляет собой вал с одной или двумя шестернями.Эти пути взаимосвязаны с обычными компонентами механической трансмиссии, такими как шестерни, валы, муфты и, по крайней мере, одна планетарная передача. Возможностей подключения очень много. В данном проекте именно детали этих взаимосвязей составляют основную часть интеллектуальной собственности и пригодности для целевого машинного приложения.

    Гидромеханические трансмиссии уже давно используются в сельскохозяйственных тракторах. Они либо стандартные, либо предлагаются в качестве опции ( Рис.2 ).

    Гидромеханические трансмиссии обычно не использовались в землеройной технике до сих пор. Считается, что сегмент колесных погрузчиков больше всего выиграет от вариатора, и именно здесь можно найти последние предложения. Примеры в Рис. 3 были анонсированы и доступны сейчас или будут доступны в ближайшее время.

    Данные конструкции различаются по трем параметрам:

    • Первый — это конструкция вариатора и его расположение, например, насос с наклонной шайбой переменного рабочего объема, двигатель постоянного рабочего объема с наклонной осью, установленный внутри.
    • Второй Тип муфты. Общие термины: входная связь, выходная связь и составное разделение. Хотя подробности этой номенклатуры выходят далеко за рамки этой статьи, в целом она описывает, соединен ли входной или выходной вал трансмиссии напрямую через передаточное число с одним из валов вариатора. В случае составного разъема ни один из валов вариатора не подключен напрямую.
    • Третий — количество диапазонов или режимов.Это количество различных механических взаимосвязей между механическими и гидравлическими путями путем включения и выключения любых сцеплений в системах передач. Обратите внимание, что тип связи не обязательно одинаков для каждого диапазона или режима.

     

    Рассмотрим топливную карту двигателя, показанную на рис. 4 . Вертикальная ось — это мощность двигателя, а горизонтальная ось — частота вращения двигателя. Пик каждого контура указывает максимальную мощность двигателя для данного расхода топлива.Геометрическое место этих пиков определяет наилучшую частоту вращения двигателя для минимального расхода топлива.

    Рассмотрим силовой агрегат, описанный в Рис. 5 . График в нижней части рисунка показывает, что для любой заданной скорости движения возможны только одна или две скорости двигателя. Маловероятно, что одна из этих скоростей попадает на линию минимального расхода топлива рис. 4 . Кроме того, ожидаемые изменения нагрузки, особенно если есть какие-либо трудности с изменением передаточного отношения, могут привести к тому, что оператор выберет более высокую скорость двигателя (более высокий расход топлива) и/или более низкую скорость движения (более медленное время цикла).

    Рассмотрим силовой агрегат в рис. 6 . График в нижней части рисунка показывает, что для заданной путевой скорости возможна почти любая частота вращения двигателя и, следовательно, она может соответствовать частоте вращения двигателя с минимальным расходом топлива, показанной на рис. 4 . Линии частоты вращения двигателя на графике рис. 5 включены для справки. Поскольку современные гидромеханические вариаторы так хорошо изменяют передаточное число, проблем с изменением нагрузки практически нет, как это может быть с дискретными ступенчатыми трансмиссиями.

    Хотя информация в этой статье может не подготовить вас к проектированию гидромеханической трансмиссии, она позволит вам легче распознать их и их потенциальные преимущества.

     

    ОБ АВТОРЕ: Майк Кронин всю свою карьеру в Caterpillar работал над внедорожными трансмиссиями, в первую очередь проектируя и разрабатывая несколько гидромеханических трансмиссий и систем рулевого управления для гусеничных машин.Он вышел на пенсию в 2010 году, но продолжает работать в Caterpillar на условиях неполного рабочего дня. В настоящее время он владеет 23 патентами в области трансмиссии.

    Механическая передача энергии | Encyclopedia.com

    Механические устройства используются для увеличения приложенной силы (механическое преимущество), для увеличения пройденного расстояния или для изменения направления приложенной силы. Они, конечно, не могут уменьшить количество работы (сила × расстояние), необходимой для выполнения работы; они только делают это более удобным.Во многих случаях без машины работа была бы невозможна.

    Обычно считается, что существует пять различных простых механизмов: рычаг, клин, колесо и ось, шкив и винт. Передача энергии этими простыми машинами настолько проста, что люди используют их, мало понимая физических принципов. Большинство учатся их использованию интуитивно, через опыт, и считают их применение просто здравым смыслом.

    ОСНОВЫ

    История происхождения простых машин в значительной степени предположительна, но также существуют документы о том, что древние египтяне использовали простые машины для строительства пирамид почти 5000 лет назад.Надпись в гробнице возрастом 4000 лет говорит о том, что 2000 человек устанавливали на место статую, вес которой оценивается в 132 тонны. Масса 2000 человек была бы примерно такой же, как масса статуи, и, вероятно, потребовалось бы столько, потому что они перемещали ее на санях без колес.

    Использование простых машин иногда рассматривалось как определение того, что отличает людей от животных; однако было замечено, что некоторые приматы делают из палочек зонды, чтобы выглядывать или доставать пищу. Одним из самых ярких образов, изображающих использование инструментов как определяющее человечество, является начальная сцена фильма 2001 года.Обезьяна обнаружила дубинку и разбивает кости. Одна из костей взлетает вверх и в замедленной съемке превращается в космический корабль. Дубина или молоток — это такой базовый инструмент, что он даже не входит в классический список пяти простых механизмов. Однако это также механическое устройство, которое увеличивает силу и передает энергию.

    При передаче энергии этими простыми машинами всегда действует закон сохранения: Затраченная работа равна выходной работе. Когда система совершает работу, из нее передается энергия; и когда над системой совершается работа, в нее передается энергия.Когда два объекта взаимодействуют посредством механизма (например, рычага), работа одного объекта равна работе другого. Работа, совершаемая человеком, опускающим один конец рычага, равна работе, совершаемой при подъеме груза за другой конец при движении рычага вверх. В любой практической ситуации силы трения, противодействующие движению, всегда будут увеличивать величину силы (и работы), необходимой для выполнения работы.

    Количество работы, выполненной над объектом, определяется силой, действующей на него, умноженной на расстояние, которое он перемещает в направлении действия силы.Следовательно, ключом к выяснению того, насколько сила увеличивается с помощью простой машины, является сравнение пройденных расстояний. Например, если конец рычага под камнем весом 2000 ньютонов переместится вверх на 1 метр, то работа по подъему камня составит 1 метр × 2000 ньютонов = 2000 джоулей. Равный объем работы должен совершить человек на другом конце рычага. Если этот конец рычага опустить вниз на 2 метра, то человеку потребуется приложить силу всего в 1000 ньютонов, чтобы совершить ту же работу (2000 Дж) и поднять камень весом 2000 ньютонов.

    Короче говоря, механическое преимущество рычага или любой машины равно отношению расстояния, на которое перемещается приложенная сила, к расстоянию, на которое перемещается груз.

    РЫЧАГ

    Рычаг является такой частью повседневной деятельности, что его использование обычно не требует сознательного мышления: крышка банки с газировкой, дверная ручка, гаечный ключ, плоскогубцы, удочка, кран с ручкой, которая подъемники, тачка, кусачки для ногтей и так далее. Рукоятку и лебедку, используемые для подъема тяжелой лодки из воды на прицеп, можно представить как рычаг круглой формы.

    Рычаг — это твердый объект с осью, вокруг которой он вращается (точкой опоры). Когда рычаг вращается вокруг своей точки опоры, точка рычага, находящаяся дальше от точки опоры, перемещается на большее расстояние. Сохранение энергии, приложенной к рычагу, приводит к тому, что выходная сила, умноженная на расстояние от точки опоры, равна входной силе, умноженной на расстояние от точки опоры. Небольшой опыт поднятия тяжестей с помощью рычага вскоре научит вас тому, что для максимизации выходной силы груз должен располагаться как можно ближе к точке опоры, а входная сила — как можно дальше от точки опоры.Чтобы подчеркнуть почти бесконечную возможность рычага увеличивать силу, Архимед сказал, что если бы у него был рычаг достаточной длины и где-то, где можно было бы стоять, он мог бы сдвинуть Землю.

    В качестве иллюстрации рычага рассмотрим текущий дизайн крышки популяр- ной марки колы (рис. 1). Встроенный открыватель представляет собой кусок алюминия длиной 25 мм, укрепленный за счет обжатия его краев. Точка опоры находится на расстоянии 5 мм от конца, который вдавливается в верхнюю часть банки, чтобы открыть ее. Это оставляет 20 мм от точки опоры до конца, который пользователь поднимает с усилием около 5 фунтов, чтобы открыть банку.(Поскольку речь идет об отношении величин, нет проблем с смешиванием английских и метрических единиц.) Отношение расстояний 20 мм/5 мм = 4, это означает, что открывалка давит на верхнюю часть банки с силой 4 × 5 фунтов = 20 фунтов. Если встроенный открыватель отсутствует, необходимо открыть банку, вдавив в верхнюю часть небольшой предмет, например ключ, с усилием 20 фунтов. Это не невозможно, но неудобно, и промах может быть грязным.

    КЛИН, НАКЛОННАЯ ПЛОСКОСТЬ И ВИНТ

    Эти три простых механизма изменяют направление приложенной силы, а также увеличивают ее.Каждая операция может быть понята почти на одних и тех же физических принципах.

    Клин довольно легко понять. Одну сторону тяжелого камня можно немного приподнять, забив под ним клин, как показано на рис. 2. Если пренебречь трением, сила, толкающая клин под камень, увеличивается в соотношении с расстоянием, на которое перемещается клин. количество поднятой породы. Это следует из требования, чтобы работа, совершаемая движущей силой, равнялась работе, совершаемой при подъеме камня.Это увеличение представляет собой отношение длины клина к его ширине и, очевидно, тем больше, чем меньше угол клина. Сила трения клина о камень уменьшает имеющуюся подъемную силу, но в какой-то степени преимущество. Он удерживает клин на месте даже при отсутствии движущей силы. Клин обычно используется в сочетании с молотком.

    Молоток сам по себе является важной простой машиной, используемой для увеличения силы. В 2001 году было показано, как обезьяна изобретает молоток или дубину.Пользователь прикладывает силу к молоту на относительно большом расстоянии, придавая ему кинетическую энергию. Молоток соприкасается с предметом, сжимая его или перемещая на небольшое расстояние. Средняя прилагаемая сила зависит от степени сжатия или движения объекта и от того, отскакивает ли молоток от объекта. Механическое преимущество приблизительно равно отношению расстояния, на которое перемещается молоток, к расстоянию, которое, например, перемещает клин. Человек может приложить относительно небольшое усилие к молотку, чтобы замахнуться на 1 метр.Если он отодвигает клин на 1 миллиметр, то механическое преимущество равно 1000. Неудивительно, что удар молотком по клину может поднять предмет весом в несколько тонн.

    Наклонная плоскость неподвижна, а поднимаемый груз перемещается; тогда как для клина все наоборот. Сила увеличивается за счет отношения расстояния, на которое толкается груз, к высоте, на которую он поднимается. Опять же трение увеличит количество силы, которая должна быть приложена. Если коэффициент трения достаточно велик (по крайней мере, равен тангенсу угла наклона), то груз не будет соскальзывать вниз по склону при снятии толкающей силы.Для большинства материалов (коэффициент трения больше, скажем, 0,6) угол менее 30 градусов будет препятствовать тому, чтобы груз соскальзывал обратно сам по себе. Это позволяет толкачам сделать перерыв, чтобы восстановить силы перед тем, как закончить работу. Или они могут понемногу толкать груз вверх по склону, делая выпады. В таким образом они играют роль молотка по отношению к клину, когда сталкиваются с тяжелым грузом.

    Винт представляет собой наклонную плоскость, удобно обернутую вокруг круглого цилиндра.Наклон винта имеет форму спирали, похожей на винтовую лестницу. Механическое преимущество — это отношение расстояния, на которое движущая сила перемещается по окружности при вращении винта, к расстоянию, на которое поднимается груз. Отвертка с большой ручкой обеспечит большее механическое преимущество, как и винт с более близкой резьбой. С помощью винтового домкрата с достаточно длинной ручкой человек может легко поднять автомобиль или дом. Опять же, трение удерживает винт от самопроизвольного откручивания, так что пользователь может просто оставить домкрат под нагрузкой, будучи уверенным, что домкрат останется на месте.

    ШКИВ

    Неподвижный шкив представляет собой устройство для изменения направления приложенной силы. Распространенной формой является навесное колесо с ободом, вокруг которого проходит веревка. В очень примитивной форме это могла быть лиана, обвивающая ветку дерева. Потянув за веревку (лозу) вниз, вы поднимаете груз на другом конце. Пренебрегая трением, механическое преимущество одинарного неподвижного шкива равно 1; нагрузка перемещается на то же расстояние, что и приложенная сила.

    Комбинация фиксированных и подвижных шкивов может обеспечить большие механические преимущества.На диаграммах на рис. 3 показаны системы шкивов с механическим преимуществом до 4. Механическое преимущество всегда является отношением расстояния, на которое перемещается приложенная сила, к расстоянию, на которое перемещается груз. Другой и, возможно, более простой способ определить механическое преимущество системы шкивов — подсчитать количество сегментов каната, поддерживающих нагрузку. Это число является механическим преимуществом.

    Трение является очень важным фактором фактического механического преимущества системы блоков, поскольку потери на трение увеличиваются каждый раз, когда канат проходит через блок.Для типичного коэффициента трения 0,03 (смазанный вал без шарикоподшипников) система с теоретическим механическим преимуществом 4 будет уменьшена за счет трения до фактического механического преимущества примерно 3,5. Наибольшее механическое преимущество, которое может быть получено со шкивами с коэффициентом трения 0,03, составляет около 16, независимо от того, сколько шкивов используется. Коэффициент трения более 0,333 (например, лоза о ветку дерева) приводит к фактическому механическому преимуществу менее 1 для любой системы шкивов.

    Коэффициент трения 0,03, использованный выше, настолько низок из-за преимущества колеса над осью. Сила трения на оси шкива преодолевается меньшей силой, приложенной к ободу по принципу рычага.

    Силы трения в системе шкивов сами по себе никогда не удержат нагрузку, но требуемое усилие может быть весьма небольшим. В случае блока и захвата, используемых для подъема двигателя из автомобиля, веса цепи, свисающей с последнего шкива, может быть достаточно, чтобы удержать двигатель на месте.Обернув один раз веревку вокруг столба, ковбой может сдерживать разъяренного быка.

    МЕХАНИЗМЫ

    Зубчатые колеса почти полностью используются во вращательных движениях, поэтому механическое преимущество легче рассматривать как увеличение крутящего момента, а не как увеличение силы. Работа, связанная с вращательным движением, равна крутящему моменту, умноженному на угол; тогда как для линейного движения, обсуждавшегося выше, это сила, умноженная на расстояние.

    Крутящий момент возникает, когда прилагается сила, стремящаяся повернуть объект вокруг оси.Сила должна иметь составляющую под прямым углом к ​​оси и на некотором расстоянии от оси. Создаваемый крутящий момент является произведением составляющей силы и ее перпендикулярного расстояния от оси. Единицы крутящего момента оказываются такими же, как и единицы энергии: сила × расстояние. Однако крутящий момент — это не энергия. Угол представляет собой отношение двух длин (длина дуги/радиус угла в радианах) и не имеет единиц измерения; таким образом, работа при вращательном движении (произведение крутящего момента и угла) имеет соответствующие единицы для работы.

    При сравнении подводимой работы с отдачей для зубчатой ​​системы, подобной той, что показана на рис. 4, механическое преимущество определяется соотношением углов поворота соответствующих валов при зацеплении шестерен. Это соотношение, в свою очередь, равно соотношению числа зубьев на каждой шестерне. Например, если шестерня (шестерня) с 10 зубьями приводит в движение шестерню с 40 зубьями, то механическое преимущество равно 4, то есть крутящий момент, передаваемый большой шестерне, в 4 раза превышает крутящий момент, передаваемый маленькой шестерней.Происходит соразмерное снижение скорости; большая шестерня будет вращаться один раз за каждые четыре оборота маленькой шестерни.

    Зубчатые передачи могут использоваться для увеличения доступного крутящего момента, как в большинстве случаев применения электрических двигателей или двигателей внутреннего сгорания, или для увеличения количества движения, как в велосипеде.

    В автомобиле, кроме высшей передачи, трансмиссия снижает скорость вращения ведущего вала относительно частоты вращения двигателя. Дифференциалы еще больше снижают скорость вращения.Для типичного автомобиля, движущегося со скоростью 60 миль в час, двигатель работает со скоростью около 2000 об/мин, а колеса вращаются со скоростью около 800 об/мин, что дает механическое преимущество 2000/800 = 2,5.

    С другой стороны, для типичного 21-скоростного велосипеда самое низкое передаточное число составляет 1,0, а максимальное — почти 3,5. На высшей передаче колеса поворачиваются 3,5 раза за каждый оборот педалей. Крутящий момент, с которым заднее колесо приводит в движение велосипед, меньше крутящего момента, действующего на педали, в 3,5 раза. Движущая сила дополнительно снижается за счет того, что радиус педалей меньше радиуса заднего колеса.Преимущество велосипеда в основном состоит в том, что колеса движутся быстрее, чем педали, в сочетании с тем фактом, что для преодоления трения качения колес по твердой гладкой поверхности требуется очень мало усилий. Это позволяет водителю двигаться быстрее пешехода, используя ту же энергию. Однако преимущества в силе нет даже на самой низкой передаче. Чтобы подняться на действительно крутой склон на велосипеде, лучше сойти и пройти пешком. При старте с места наибольшее ускорение достигается за счет толкания велосипеда.

    РЕМНИ И ЦЕПИ

    Еще одной функцией передачи энергии механическими средствами является передача движения вращающегося вала другому валу в удаленном месте. Историческое применение состояло в том, чтобы получить вращение водяного колеса, соединенного с мельницей, расположенной на безопасном расстоянии от ручья, для измельчения зерна. Другой заключался в том, чтобы приводить в движение несколько вращающихся машин на фабрике от одной большой паровой машины. До изобретения электрического генератора и электродвигателя эта проблема решалась с помощью ремней.Сегодня было бы нелепо использовать ремни таким образом. Подумайте, как сложно было бы соединить вращающуюся паровую турбину энергетической компании с домашним холодильником с помощью ремней. Электричество упрощает. Энергия распределяется электрически по относительно небольшим проводам для приведения в действие отдельных небольших электродвигателей.

    Сегодня ремни используются в автомобилях для привода вспомогательных устройств, таких как кондиционер, тормоза с усилителем, гидроусилитель руля, генератор переменного тока и насос охлаждающей жидкости.Ремни также можно найти в бытовых приборах, таких как пылесосы, на токарных станках в механических мастерских или внутри копировальных машин.

    Ременная передача — недорогое решение для передачи механической энергии на короткие расстояния. По сравнению с обработкой прецизионных зубчатых колес изготовление двух шкивов, соединенных ремнем, технологически несложно. Механическое преимущество заключается в соотношении диаметра шкива на нагрузке к шкиву на приводе. Длина ремня не имеет значения.Регулируя размеры двух шкивов, можно удобно изменить механическое преимущество. Кроме того, один поворот ремня изменит направление вращения. Одним из недостатков ремня является то, что величина крутящего момента, который он может передать, ограничена произведением трех факторов: коэффициента трения между ремнем и шкивом, силы, вызывающей натяжение ремня, и радиуса нагрузочного шкива.

    Клиновой ремень значительно увеличивает передаваемый крутящий момент, поскольку заклинивание ремня в канавке шкива увеличивает силу контакта между поверхностями (N) намного выше силы натяжения (P).Вождение действие происходит через боковые стороны ремня, а не через его нижнюю часть, которая обычно вообще не соприкасается со шкивом. Это еще один пример применения клина в качестве усилителя.

    В ситуации, когда задействован большой крутящий момент, например, при езде на велосипеде, цепная связь лучше, чем ремень. Человек, переложивший весь свой вес на педаль, вероятно, приведет к проскальзыванию большинства ременных систем. Еще одно преимущество цепи перед ремнем заключается в том, что цепь более эффективна, главным образом потому, что она не требует внешнего натяжения.Обратная сторона цепного привода имеет достаточное натяжение только для того, чтобы поддерживать себя. Кроме того, звенья цепи снабжены роликами, которые могут вращаться при контакте с зубьями, уменьшая силы трения и износ.

    Механическое преимущество цепного звена можно рассчитать, подсчитав зубья нагрузочной и ведущей звездочек. Выходной крутящий момент находится путем умножения входного крутящего момента на отношение числа зубьев нагрузки к числу зубьев привода. Цепной привод также компактнее ременного.Представьте себе попытку организовать 21 скорость на велосипедном переключателе с помощью ремней.

    Серьезным недостатком ремней и цепей для передачи энергии является то, что они могут быть весьма опасны. В то время как низкий крутящий момент велосипедной цепи редко приводит к серьезным травмам, когда манжеты брюк или шнурки обуви зацепляются за цепь, другое дело — промышленная и сельскохозяйственная техника с высоким крутящим моментом (например, механические жатки с многочисленными ремнями и цепными приводами). Они стали причиной многих серьезных травм и потери конечностей из-за огромного крутящего момента, который двигатели и моторы передают ремням и цепям.Поэтому в качестве меры предосторожности почти все новое оборудование оснащается ограждениями, предотвращающими случайные травмы либо от обрыва ремней и вылетающих с огромной силой цепей, либо от неосторожных действий рабочих.

    Дон К. Хопкинс

    См. также: Езда на велосипеде; Трансмиссии; Электроэнергия, производство; Системы передачи и распределения электроэнергии; Двигатели; маховики; Кинетическая энергия; пропеллеры; Паровые двигатели.

    БИБЛИОГРАФИЯ

    Адкинс, Дж.(1980). Перемещение тяжелых вещей. Бостон: Хоутон Миффлин.

    Барнс, М.; Брайтуэлл, Р.; Фон Хаген, А.Л.; и Пейдж, К. (1996). Тайны затерянных империй. Нью-Йорк: Стерлинг.

    Национальное географическое общество. (1986). Строители Древнего мира. Вашингтон, округ Колумбия: Автор.

    Маколей, Д. (1988). Как все работает. Бостон: Хоутон Миффлин.

    Comments |0|

    Legend *) Required fields are marked
    **) You may use these HTML tags and attributes: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>
    Category: Разное