Реферат на тему кпп: Коробка передач и ее устройство (Реферат)

Общее устройство коробки передач автомобиля (Курсовая работа)

Содержание

Введение

1. Назначение

2. Общее устройство коробки передач

3. Главная передача с дифференциалом

4. Автоматические коробки передач

5. Неисправности коробки передач

6. Заключение

Литература

Введение

Автомобилю приходится двигаться со скоростями от очень маленькой до сотни-другой километров в час – а потому диапазон, в котором изменяются обороты колес, получается огромным – раз в 50. Но двигатель внутреннего сгорания способен эффективно работать лишь в интервале 2000–6000 об/мин, то есть менять скорость вращения коленчатого вала всего раза в три. Поэтому и приходится между ним и колесами ставить ту самую коробку, чтобы получить требуемую скорость движения при близких к оптимальным оборотах двигателя.

Кстати, не все известные моторы требуют применения такого преобразователя на шестеренках. Например, паровая машина и электродвигатель развивают немалый крутящий момент, что называется, «от нуля» – именно поэтому в троллейбусах (как и в паровозах) нет ни третьей педали, ни рычага коробки передач.

На различных автомобилях устройство коробки передач может отличаться, но принципиальная схема остаётся примерно одинаковой. Во втором разделе мы рассмотрим общее её устройство.

В четвёртом разделе мы выясним можно-ли заставить коробку передач работать, автоматически подстраиваясь к режиму движения. Рассмотрим три самых распространенных сегодня варианта.

В пятом разделе будут рассмотрены основные неисправности коробки передач и способы их устранения.

Назначение

Назначение коробки передач — изменять силу тяги, скорость и направление движения автомобиля. У автомобильных двигателей с уменьшением частоты вращения коленчатого вала крутящий момент незначительно возрастает, достигает максимального значения и при дальнейшем снижении частоты вращения также уменьшается. Однако при движении автомобиля на подъемах, по плохим дорогам, при трогании с места и быстром разгоне необходимо увеличение крутящего момента, передаваемого от двигателя к ведущим колесам. Для этой цели и служит коробка передач, в которую входит также передача, позволяющая автомобилю двигаться задним ходом. Кроме того, коробка передач обеспечивает разъединение двигателя с трансмиссией.

Ступенчатая коробка передач состоит из набора зубчатых колес, которые входят в зацепление в различных сочетаниях, образуя несколько передач или ступеней с различными передаточными числами. Чем больше число передач, тем лучше автомобиль «приспосабливается» к различным условиям движения. Коробка передач должна работать бесшумно, с минимальным износом; этого достигают применением зубчатых колес с косыми зубьями.

Ступенчатые коробки передач по числу передач переднего хода делят на четырех- и пятиступенчатые. Обычно коробки передач легковых автомобилей, малогабаритных автобусов и грузовых автомобилей небольшой грузоподъемности имеют четыре ступени, а коробки передач больших автобусов и грузовых автомобилей значительной грузо-подъемности — пять ступеней.

Ступенчатые коробки передач могут быть простые и планетарные. В основном на автомобилях применяют простые ступенчатые коробки передач, переключение передач в которых происходит двумя способами: передвижением зубчатых колес или передвижением муфт.

Иногда автомобили оборудуют бесступенчатыми коробками передач с плавным изменением передаточного числа и комбинированными коробками передач, в которых использованы оба способа изменения передаточного числа.

В простой ступенчатой коробке передач (рис. 1) имеются три вала: ведущий (первичный) А, связанный через сцепление с коленчатым валом двигателя; ведомый (вторичный) Б, соединенный через карданную передачу и другие механизмы с ведущими колесами автомобиля; промежуточный В. С ведущим валом как одно целое изготовлено ведущее зубчатое колесо 1, находящееся в постоянном зацеплении с ведомым зубчатым колесом 8, жестко соединенным с промежуточным валом. При включении сцепления вращаются ведущий и промежуточный валы.

Рис.1. Схема трехступенчатой коробки передач: А — ведущий вал; Б — ведомый вал; В — промежуточный вал; Г — ось зубчатого колеса передачи заднего хода; 1–8 — зубчатые колеса.

На ведомом валу установлены подвижные зубчатые колеса 2 и 3, а зубчатые колеса 7, 6 и 4, так же как и колесо 8, жестко соединены с промежуточным валом. Отношение числа зубьев ведомого зубчатого колеса к числу зубьев ведущего колеса, обратное отношению их частот вращения, называют передаточным числом. Например, передаточное число передачи, состоящей из зубчатых колес 8 и 1,

где z8 — число зубьев ведомого зубчатого колеса 8; z1 — число зубьев ведущего зубчатого колеса 1.

Когда какое-либо зубчатое колесо ведомого вала входит в зацепление с одним из зубчатых колес промежуточного вала, крутящий момент от двигателя через ведущий, промежуточный и ведомый валы коробки передач передается карданной передаче и далее на ведущие колеса автомобиля. Для включения первой передачи колесо 3 передвигают вперед, вводя его в зацепление с шестерней 6 первой передачи промежуточного вала. Общее передаточное число первой передачи определяют как произведение передаточных чисел отдельных пар зубчатых колес, т. е.

где z3 и z6 — числа зубьев соответственно колеса 3 и шестерни 6.

При включении первой передачи крутящий момент Мк на ведомом валу коробки передач увеличивается по сравнению с крутящим моментом двигателя Мд в u1 раз, т. е.

и имеет максимальную величину, так как шестерня 6 является наименьшей из зубчатых колес промежуточного вала, а колесо 3 — наибольшим из зубчатых колес ведомого вала.

Первой передачей пользуются при движении автомобиля в самых тяжелых дорожных условиях, на крутых подъемах, а также при трогании с места на плохой дороге и с грузом.

Вторая передача обеспечивается включением зубчатых колес 2 и 7. Тогда

где z2 и z7 — числа зубьев зубчатых колес соответственно 2 и 7.

Вторая передача является промежуточной. В приведенной схеме трехступенчатой коробки она единственная. В четырех- и пятиступенчатой коробках передач может быть две или даже три промежуточные передачи.

При включении прямой (в данном случае третьей) передачи ведущий и ведомый валы соединяются непосредственно через зубчатые колеса 1 и 2 (u3 = 1). Прямая передача является основной передачей, используемой при движении автомобиля по хорошей дороге.

Переключение передач выполняют при выключенном сцеплении, вводя подвижные зубчатые колеса (каретки) ведомого вала в зацепление с неподвижными зубчатыми колесами промежуточного вала. Это зацепление сопровождается ударами торцов зубьев и их повышенным износом. Поэтому на автомобилях часто применяют коробки передач с постоянным зацеплением зубчатых колес, отличающиеся высокой долговечностью.

С зубчатым колесом 4 промежуточного вала в постоянном зацеплении находится промежуточное зубчатое колесо 5 передачи заднего хода, которое на рис. 1 условно изображено в плоскости чертежа. Для включения передачи заднего хода зубчатое колесо 3 передвигают назад, вводя его в зацепление с промежуточным зубчатым колесом 5 передачи заднего хода, свободно вращающимся на своей оси.

Общее устройство коробки передач

На различных автомобилях устройство коробки передач может отличаться, но принципиальная схема остаётся примерно одинаковой. В этом разделе мы рассмотрим общее её устройство.

Коробка передач (рис. 1) механическая, трехходовая, четырехступенчатая, с четырьмя передачами вперед и одной назад. Зубчатые колеса первой, второй, третьей и четвертой передач косозубые. Ведущее и ведомое зубчатые колеса заднего хода прямозубые. Промежуточное зубчатое колесо заднего хода косозубое.

Реферат на тему акпп с вариатором — Устройство автоматической коробкой передач

АКПП: устройство и принцип работы

В наше время в большом количестве автолюбителей используют автоматическую коробку передач (АКПП) и с каждым годом их становится всё больше и больше. АКПП не только снижает нагрузку на водителя при управлении автомобилем по сравнению с механической коробкой переключения передач (МКПП) во время поездки, но и помогает водителю снизить расход топлива, переключая передачи на оптимальных оборотах двигателя в зависимости от выбранного режима вождения.

Изобрели АКПП в Америке, откуда она получила широкое распространение. В настоящее время в США, и многих Европейских странах популярность МКПП не очень велика их используют примерно 5% водителей. Однако спрос на автомобили с АКПП в России постоянно растет и сегодня половина продаваемых в России иномарок оснащены АКПП.

Все АКПП можно разделить на несколько основных типов:

1. Вариаторы;
2. Гидравлические АКПП;
3. Роботизированная механика.

Гидравлическая АКПП

АКПП, основанная на работе гидротрансформатора, была серьёзно доработана по требованию европейцев и на данный момент получила несколько режимов работы (зимний, спортивный, экономичный), соответствующих каждому стилю вождения.

Также в классических автоматах увеличивается и количество передач. В 90-е годы были только 4-х ступенчатые автоматы, сейчас же они могут быть и 8-ми.

Составляющие элементы коробки-автомата:

• гидротрансформатор;
• механическая коробка передач;
• насос рабочей жидкости;
• система охлаждения и управления;
• тормозная лента;
• планетарный ряд (планетарный редуктор)

Основными агрегатами АКПП являются: гидротрансформатор и механическая планетарная коробка передач.

Гидротрансформатор осуществляет изменение и передачу крутящего момента от двигателя к механической коробке передач. Расположен между двигателем и коробкой передач. В гидротрансформаторе находятся две лопастные машины: центростремительная турбина, центробежный насос. Помимо всего прочего в гидротрансформаторе располагается реакторное колесо, муфта свободного хода (обгонная муфта), блокировочная муфта. Насосное колесо обеспечивает соединение с коленчатым валом двигателя, а турбинное колесо — с механической коробкой передач. Между этими двумя колёсами закреплено неподвижное реакторное колесо. У всех колёс гидротрансформатора имеются лопасти определённой формы с каналами, обеспечивающие проход рабочей жидкости, ведь работа гидротрансформатора основывается на непрерывной циркуляции рабочей жидкости, передающей энергию от двигателя к трансмиссии. Поток жидкости от насосного колеса передается на турбинное колесо, потом на реакторное колесо. Из-за того что лопасти реактора имеют своеобразное строение, поток жидкости увеличивается, увеличивая обороты насосного колеса. Поток жидкости меняет своё направление после выравнивания угловых скоростей насосного и турбинного колеса. Задействуется обгонная муфта и реакторное колесо начинает вращаться. Гидротрансформатор начинает передавать только крутящий момент.

Блокировочная муфта предназначена для блокировки гидротрансформатора, а муфта свободного хода (обгонная муфта) обеспечивает вращение в обратную сторону реакторного колеса.

Конструкция механической коробки передач значительно проще позволяет ступенчато изменять крутящий момент и двигаться задним ходом. Зачастую состоит из двух планетарных редукторов, соединённых последовательно, современные коробки-автомат могут выполняться, как и шестиступенчатыми, так и восьмиступенчатыми. Преимущество коробки-автомата заключается в том, что используемые в них планетарные редукторы более компактные и обладают соосной работой.

Электронная система управления

Электронная система управления обрабатывает сигналы, поступающие с различных датчиков, и, обработав их, отдаёт управляющее сигналы на распределяющий модуль.

Планетарный ряд

Основным преимуществом планетарной передачи является её компактность, использование одного центрального вала. Планетарная передача позволяет без рывков, толчков и потери мощности переключать скорости. Трансмиссия автоматически переключает передачи, для этого водителю достаточно манипулировать только педалью газа, нажимая или отпуская её.

Составляющие элементы планетарного ряда:

• солнечная шестерня;
• сателлит;
• коронная шестерня;
• водила

Вращение передаётся при том условии, если заблокирован один или два элемента планетарного редуктора. Фрикционные муфты и тормоза осуществляют блокировку этих элементов. Чтобы удержать какие-то определённые элементы используется тормоз, а чтобы заблокировать элементы между собой, то задействуется муфта, обеспечивая передачу крутящего момента. Гидроцилиндры, управляющиеся с помощью распределительного модуля, приводят в действие тормоза и муфты.

Вариаторная АКПП

Вариатор — бесступенчатая автоматическая коробка передач, в которой передачи не имеют фиксированного передаточного числа.

Если сравнивать вариатор с другими АКПП, то его преимущество заключается в эффективном использовании мощности двигателя, потому что обороты коленчатого вала оптимально согласовываются с нагрузкой на ваш автомобиль, благодаря этому обеспечивается довольно высокая экономия топлива. Также при поездке на автомобиле с вариаторной АКПП достигается высокий уровень комфорта, из-за непрерывного изменения крутящего момента, а также из-за отсутствия рывков.

Устройство вариаторной АКПП

Общее устройство вариаторной АКПП:

• раздвижные шкивы;
• дифференциал;
• клиновидный ремень;
• гидротрансформатор;
• планетарный механизм задней передачи;
• гидравлический насос;
• электрический блок управления

Раздвижные шкивы выглядят как две клиновидные «щеки», расположенных на одном валу. Гидроцилиндр, сжимающий диски в зависимости от оборотов, приводит их в действие.

Гидротрансформатор имеет те же функции, что и в классической АКПП, т.е. передаёт и изменяет крутящий момент.

Устройство, распределяющее крутящий момент на ведущие колёса, называется дифференциал.

Планетарный механизм задней передачи заставляет вращаться вторичный вал в обратном направлении.

Для того чтобы создать давление рабочей жидкости, гидротрансформатор запускает работу гидравлического насоса.

Блок управления служит для управления исполнительными устройствами вариатора, зависит от сигналов, подаваемых с датчиков (местоположения коленвала, контроля расхода топлива, ABS, ESP и т.д.).

На данный момент вариатор невозможно совместить с мощными двигателями, и поэтому вариатор не может стать конкурентом для классического автомата.

Роботизированная механика

Роботизированная механика — механическая коробка передач, в которой отсутствует педаль сцепления, а ее функции выполняет электронный блок.

В роботизированной коробке передач сочетается комфорт АКПП, надежность и топливная экономичность механической коробки передач. В большинстве случаев «робот» дешевле классической АКПП. В настоящее время все ведущие автопроизводители стараются оснастить автомобили роботизированными коробками передач. Однако стоит заметить, что так называемые «роботы», быстрее других АКПП выходят из строя.

Устройство роботизированной АКПП

Общее устройство роботизированной коробки передач:

• сцепление;
• механическая коробка передач;
• привод сцепления и передач;
• система управления

Используется сцепление фрикционного типа, отдельный диск или пакет фрикционных дисков. Прогрессия заключается в наличии двойного сцепления, обеспечивающего передачу крутящего момента, не разрывая поток мощности. Роботизированная АКПП может иметь либо электрический привод сцепления и передач, либо гидравлический. Давайте рассмотрим преимущества и недостатки, а также принцип работы каждого из них. Электродвигатель и механическая передача в электрическом приводе являются исполнительными органами. Этот привод характерен невысокими скоростями переключения передач, около 0.3 до 0.5 секунды, его преимущество заключается в небольшом потреблении электроэнергии. Переключение передач в гидравлическом приводе выполняется гидроцилиндрами, управляющиеся электромагнитными клапанами, использующие большие затраты энергии и имеющие более быструю скорость переключения передач (0.05 — 0.06 секунды на некоторых спортивных автомобилях). Основным недостатком роботизированной коробки передач является довольно большое время на переключение одной передачи, что приводит к рывкам и провалам в динамике автомобиля, а также снижает комфорт управления транспортным средством. Эту проблему решили с помощью внедрения АКПП с двумя сцеплениями (преселективная коробка передач), передачи могут переключаться без потери мощности. Имея двойное сцепление, вы можете при включенной передаче выбрать следующую и в нужный момент времени включить ее без перерыва в работе коробки.

Существуют два режима работы: автоматический и полуавтоматический. В автоматическом режиме электронный блок управления реализует определенный алгоритм управления коробкой с помощью исполнительных механизмов. Работа в полуавтоматическом режиме позволяет последовательно переключать передачи с более низкой на более высокую (и наоборот), рычаг селектора и/или подрулевые переключатели помогают в переключении передач.

Видео — автоматическая коробка передач

Заключение!

На данный момент в мире существует множество различных коробок передач, отличающихся своими плюсами и минусами. Некоторым свойственен экономичный расход топлива, другим — быстрое переключение передач и т.д. Поэтому каждый водитель сможет подобрать для себя и своего стиля вождения коробку передач, отвечающую всем его критериям.

Реферат

Реферат

По теме: устройство и техническое обслуживание коробка переключения передач камаз-740

Основная коробка передач состоит из кар­тера 1, отлитого из серого чугуна, в гнездах которого на шарико и роликоподшипниках установлены первич­ный 6, вторичный 25 и промежуточный 2 валы.

Передний роликоподшипник вторичного вала распо­ложен в гнезде первичного вала. Шарикоподшипники пер­вичного и вторичного валов, а также сферический ролико­подшипник промежуточного вала застопорены от осевых перемещений относительно картера, поэтому они помимо радиальных воспринимают также и осевые нагрузки. Блок 12 шестерен заднего хода установлен на оси 17 и вращается на двух роликоподшипниках 11.

Рис. 57. Основная коробка передач:

1 — картер; 2 — промежуточный вал в сборе; 3, 4, 8, 15, 18 и 34 —прокладки; 5 — пробка, с указателем уровня масла; 6 — первичный вал в сборе; 7 — крышка заднего подшипника первичного вала; 9 — верхняя крышка с механизмом переключения передач; 10 — опора рычага; 11 — роликоподшипник; 12 — блок шестерен заднего хода; 13 — промежуточная втулка; 14 — крышка люка отбора мощности; 16 — упорная шайба; 17 — ось блока шестерен; 19 — крышка заднего подшипника вторичного вала; 20 — задний шарикоподшипник вторич­ного вала; 21 — червяк привода спидометра; 22 — сальник; 23 и 33 — шайбы; 24 — гайка; 25 — вторичный вал в сборе; 26 — фланец; 27 — стопорное кольцо; 28 — стакан подшипника; 29 — сферический роликоподшипник; 30 — крышка роликоподшипника; 31 — болт упорной шайбы; 32 — стопорная планка.

Все шестерни вторичного вала смонтированы на специальных роликоподшипниках качения. Шестерни зад­него хода, первой и второй передач промежуточного вала выполнены как одно целое с валом. Остальные шестерни промежуточного вала установлены на валу на сегмент­ных шпонках и закреплены кольцом.

Первая передача и задний ход включается зубчатыми муфтами; вторая, третья, четвертая и пятая передачи — синхронизаторами, состоящими из каретки, блокирующих пальцев, конусных фрикционных колец и фиксаторов, размещенных в каретке.

В верхней крышке 9 коробки передач расположен меха­низм переключения передач. Каретки синхронизаторов и муфт включения первой передачи и заднего хода пере­мещают находящимся в кабине рычагом через дистан­ционный привод, штоки и вилки. Вилки закреплены уста­новочными винтами на штоках, перемещающихся в отвер­стиях верхней крышки 9.

Предотвращает одновременное включение двух пере­дач замок шарикового типа, размещенный в крышке между штоками. Предохраняет от случайного включения передачи заднего хода или первой передачи при движе­нии автомобиля расположенный в крышке пружинно-пальчиковый предохранитель разрезного типа.

В крышке 19 заднего подшипника 20 вторичного вала установлен привод спидометра. Для обеспечения правиль­ного показания спидометра в зависимости от характери­стики главной передачи и размера шин предусмотрены сменные цилиндрические шестерни.

На картере коробки передач имеются два люка для подсоединения коробок отбора мощности.

Сальники крышек подшипников первичного и вторич­ного валов предохраняют внутреннюю полость коробки передач от попадания пыли и грязи и утечки масла.

Обеспечивает поддержание нормального давления в картере коробки передач сапун. В коробке передач герметизированного исполнения внутренняя полость сооб­щается с атмосферой отводящей трубкой, устанавливае­мой вместо сапуна.

Масло в коробку передач наливают через горловину, расположенную на правой стенке картера. К пробке 5 горловины прикреплен указатель уровня масла. В нижней части картера имеются два сливных отверстия, закры­ваемых пробками. В передней пробке вмонтирован магнит, улавливающий металлические частицы — продукты износа.

Дистанционный привод управления механизмом пе­реключения передач состоит из качающегося рычага 4, смонтированного в сферической опоре перед­него кронштейна 3, который закреплен болтами на перед­нем торце блока двигателя; тяги 10 управления, расположенной в развале блока цилиндров двигателя в сфери­ческих опорах, размещенных в переднем кронштейне и задней крышке блока; промежуточной тяги 21 с регули­ровочным фланцем 22, опора которой закреплена на картере сцепления.

На обоих концах тяги управления и на переднем конце промежуточной тяги установлены на шпонках и закреп­лены болтами промежуточные рычаги. Их рабочие эле­менты закрыты резиновыми чехлами. Задний конец про­межуточной тяги болтами соединен с фланцем штока ры­чага механизма переключения передач, служащего для тяги второй опорой.

С целью снижения возникающей при движении авто­мобиля вибрации рычага переключения передач в кон­струкции привода предусмотрено специальное устрой­ство — фрикционная тормозная пара, образуемая безза­зорным соединением малой сферой рычага переключения передач и диском, прижатым пружиной к торцу гайки.

Рис.62. Привод управления механизмом переключения передач:

1 и 28 – установочные винты; 2 – кран управления делителем; 3 – кронштейн опоры рычага; 4 – рычаг переключения передач; 5 – трос крана управления; 6 – прижим троса; 7 и 29 – контргайка; 8 – рычаг передней тяги; 9 – головка рычага переключения передач; 10 – передняя тяга; 11 – сухарь шаровой опоры; 12 – кольцо; 13 – втулка сферической опоры; 14 – пружина; 15 – крышка опоры; 16 – сферическая опора; 17 – рычаг тяги; 18 – ограничительный шарик; 19 – пружина ограничительного шарика; 20 – защитный чехол; 21 – промежуточная тяга; 22 – регулировочный фланец; 23 – соединительный болт; 24 – скобка крепления воздухопроводов; 25 – воздухопровод переднего цилиндра воздухораспределителя; 26 – воздухопровод редукционного клапана; 27 – воздухопровод заднего цилиндра воздухораспределителя; 30 – шток рычага переключения передач; 31 – болт крепления регулировочного винта.

Механизмом переключения передач делителя управ­ляет пневматическая система, которая состоит из редук­ционного клапана 2 давления, крана 7 управления дели­телем, клапана 5 включения делителя, воздухораспреде­лителя 4, силового цилиндра 3 и воздухопроводов.

Клапан 5 включается упором 6, закрепленным на тол­кателе рычага выключения сцепления. Пневматическая система подает воздух в силовой цилиндр только при пол­ностью выключенном сцеплении, что позволяет предва­рительно выбрать ту или иную передачу в делителе. Редукционный клапан отрегулирован на давление 4,2 кгс/см2.

При включении переключателя в положение В или Н трос, заключенный в оплетку, перемещает золотник крана 7 управления, в результате чего сжатый воздух от редукционного клапана 2 подводится к воздухораспре­делителю 4 и устанавливает золотник в одном из двух положений. При нажатии на педаль сцепления упор 6 открывает клапан 5 включения делителя, и через него сжатый воздух в зависимости от положения золотника воздухораспределителя поступает в ту или другую полость силового цилиндра 3.

Рис. 64. Схема пневматической системы управления делителем:

В — высшая передача в делителе; Н — низшая передача в делителе; I — от ресивера; 1 — рычаг переключения передач с переключателем крана управле­ния; 2 — редукционный клапан; 3 — силовой цилиндр; 4 — воздухораспре­делитель; 5 — клапан включения делителя передач; 6 — упор; 7 — кран управления.

Синхронизатор состоит из двух конусных колец 1 и 4, жестко связанных между собой паль­цами 3 с развальцованными конца­ми каретки 2 с сухарями 5 и пру­жинами 6. Пальцы в средней части имеют конические блокирующие по­верхности. Отверстия в диске карет­ки 2, через которые проходят бло­кирующие пальцы, также имеют блокирующие поверхности в виде фасок с двух сторон отверстия. Ко­нусные кольца 4 не имеют жесткой связи с кареткой и могут быть сме­щены относительно нее. Они связаны с кареткой через фиксирующие су­хари 5, поджимаемые в полукруг­лые канавки пальцев пружинами 6.

При передвижении каретки вил­кой механизма переключения пере­дач конусное кольцо, двигаясь вмес­те с кареткой, подводится к конусу шестерни. Вследствие разности час­тоты вращения каретки, связанной с вторичным валом, и шестерни, связанной через промежуточный вал с первичным валом, относительно каретки до соприкосновения блокирующих поверхностей пальцев с блокирующими поверхностями каретки, препятствую­щими дальнейшему осевому перемещению каретки. Вы­равнивание частоты вращения при включении передачи обеспечивается трением между коническими поверхностя­ми кольца и включаемой шестерни. Как только частота вращения каретки и шестерни сравняется, блокирующие поверхности не будут препятствовать продвижению ка­ретки, и передача включится без шума и удара. Если синхронизированные передачи включаются с шумом, сле­дует немедленно выяснить причину неисправности и устранить ее. В противном случае возможен преждевре­менный выход из строя синхронизаторов.

Рис. 58. Синхронизатор коробки передач КамАЗ:

1 и 4 — конусные кольца; 2 — каретка синхрониза­тора; 3 — блокирующий палец; 5 — сухарь; 6 — пружина.

Делитель передач позволяет увеличить вдвое число передач, получать передаточные числа, близкие к среднему значению двух соседних передаточных чисел пятиступенчатой коробки передач, и изменять скорость и силу тяги автомобиля приблизительно в 1,25 раза.

Делитель передач имеет картер, отлитый как одно целое с картером сцепления. В гнездах картера на шарико и роликоподшипниках установлены первичный 14 и промежуточный 3 валы делителя. Передний шарикопод­шипник первичного вала с сальниковым уплотнением размещен в выточке коленчатого вала двигателя. Шари­ковые подшипники задней опоры первичного вала и передней опоры промежуточного вала застопорены коль­цами от осевых перемещений относительно картера.

Ведущая шестерня 30 первичного вала смонтирована на специальных роликоподшипниках 31. Шестерня 12 промежуточного вала запрессована на вал и закреплена шпонкой.

Соосность промежуточных валов делителя и основной коробки передач достигается за счет установки центри­рующих стаканов, помещенных в гнездах подшипников валов. Эти валы соединяются шлицами.

Принудительную смазку переднего подшипника и под­шипников шестерен вторичного вала основной коробки обеспечивает специальное расположенное на первичном валу делителя маслонагнетающее устройство, к которому масло поступает самотеком по лотку и каналам, выполнен­ным в картере и крышке подшипника первичного вала дели­теля. Масло к подшипникам подводится по каналам в пер­вичном и вторичном валах, а также в ступицах шестерен.

Необходимый уровень масла в картере делителя поддер­живается вследствие циркуляции масла через два отвер­стия в стенках картеров делителя и основной коробки передач. В нижней части картера имеется сливное отвер­стие, закрываемое пробкой с магнитом.

Рис. 63. Делитель передач КамАЗ:

1 — стакан заднего подшипника промежуточного вала; 2 — ро­ликоподшипник; 3 — промежу­точный вал; 4 — картер; 5 и 23 — шарикоподшипники; 6 — стопорное кольцо; 7 — уплотнительное кольцо; 8, 13, 24 и 26 — прокладки; 9 — крышка переднего подшипника проме­жуточного вала; 10 — упорная шайба; 11 — стопорная планка; 12 — шестерня промежуточного вала; 14 — первичный вал; 15 — сальник; 16 — рычаг вилки меха­низма переключения; 17 — сухарь вилки; 18 — вилка меха­низма переключения; 19 — валик вилки; 20 — гайка; 21 — установочная втулка шарикоподшипника; 22 — маслонагнетательное устрой­ство; 25 — крышка подшипника первичного вала; 27 — крышка люка; 28 — сегментная шпонка; 29 — синхронизатор; 30 — шестерня первичного вала; 31 — роликоподшипник.

Сальники крышек подшипника первичного вала дели­теля предохраняют внутреннюю полость коробки от попада­ния пыли и грязи, а также предотвращают утечку масла.

Для включения высшей и низшей передач делителя на шлицах первичного вала установлен синхронизатор, устройство которого аналогично устройству синхрониза­тора в основной коробке. Каретка синхронизатора пере­мещается поршнем силового цилиндра механизма управ­ления переключением передач через рычаг и вилку, жестко закрепленные на валике рычага силового цилиндра.

То

При ТО-2 проверяют и при необходимости регулируют зазор между упором 2 (см. рис. 2.27) толкателя пневмоусилителя сцепления и штоком клапана 1 включения делителя. На автомобилях КамАЗ-5320, -5410 проверяют состояние и действие троса управления делителем. Пневматическая система переключения передач делителя приводится в действие воздухом, поступающим из контура IV пневматического привода тормозной системы (см. рис. 2.29). 

Рис. 3.7. Пневматическая система управления делителем передач: I — воздух из пневмопривода тормозов; Н, В — низшая и высшая передачи в делителе; 1 — клапан включения делителя; 2 — упор штока клапана; 3 — кран управления; 4 — трос; 5 — редукционный клапан; 6 — механизм переключения передач; 7 — воздухораспределитель  Под давлением 620…750 кПа (6,2…7,5 кгс/см2) он подается на вход редукционного клапана 5 (рис. 3.7), на выходе которого поддерживается постоянное давление 395…445 кПа (3,95…4,45 кгс/см2), регулируемое с помощью прокладок. Кран 3 управления делителем в зависимости от положения золотника, задаваемого рычагом переключателя (в положение В или Н),направляет воздух, поступающий из редукционного клапана, в соответствующую полость воздухораспределителя 7. Перемещение золотника воздухораспределителя обеспечивает поступление воздуха в полость А или Б и соответствующее направление перемещения штока силового цилиндра. Перемещается он воздухом, поступающим из редукционного клапана 5 через клапан 1 включения делителя, который открывается упором 2, закрепленным на толкателе поршня пневмоусилителя выключения сцепления. Клапан открывается в конце хода толкателя, т. е. при полностью выключенном сцеплении. Проволока троса 4 должна перемещаться в оболочке легко и без заеданий. При нажатии на педаль сцепления после смены положения рычага управления тросом крана делителя должен быть слышен характерный щелчок [включение повышающей (В) или понижающей (Н) передачи]. 

Для замены коробки передач кабину автомобиля наклоняют в первое фиксированное положение и выключают «массу». Подняв автомобиль, сливают масло из коробки передач. На автомобилях КамАЗ-5320, -4310 отвертывают гайки фиксирующих пластин передних средних щитов пола платформы, сдвигают фиксирующие пластины и снимают щиты, отвертывают болты крепления опоры щитов пола платформы и снимают опору. На автомобиле КамАЗ-4310 опускают запасное колесо. На автомобилях КамАЗ-5320, -5410 отвертывают гайки болтов крепления держателя запасного колеса, снимают шайбы, вынимают болты и снимают краном держатель запасного колеса с рамы автомобиля. На автомобиле КамАЗ-5410 отвертывают гайки болтов крепления кронштейна ящика аккумуляторных батарей к раме, снимают шайбы, болты и ящик с кронштейнРемонт, обслуживание и устройство трансмиссии автомобиля КАМАЗ. Коробка передач может иметь следующие неисправности.  Затрудненное включение всех передач, включение передачи заднего хода и I передачи со скрежетом вызываются неполным выключением сцепления (сцепление «ведет»). Для устранения неисправности следует отрегулировать свободный ход муфты выключения сцепления.  Большое усилие на рычаге переключения передач вызывается загрязнением опор тяг дистанционного управления, отсутствием или загустением смазки. В этом случае опоры следует промыть и заполнить свежей смазкой 158. Включение II — V передач с ударом и скрежетом обусловлено износом конусных колец синхронизатора, блокирующих фасок пальцев и каретки, что уменьшает усилие вывода каретки из нейтрального положения. Указанную неисправность устраняют заменой синхронизатора.  Включение передач в делителе с ударом и скрежетом может быть вызвано повышенным давлением в пневмосистеме управления делителем, что требует регулировки редукционного клапана, разрывом диафрагмы редукционного клапана, что требует ее замены, или износом конусных колец синхронизатора, блокирующих фасок пальцев и каретки, что требует замены синхронизатора.  Износ сухарей вилки переключения передач делителя может произойти из-за отсутствия сброса воздуха в атмосферу при переключении передач делителя в связи с загрязнением воздушных каналов и сапуна клапана включения делителя передач. В этом случае разбирают клапан и тщательно промывают все его детали, включая сапун. При сборке клапана на все трущиеся поверхности наносят смазку 158. Второй причиной указанной неисправности может быть отсутствие зазора между кареткой синхронизатора и сухарем вилки переключения передач, что устраняется регулировкой.  Самовыключение передач на ходу автомобиля происходит при неполном включении передачи из-за неисправности фиксаторов механизма переключения, износа лапок или сухарей вилок, ослабления крепления вилок и рычагов разрегулировки дистанционного управления. В этом случае подтягивают крепления, заменяют изношенные детали, регулируют привод управления. Указанная неисправность также проявляется, если не работает замок шлицев вторичного вала. Это требует замены вала и синхронизатора. Передача не включается при износе деталей и разрегулировке дистанционного привода управления коробкой передач. Для устранения неисправности заменяют изношенные детали, подтягивают крепления и регулируют привод. Другой причиной указанной неисправности может быть разрушение подшипников шестерен вторичного вала.  Передачи в делителе не включаются по следующим причинам. При заедании поршеньков воздухораспределителя его разбирают, детали промывают, а при сборке наносят на них смазку 158. Если разрегулировано положение упора клапана включения делителя, его регулируют. Сломанный упор заменяют. При засорении пневмосистемы управления делителем промывают и продувают дроссель, воздухопроводы и клапаны. Оборванный трос крана управления делителем заменяют.  Повышенный шум при работе коробки передач может вызываться износом или поломкой зубьев шестерен, разрушением подшипников шестерен и валов. Неисправные детали заменяют.  Течь масла из коробки передач может быть устранена заменой сальников при их износе или потере эластичности, промывкой сапуна при повышенном давлении в картере коробки, подтягиванием крепежных деталей или заменой прокладок при нарушении герметичности по уплотняющим поверхностям. Износ латунных колец синхронизаторов основной коробки передач происходит из-за неполного выключения сцепления при переключении передач. В этом случае заменяют синхронизаторы и проверяют работу сцепления и привода.  Износ латунных колец синхронизатора делителя передач возможен по той же причине, а также при разрегулировке положения упора клапана включения делителя передач. В этом случае после замены синхронизатора производят необходимую регулировку.  Ведущие мосты могут иметь следующие неисправности.  Увеличенный окружной зазор в зацеплении конических шестерен может быть вызван износом их зубьев или износом конических роликоподшипников. В первом случае неисправность регулировкой не устраняется, так как конические шестерни рассчитаны на работу до полного износа без дополнительной регулировки. Во втором случае, когда в зацеплении имеется значительный осевой зазор, регулировкой восстанавливают предварительный натяг подшипников и проверяют пятно контакта в зацеплении шестерен.  Повышенный шум при движении автомобиля со скоростью 30.. .40 км/ч указывает на то, что пятно контакта смещено в сторону широкой части зубьев ведомой шестерни. Это требует регулировки зацепления по пятну контакта.  Пульсирующий шум при выключении сцепления и переключении передач указывает на то, что пятно контакта расположено ближе к вершинам зубьев. Способ устранения неисправности тот же.  Непрерывный вой при движении автомобиля может быть при недостаточном уровне масла в картере моста, износе или повреждении шестерен и подшипников. При таком проявлении неисправности следует установить места подтекания масла (через сальники или разъемы крышек), при необходимости заменить сальники и подтянуть болты крепления крышек, долить масло до нормы. Изношенные и поврежденные шестерни и пПериодические технические обслуживания предназначены для выявления и предупреждения неисправностей путем своевременного выполнения контрольно-диагностических, крепежных, регулировочных и смазочно-очистных работ. Сезонное техническое обслуживание, кроме того, имеет целью подготовку автомобиля к весенне-летнему или осенне-зимнему периодам эксплуатации.  КР агрегатов и узлов предназначен для восстановления их исправности и близкого к полному (не менее 80 %) ресурса. КР полнокомплектных автомобилей КамАЗ, как правило, не производится, а агрегаты и узлы подвергаются обычно не более чем одному капитальному ремонту.  Работоспособность автомобилей и их составных частей в периоды до и после капитального ремонта предусмотрено поддерживать путем ТР. Он предназначен для обеспечения работоспособного состояния подвижного состава с восстановлением или заменой отдельных его агрегатов, узлов и деталей (кроме базовых) и безотказной работы отремонтированных элементов на пробеге не меньшем, чем до очередного ТО-2.  ЦРТС предназначен для обеспечения планируемых наработок составных частей автомобиля до КР и после него. Он представляет собой наиболее сложный вид TP (углубленный TP) и выполняется автоцентрами КамАЗа на собственной или арендованной производственной <5азе по типовой технологии.  ТО-1000 выполняется один раз в интервале первых 500… 1000 км пробега. При доставке автомобиля потребителю своим ходом допускается проведение ТО-1000 сразу после его прибытия на место эксплуатации. ТО-4000 выполняется один раз в интервале первых 3000…4000 км пробега. Техническое обслуживание в начальный период эксплуатации выполняется в указанных интервалах независимо от категорий условий эксплуатации.  ТО-1 и ТО-2 выполняются первый раз в интервале первых 7000…8000 км пробега. В основной период эксплуатации ТО-1 и ТО-2 выполняются в зависимости от категорий условий эксплуатации с периодичностью, указанной в табл. 1.1.  СТО выполняется два раза в год: весной и осенью. Работы по подготовке к зимнему сезону входят в дополнительные осенние работы. В табл. 1.1 дана расчетная периодичность СТО, которая предназначена только для целей планирования. 

РЕФЕРАТ КОРОБКА — Коробка передач Камаз53215

---

Подборка по базе: Киста Бейкера Реферат.docx, Әден Айсана 106 жм акт БӨЖ №7 реферат ағылшынша.docx, семья реферат.docx, Педагогика реферат.docx, Кровяное давление реферат (1) новый.docx, ВышМат реферат 2-семестр2 .doc, Лазарев Р.И.Философия. Реферат.docx, Ксенофонтов Данил лд 20-05 реферат — копия.docx, ОКСИОН реферат мой.doc, Фролова реферат.docx

---

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ «ЗАЛАРИНСКИЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ ТЕХНИКУМ»

РЕФЕРАТ

На тему: «Коробка передач КамАЗ-53215»

Подготовил (а):
Морозов Александр Дмитриевич

Студент группы ГАПОУ ИО «ЗАПТ»

Проверил:

преподаватель ГАПОУ ИО «ЗАПТ»

Залари 2020

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………….3

1. Назначение коробки передач КамАЗ-53215………………………………6

2. Устройство и принцип действия коробки передач КамАЗ-53215………7

3. Неисправности коробки передач КамАЗ-53215…………………………11

4. Ремонт коробки передач КамАЗ-53215…………………………………..13

5. Техническое обслуживание КПП, Виды ТО, Порядок операций при работе с КПП………………………………………………………………………….14

6. Техника безопасности при выполнении работ автомеханика…………..16

7. Пожарная безопасность…………………………………………………….18

ЗАКЛЮЧЕНИЕ………………………………………………………………..21

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ……………………………………………………..22

ВВЕДЕНИЕ

КамАЗ (акроним от Камский автомобильный завод), также ПАО «КАМАЗ» — российская компания, производитель дизельных грузовых автомобилей и дизелей, действующий с 1976 года. В настоящее время, также выпускает автобусы, тракторы, комбайны, электроагрегаты, тепловые мини-электростанции и комплектующие. Основное производство расположено в городе Набережные Челны. Входит в состав Госкорпорации «Ростех».

Первый автомобиль КамАЗ сошёл с главного сборочного конвейера 16 февраля 1976 года — бортовой КамАЗ-5320. Этот автомобиль сохранился, он был передан потребителям, долгое время работал в Башкортостане, позже был выкуплен музеем завода и восстановлен, оставлен в качестве музейного экспоната.

КамАЗ-53215 – представитель советской школы построения грузовиков повышенной проходимости. Данная модель, не смотря на возраст, пользуется высоким спросом в России и Восточной Европе, а также бывших социалистических странах. Высокая востребованность подтверждается универсальной конструкцией грузовика, что позволяет его эксплуатировать где угодно – в строительной сфере, либо как средство доставки грузов в труднодоступных дорожных условиях. КамАЗ-53215 особенно зарекомендовал себя при добыче полезных ископаемых.

КамАЗ-53215 поступил в производство в 2001 году. Выпуск модели продолжается до сих пор, поскольку грузовик еще не исчерпал свой потенциал, заложенный еще в эпоху СССР. Дело в том, 53215 является глубокой модернизацией предшественника, который выпускали в 1980-ых годах. Обновленный автомобиль существует в нескольких исполнениях. В частности, на базе 53215 выпускаются кран-манипулятор, мусоровоз, а также фургон и вакуумная машина. Обратим внимание, что параметры рамной конструкции и передаточного числа редуктора могут отличаться в зависимости от кузовной модификации. В дальних перевозках весьма нужной и полезной опцией будет спальное место. Грузовое шасси на базе КамАЗ-53215 – отличная альтернатива более дорогим конкурентам.

Не удивительно, что самой большой популярностью пользуется КамАЗ-53215 в виде бортового грузовика. Автомобиль обладает рекордной грузоподъемностью по сравнению с иностранными большегрузами, что позволяет перевозить любые строительные материалы.

В экономике народного хозяйства, в деятельности любой ее отрасли, в работе каждого предприятия важная роль принадлежит транспорту. Роль транспорта состоит в том, что он заканчивает процесс создания продукции, доставляя ее потребителю и обеспечивая тем самым непрерывность общественного производственного процесса.

На автомобильном транспорте осуществляют внутригородские, внутриобластные перевозки товаров.

Важным преимуществом этого вида транспорта является большая скорость, высокая маневренность, возможность возить товары без перегрузки. Это повышает сохранность товаров и ускоряет доставку. Автомобильный транспорт по объему перевозок занимает первое место в стране, а по грузообороту из-за небольшого среднего расстояния перевозки — третье, уступая железнодорожному и морскому.

Ежегодно в торговую сеть страны доставляются от поставщиков миллионы тонн различных товаров. Эти товары изготавливаются в различных отраслях народного хозяйства: в легкой и тяжелой промышленности, пищевой индустрии, сельском хозяйстве.

Семейство грузовых автомобилей КамАЗ включает в себя машины с колесными формулами 6X4, 4X2 и 6X6 и с различными мощностными, размерными и весовыми параметрами. Каждый тип автомобилей имеет свою окраску: бортовые автомобили-тягачи — голубую, седельные тягачи — красную, самосвалы — оранжевую, хотя по специальному заказу может быть и другой цвет.

Отдельного внимания заслуживает коробка передач КамаЗ, которая не раз приятно удивляла специалистов своей надёжностью и способностью справиться с любой, даже самой сложной ситуацией.

Целью данной работы является изучение коробки передач автомобиля КамаЗ-53215.

Для решения поставленной цели необходимо выполнить ряд задач, а именно:

• 
  рассмотреть назначение устройства коробки передач;
  
• 
  определить принципы работы коробки передач КамАЗ-53215;
  
• 
  изучить регулировку, техническое обслуживание и ремонт коробки передач КамАЗ — 53215;
  
• 
  рассмотреть технику безопасности при выполнении работ;
  
• 
  рассмотреть пожарную безопасность.
  

Объект исследования: коробка передач КамАЗ-53215.

Предмет исследования: изучение принципа работы коробки передач автомобиля КамАЗ-53215.

Методы исследования: изучение и анализ литературы по данной теме.

1. Назначение коробки передач КамАЗ-53215

Коробка передач является важным конструктивным элементом трансмиссии автомобиля и предназначена для изменения крутящего момента, скорости и направления движения автомобиля, а также длительного разъединения двигателя от трансмиссии.

В зависимости от принципа действия различают ступенчатые, бесступенчатые и комбинированные коробки передач. Тип коробки передач во многом определяет тип трансмиссии автомобиля.

В ступенчатых коробках передач крутящий момент изменяется ступенчато. К ним относятся механическая и роботизированная коробки передач . коробка передача автомобиль обслуживание

Механическая коробка передач (сокращенное наименование — МКПП, обиходное название — механика) представляет собой многоступенчатый цилиндрический редуктор, в котором предусмотрено ручное переключение передач. В зависимости от числа ступеней различают четырехступенчатую, пятиступенчатую, шестиступенчатую, семиступенчатую и более коробки передач.

Основными преимуществами механической коробки передач являются простота конструкции, надежность, возможность ручного управления во всех режимах движения. Благодаря этим качествам МКПП является самым распространенным типом коробки передач. Вместе с тем, все больше потребителей в последние годы выбирают коробки с автоматическим управлением.

Роботизированная коробка передач (другое наименование — автоматизированная коробка передач, обиходное название — робот) представляет собой механическую коробку передач, в которой автоматизированы функции выключения сцепления и переключения передач. Современные роботы имеют двойное сцепление, которое обеспечивает передачу крутящего момента без разрыва потока мощности.

В КамАЗе-53215 используется механическая коробка переключения передач с демупликатором – делителем. КПП данного типа специально конструировалась для эксплуатации в тяжелых условиях.

Фактически модификация КамАЗа под номером 53215 оснащается двумя коробками передач. Делительная располагается между основной КПП и сцеплением. Переключение на нее происходит в особых случаях (например, когда на второй передаче двигателю работать тяжело, а на третьей оборотов не хватает).

Основная КПП имеет 10 передач. Передаточное число мостов, которые являются ведущими, равно 7,22. Показатель основной КПП стандартный. Также имеются дублирующие передаточные числа, их использование возможно при участии делителя.

2 . Устройство и принцип действия коробки передач КамАЗ-53215

Рисунок 1 — Коробка передач Камаз-53215

1 — вал ведущий; 2 — крышка заднего подшипника ведущего вала; 3, 23 — прокладки регулировочные; 4 — шток рычага; 5 — кольцо защитное; 6 — крышка опоры рычага; 7 — сухарь опоры рычага; 8 — кольцо уплотнительное; 9 — опора штока; 10 — пружина; 11 — опора рычага переключения передач; 12 — ось блока шестерен заднего хода: 13, 31-шайбы упорные; 14 — блок шестерен заднего хода; 15 — роликоподшипник: 16 — болт со штифтом; 17 — шайба стопорная; 18 — крышка верхняя; 19, 32, 36 — прокладки уплотнительные; 20 — крышка заднего подшипника ведомого вала; 21 — кольцо стопорное; 22 — шарикоподшипник задний ведомого вала: 24 — червяк привода спидометра; 25, 39 — манжеты уплотнительные; 26 — гайка крепления фланца; 27 — фланец крепления карданного вала; 28 — стакан заднего подшипника промежуточного вала; 29 — крышка подшипника; 30 — роликоподшипник сферический: 33 — вал промежуточный; 34- картер коробки передач; 35- вал ведомый; 37 — крышка переднего подшипника промежуточного вала; 38 — картер сцепления; 40 — вилка выключения сцепления; 41-вал вилки выключения сцепления; 42 — муфта выключения сцепления.

В  задней части крышки коробки Камаз-53215 установлена манжета с пыльником, на рабочей кромке которой имеется левая насечка. В нижней части крышки в специальной расточке помещен валик, выполненный заодно с шестерней червячной пары привода спидометра. На выступающем конце валика, имеющем лыску, установлена ведущая шестерня цилиндрической пары спидометра (Рис.2).

Рисунок 2 — Коробка передач КПП Камаз-53215 (Вид сзади)

1 — рычаг переключения передач; 2 — штифт уплотнительный; 3 — винт установочный; 4 — рычаг вала вилки выключения сцепления; 5 — крышка люка отбора мощности; 6 — прокладка уплотнительная; 7 — пробка с указателем уровня масла; 8 — пробка сливная с магнитом; 9 — пробка сливная; 10 — шестерня привода спидометра; 11 — втулка шестерни; 12 — шестерня ведущая привода датчика спидометра; 13 — шестерня ведомая привода датчика спидометра; 14 — валик привода спидометра; 15 — манжета уплотнительная; 16 — фланец датчика спидометра

Ведомая цилиндрическая шестерня установлена на валике привода спидометра, который вращается в расточке фланца датчика привода спидометра. Полость сменных шестерен изолирована от масляной ванны коробки передач, а шестерни смазываются консистентной смазкой, закладываемой при сборке.

От вытекания смазка удерживается маслосгонной резьбой, выполненной на  валике, и  манжетой. Для обеспечения правильности показания спидометра числа зубьев сменных цилиндрических шестерен подбираются в зависимости от передаточного числа главной передачи.

В  приливах правой стенки картера коробки передач Камаз-53215 выполнена расточка, в которую запрессована ось блока шестерен заднего хода.

Для предотвращения от выпадания ось закреплена стопорной шайбой, привернутой болты, имеющим сверление, в которое вставлен пластмассовый штифт. Штифт уплотняет резьбовое соединение и препятствует вытеканию смазки.

Масло в коробку передач КПП Камаз-53215 заливается через горловину, расположенную на правой стенке картера. Горловина закрыта пробкой со встроенным масляным щупом.

В нижней части картера в бобышки ввернуты сливные пробки и в пробку вмонтирован магнит, улавливающий металлические частицы, которые могут находиться в масле.

С двух сторон картера КПП Камаз-53215 имеются люки для установки коробок отбора мощности, которые закрыты крышками с уплотнительными прокладками. Люки выполнены по ГОСТ 12 323–66.

Допустимый отбор мощности по 22 064,97 Вт (30 л.) с каждого люка. Отбор мощности при движении автомобиля не допускается.

Во внутренней полости картера в передней части левой стенки КПП Камаз-53215 отлит маслонакопитель, куда при вращении шестерен забрасывается масло и по сверлению в передней стенке картера поступает в полость задней крышки ведущего вала и на маслонагнетающее кольцо.

В верхней правой части задней стенки выполнен масляный карман, куда масло забрасывается вращением шестерен. Из масляного кармана масло по сверлению в стенке картера поступает в полость задней крышки ведомого вала для смазывания червячной пары привода спидометра.

Шестерни коробки передач Камаз-53215 скомплектованы попарно с сопрягаемыми шестернями по пятну контакта и уровню шума.

Принцип работы механической коробки передач сводится к кинематическому соединению на различных ступенях входного и выходного валов различными комбинациями шестерен с разными передаточными числами.

Переключение передач:

Между шестернями ведомого вала расположены муфты включения передач. В отличие от шестерен, они закреплены на валу и вращаются вместе с ним, но могут двигаться продольно (вперёд-назад).

На сторонах шестерён вторичного вала, обращённых к муфтам включения передач, имеются зубчатые венцы. Такой же венец имеет задний торец ведущего вала. Ответные зубчатые венцы находятся на муфтах включения.

При движении рычага переключения передач, при помощи специального привода через ползуны приводятся в движение вилки переключения передач, которые могут перемещать муфты включения в продольном направлении. Специальный блокирующий механизм при этом не допускает одновременного включения двух передач. Замок фиксирует два ползуна в нейтральном положении при движении третьего, что исключает одновременное включение двух передач.

Когда муфта включения движется в направлении шестерни нужной передачи, их зубчатые венцы встречаются, и муфта включения, которая вращается вместе с валом, соединяется с шестернёй передачи, блокируя её. После этого они вращаются вместе и коробка передач начинает передавать вращение от двигателя на главную передачу через карданный вал.

3. Неисправности коробки передач КамАЗ-53215

Таблица 1. Возможные неисправности коробок передач КамАЗ- 53215 и способы их устранения

Причина неисправности	Способ устранения
Затрудненное включение всех передач, включение заднего хода и первой передачи со скрежетом
Неполное выключение сцепления (сцепление «ведет»)	Отрегулировать свободный ход муфты выключения сцепления
Включение второй, третьей, четвертой и пятой передач с ударом и скрежетом
Износ конусных колец синхронизатора блокирующих фасок пальцев и каретки	Заменить синхронизатор
Включение передач в делителе с ударом и скрежетом
Повышенное давление в пневмосистеме управления делителем	Отрегулировать редукционный клапан
Износ конусных колец синхронизатора блокирующих фасок пальцев и каретки	Заменить синхронизатор
Отсутствие сброса воздуха в атмосферу при переключении передач в делителе в связи с загрязнением воздушных каналов и сапуна включения делителя передач	Разобрать клапан и тщательно промыть все его детали, включая и сапун. При сборке клапана все трущиеся поверхности смазать смазкой № 158.
Самовыключение передач на ходу автомобиля
Неполное включение передачи из-за неисправности фиксаторов механизма включения, износа лапок вилок или сухарей вилок, ослабления крепления вилок и рычагов, разрегулировки дистанционного управления	Устранить ослабление крепления, заменить изношенные детали, отрегулировать привод управления
Передачи не включаются
Износ деталей и разрегулировка дистанционного привода управления коробкой	Отрегулировать привод и заменить изношенные детали, подтянуть ослабленные крепления
Разрушение подшипников шестерен вторичного вала	Заменить неисправные детали
Передачи в делителе не включаются
Разрегулировано положение упора клапана включения делителя	Отрегулировать положение упора клапана
Засорение пневмосиетемы управления делителем	Промыть и продуть дроссель, воздухопроводы и клапаны
Повышенный шум при работе коробки передач
Повышенный износ или поломка зубьев шестерен. Разрушение подшипников шестерен.	Заменить неисправные детали
Разрушение подшипников валов	Заменить неисправные детали
Течь масла из коробки передач
Износ или потеря эластичности сальников	Заменить сальники
Повышенное давление в картере коробки	Промыть сапуны
Нарушение герметичности по уплотняющим поверхностям	Подтянуть крепежные детали, заменить прокладки

4. Ремонт коробки передач КамАЗ-53215

Разборка коробок передач. При разборке коробок передач необходимо обеспечить предохранение деталей и узлов от повреждений. Для этого применяют съемники и приспособления. Использовать стальные выколотки и применять ударные нагрузки при снятии подшипников запрещается.
Разборочный процесс включает в себя следующие виды работ: моечно-очистные, собственно разборочные работы, подъемно-транспортные по перемещению деталей, узлов и контрольно-сортировочные. Для наружной мойки коробок передач применяют «Лабомид-203» концентрацией 5—10 г/л, а для очистки деталей 25—30 г/л.

Разборку коробок передач производят на стендах в следующей последовательности. Снимают и разбирают механизм переключения передач, кран управления делителем, опоры рычага переключения передач и редукционный клапан пневмосистемы. После снятия фланцев карданного вала и крышек подшипников первичного, вторичного, промежуточного валов извлекают подшипники, выпрессовывают ось блока шестерен с помощью съемников и приспособления.
5. Техническое обслуживание КПП, Виды ТО, Порядок операций при работе с КПП

Режим работы зубчатых редукторов трансмиссии характеризуется высокими нагрузками. Удельное давление на рабочих поверхностях зубьев шестерен достигает 3000 МПа (30 000 кгс/см2). Кроме того, в них возникают большие динамические нагрузки, особенно при больших суммарных люфтах в зубчатых редукторах. В результате изнашиваются зубья шестерен, подшипники.

В процессе работы редукторов изнашиваются также сопряжения приводов управления, сальники, теряет свои качества смазочный материал.

Изменение качества масла, как и в двигателях, связано с процессами окисления и термического разложения углеводородов, накопления продуктов износа и механических примесей, испарения легких фракций, срабатывания присадок. Поэтому ухудшаются смазывающие свойства масла, что ведет к увеличению износа деталей.

Все это заставляет проводить своевременное и качественное обслуживание коробок передач, раздаточных коробок и мостов.

При ТО-2:

— проверить герметичность коробки передач;

— смазать опоры передней и промежуточной тяг управления;

— проверить и довести до нормы уровень масла в картере;

— очистить от грязи сапун.

При СТО закрепить рычаги тяг дистанционного привода управления коробкой передач и фланец вторичного вала и сменить масло в картере (один раз в год осенью).

Для смены масла в коробке передач слить масло в горячем состоянии через два сливных отверстия, вывернув пробки, расположенные в нижней части картера коробки передач. Очистить магнитную пробку сливного отверстия от грязи и металлических частиц. Промыть картер коробки передач моторным маслом, для чего залить масло в коробку передач (8,5 л), пустить двигатель при нейтральном положении рычага переключения передач на 10 мин, слить моторное масло, ввернуть пробки и залить трансмиссионное масло до верхней метки стержня. Включить двигатель при нейтральном положении рычага переключения передач на 3…5 мин. Измерить уровень масла и при необходимости долить.

Для проверки уровня масла в картере коробки передач вывернуть пробку с маслоизмерительным стержнем из заливного отверстия, вытереть насухо стержень и вставить его снова до упора пробки в резьбу, не вворачивая. Уровень масла должен быть между верхней и нижней метками. Если уровень масла доходит до нижней метки, долить масло через горловину, очистив ее от пыли и грязи.

6. Техника безопасности при выполнении работ автомеханика

Требования безопасности к слесарю перед началом работы:

Наденьте и приведите в порядок рабочую одежду:

* застегните обшлага рукавов рубашки и штанины брюк;

* надежно зашнуруйте обувь;

* уберите волосы под плотно облегающий головной убор, ношение которого обязательно при работе на металлорежущем, электропневмо и другом механизированном инструменте.

Внимательно осмотрите рабочее место, проверьте достаточность освещения, уберите все мешающие работе посторонние предметы и детали.

При необходимости закройте открытые канавы, траншеи, проверьте, надежно ли уложены переходные трапики через канавы.

Подготовьте необходимое количество переходных трапиков, лестниц-стремянок и т.д.

Проверьте исправность и комплектность для работы инструмента, приспособлений и средств индивидуальной защиты.

Неисправные инструменты, приспособления и средства защиты — замените.

Инструмент, приспособления, средства защиты расположите так, чтобы избежать лишних движений и обеспечить безопасность работы.

Перед началом технического обслуживания или ремонта автомашины или механизма вывесите на рулевое колесо табличку с надписью: «Двигатель не пускать — работают люди».

При обслуживании автомобиля на гидроподъемнике вывесите табличку на механизм управления подъемником с надписью: «Не трогать — под автомобилем работают люди».

Проверьте, достаточно ли чисто вымыты, очищены от грязи, мусора и снега автомобили и дорожно-строительная техника, поставленная на ремонт. Запрещается принимать на ремонт и техническое обслуживание не очищенные от грязи, мусора и снега транспортные средства.

Установленный на ремонт автомобиль или дорожно-строительную машину затормозите ручным тормозом (если он предусмотрен заводом-изготовителем), включите низшую передачу, выключите зажигание, закройте подачу топлива, подложите под колеса упоры (башмаки).

При работах, связанных с провертыванием коленчатого и карданного валов, дополнительно проверьте выключено ли зажигание, перекрыта ли подача топлива (для дизельных двигателей), поставьте рычаг перемены передач в нейтральное положение, освободите рычаг ручного тормоза. После выполнения необходимых работ затяните ручной тормоз и вновь включите низшую передачу.

Требования безопасности к слесарю во время работы:

При пользовании ручным слесарным инструментом:

— Пользуйтесь только исправным инструментом и приспособлениями. Применяйте их только по назначению.

— При обработке деталей в тисках надежно зажимайте обрабатываемую деталь.

— Не работайте напильником без ручек или треснутыми, расколотыми ручками.

— Инструмент в инструментальный ящик укладывайте так, чтобы концы его были направлены в сторону внутренней стенки ящика, а в сумку — ручкой наружу.

— При работе ключами с тарированным усилием следите, чтобы усилие при затяжке гаек, болтов (винтов) на превышало величин, указанных в требованиях чертежей, технических условий, техпроцессов.

— Соблюдайте осторожность, не допускайте срыва ключа с гайки, головки болта.

— При работе съемника соблюдайте осторожность, поддерживайте снимаемую деталь, чтобы не допустить ее падения.

— При правке, (рихтовке) деталей предохраняете руки от ударов молотка, кувалды и заусенцев. Работаете в рукавицах.

— Отвертывать или завертывать болты, гайки путем удлинения гаечных ключей вторыми ключами или трубами удлинителями — запрещается.

— Класть инструмент на оборудование (агрегаты транспортных средств), коммуникации, перила ограждений или не огражденный край площадки, траншеи, лесов и подмостей, распорки и откосы траншей, краев люков, камер и колодцев — запрещается.

7. Пожарная безопасность

В случае пожара или загорания на автомобиле закрыть магистральный и баллонный вентили, увеличить число оборотов коленчатого вала двигателя, быстро выработать газ, оставшийся в системе газопроводов от вентиля до карбюратора-смесителя, сообщить об этом руководителю и в пожарную охрану, приступить к тушению очага пожара имеющимися средствами пожаротушения.

Тушить пожар следует углекислотными огнетушителями, песком или струей распыленной воды. Баллон со сжиженным газом обильно поливать холодной водой, исключив возможность повышения в нем давления.

При загорании электродвигателей, электрических кабелей не допускается тушить пламя водой, если это оборудование находится под напряжением. Для ликвидации загорания следует обесточить поврежденную электроустановку и применять для ее тушения огнетушители.

Если произошел несчастный случай, очевидцем которого стал слесарь, ему следует прекратить работу, немедленно вывести или вынести пострадавшего из опасной зоны, оказать пострадавшему первую доврачебную помощь, вызвать врача, помочь организовать доставку пострадавшего в ближайшее медицинское учреждение и сообщить о случившемся руководству организации.

Если несчастный случай произошел с самим слесарем, ему следует прекратить работу, по возможности обратиться в медицинское учреждение, сообщить о случившемся руководству организации или попросить сделать это кого-либо из окружающих.

При кровотечении приподнять конечность, наложить давящую повязку, жгут; летом жгут оставляют на 1,5 часа, зимой — на 1 час. При переломе следует наложить шину. При термических и электрических ожогах обожженное место закрыть стерильной повязкой; во избежание заражения нельзя касаться руками обожженных участков кожи и смазывать их мазями, жирами и т.д. При попадании кислоты или щелочи на открытые участки тела следует немедленно промыть их нейтрализующим раствором, а затем холодной водой с мылом; при попадании щелочи — раствором борной кислоты.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

КамаЗ 53215 не раз доказал свою надежность и уникальную проходимость. Именно поэтому опытные водители, которые занимаются перевозками, отдают предпочтение такой продукции как автомобили КАМАЗ. Техника КАМАЗ работает в любых дорожных и климатических условиях: в районах Крайнего Севера и в тропиках, в зонах пустынь и высокогорья.
Есть только одна особенность у этих автомашин — при поломке стоит использовать только те запасные части, которые соответствуют качеству машины.

Коробка передач автомобилей семейства КамАЗ, предназначенных для работы без прицепа, пятиступенчатая. Для автомо­билей-тягачей, работающих с прицепами, к основной пятиступенчатой коробке до­бавляют передний редуктор — делитель, удваивающий число передач.

Данная  работа посвящена изучению коробки передач автомобиля КамаЗ-53215, назначения устройства, принцип работы, основных неисправностей, техническое обслуживание и ремонт.

Анализируя тему «Коробка передач автомобиля КамаЗ-53215», можно сделать выводы, что коробка передач это очень сложный механизм в плане работы и конструкции. И специалисты по обслуживанию подобных агрегатов очень востребованы в наше время.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Автомобили КамаЗ с колесной формулой 6X4 и 6X6: Руководство по эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту. /А.С.Кузнецов. – ООО «ИДТР», 2012. – 268с.: ил.

2.Барун В.Н. Автомобили КАМАЗ: Техническое обслуживание и ремонт – М.: Транспорт, 1998. – 352 с.

3.Зеленин С.Ф. Учебник по устройству автомобиля. – М.: РусьАвтокнига, 2002. – 80 с.

4. Карагодин В.И. Ремонт автомобилей. – М.: Академия, 2004. – 496 с.

5. Краснов С.П. Техническое обслуживание автомобиля КАМАЗ – М.: Русь Автокнига, 2002, — 176с.

6. Родичев В.А. Грузовые автомобили: Учебник для НПО. — М.: «Академия», 2010.- 237 с.

7. Селифонов В.В. Устройство и техническое обслуживание грузовых автомобилей. — Учебник для НПО. — М.: «Академия», 2010.- 397 с.
8. Техническое обслуживание и ремонт автомобилей: учебник для студ. Учреждений сред. Проф. Образования/[В.М. Власов, С.В. Жанказиев, С.М. Круглов и др.]; под ред. В.М. Власова. — 5-е изд., стер. — М.: Издательский центр «Академия», 2007.- 810с.

9. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей: учебник для нач. проф. образования/С.К. Шестопалов. — 6-е изд., — М.: Издательский центр «Академия», 2007.- 865с.

10.  Чумаченко Ю.Т., Чумаченко Г.В. Материаловедение для автомехаников. Ростов — на — Дону, «Феникс», 2009. — 480 с.

11. Безопасность труда при ремонте автотранспортных средств [электронный ресурс] : [сайт] . – 2017. – Режим доступа: https://vuzlit.ru/987222/ohrana_truda (дата обращения 11. 06. 2020).

12. Описание и технические характеристики КамАЗа-53215

[электронный ресурс] : [сайт] . – 2014. – 20 октября. – Режим доступа: http://spez-tech.com/tehnika/gruzovie-avto/kamaz/opisanie-i-harakteristiki-53215.html (дата обращения 11. 06. 2020).

Сравнение КПП и АКПП — готовый реферат по цене 130 руб

Фрагмент работы Введение Содержание Список литературы

Реферат по дисциплине «Устройство автомобилей» на тему «Сравнение КПП и АКПП». Работа выполнена и успешно сдана в 2013 году.

Для того чтобы обеспечить движение, а также для выполнения других своих функций, автоматическая трансмиссия должна быть оснащена следующими узлами: механизмом выбора режима движения, гидротрансформатором, коробкой передач, узлом управления и контроля. Механизм выбора режима движения представляет собой рукоятку, размещенную в салоне автомобиля и связанную с коробкой передач жесткой или гибкой тягой. С помощью этого рычага водитель выбирает режим работы автомобиля: «вперед», «назад», «нейтраль» или «парковка» На большинстве автомобилей способ движения вперед состоит из трех стадий или, можно сказать, трех режимов: режима низкой скорости, среднего режима и режима нормального движения. В зависимости от изготовителя эти режимы имеют разные обозначающие символы. Например, режим низкой скорости о Показать все бозначен символами «L» или «I», средний режим чаще всего обозначается «2», «S» или «*», а режим нормального движения — «D» или «D-3», однако применяются и другие символы. Режим низкой скорости используется как первая передача в случае, когда требуется большой крутящий момент при небольшой скорости перемещения. Например, трогание с места в гору, преодоление крутых подъёмов на малой скорости, езда по дороге, изобилующей ямами и рытвинами. Средний режим обычно имеет только две передачи, иначе говоря, одно переключение. При нажатой педали газа автомобиль движется на второй передаче, а при отпускании, по истечении нескольких секунд, происходит торможение двигателем и переключение на первую передачу, что дает возможность реже использовать тормоза. Наиболее целесообразно этот режим использовать при езде по скользкой дороге (снежный накат, гололед или гололедица), по дороге с недостаточно хорошим покрытием (ямы, рытвины) и т.п. Если рычаг установлен в положение нормального режима движения, то трансмиссия работает в трехскоростном режиме. Этот режим используется при движении по дороге, имеющей хорошее покрытие, позволяющее развивать достаточно высокую скорость, обеспечивает беспрепятственное строгание с места в небольшой подъём и т.д Скрыть

Введение
1. Сравнение КПП и АКПП
Заключение
Литература

Автомобиль – самое распространенное в современном мире механическое транспортное средство. Коробка передач – механизм, преобразующий крутящий момент, передающийся от двигателя через сцепление, по величине и направлению. Дает возможность автомобилю двигаться вперед или назад, а также позволяет отключать двигатель от ведущих мостов на длительное время. На большинстве легковых и грузовых автомобилей устанавливают механические ступенчатые коробки передач с зубчатыми шестернями. КПП используемые на автомобилях-тягачах, работающих с прицепным составом имеют четырех-, пяти- и шестиступенчатую трехвальную схему конструкции расположенную в общем картере с которой размещен повышающий редуктор (делитель) или понижающий редуктор (демультиплика Показать все тор), а иногда и оба вместе. В большинстве случаев переключение ступенчатых коробок передач осуществляет водитель. В последнее время появляются конструкции ступенчатых коробок передач с автоматизированным переключением на базе микропроцессорной техники. Скрыть

1. Ю.Т. Чумаченко Автослесарь, Ростов-на-Дону, «Феникс» 2004 540cтр.
2. В.Н. Никитин ДВС, Москва «Машиностроение» 1980 288 стр.
3. С.М. Мараков Устройство, ТО и ремонт легковых автомобилей, Москва, «Компас» 1987 335 стр.
4. 4.К.Т. Казанцев Автослесарь, Ростов-на-Дону, «Кот» 2004, 540 cтр.
5. А.С. Орлин ДВС, Москва «Машиностроение» 1981, 253 стр.
6. С.М. Круглов Устройство, ТО и ремонт легковых автомобилей, Москва, «Высшая школа» 1987, 335 стр.
7. А.Д.Ботвинников Черчение, Москва, «Просвещение» 1992, 219 стр.

Реферат | Учебно-методический материал на тему:

Реферат

12ТО Каримов Мурат

Тема: Гидромеханическая Передача

Гидромеханическая коробка передач состоит из:

• гидротрансформатора
• механической коробки передач

На легковых автомобилях наибольшее распространение получили гидромеханические коробки с планетарными механическими коробками. Их преимущества: компактность конструкции, меньшая металлоемкость и шумность, больший срок службы. К недостаткам относятся сложность, высокая стоимость, пониженный КПД. Переключение передач в этих коробках производится при помощи фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов. При этом при включении одной передачи часть фрикционных муфт и ленточных тормозных механизмов пробуксовывает, что также снижает их КПД.

Гидротрансформатор представляет собой гидравлический механизм, который размещен между двигателем и механической коробкой передач. Он состоит из трех колес с лопатками:

• насосного (ведущего)
• турбинного (ведомого)
• реактора

Насосное колесо 3 закреплено на маховике 1 двигателя и образует корпус гидротрансформатора, внутри которого размещены турбинное колесо 2, соединенное с первичным валом 5 коробки передач  и реактор 4, установленный на роликовой муфте 6 свободного хода. Внутренняя полость гидротрансформатора на 3/4 своего объема заполнена специальным маслом малой вязкости.

Рис. Гидротрансформатор:
а – общий вид; б – схема; 1 – маховик; 2 – турбинное колесо; 3 – насосное колесо; 4 – реактор; 5 – вал; 6 – муфта

Каждое колесо имеет наружный и внутренний торцы, между которыми располагаются профилированные лопасти, образующие каналы для протока жидкости. Все колеса гидротрансформатора максимально приближены друг к другу, а вытеснению жидкости препятствуют специальные уплотнения.

При работающем двигателе насосное, колесо вращается вместе с маховиком двигателя. Масло под действием центробежной силы поступает к наружной части насосного колеса, воздействует на лопатки турбинного колеса и приводит его во вращение. Из турбинного колеса масло поступает в реактор, который обеспечивает плавный и безударный вход жидкости в насосное колесо и существенное увеличение крутящего момента. Таким образом, масло циркулирует по замкнутому кругу и обеспечивается передача крутящего момента в гидротрансформаторе.

Характерной особенностью гидротрансформатора является увеличение крутящего момента при его передаче от двигателя к первичному валу коробки передач. Наибольшее увеличение крутящего момента на турбинном колесе гидротрансформатора получается при трогании автомобиля с места, при этом коэффициент трансформации может составлять до 2,4. В этом случае реактор неподвижен  так как заторможен муфтой свободного хода. По мере разгона автомобиля увеличивается скорость вращения насосного и турбинного колес. При этом муфта свободного хода расклинивается и реактор начинает вращаться с увеличивающейся скоростью, оказывая все меньшее влияние на передаваемый крутящий момент. После достижения реактором максимальной скорости вращения гидротрансформатор перестает изменять крутящий момент и переходит на режим работы гидромуфты. Таким образом, происходит плавный разгон автомобиля и бесступенчатое изменение крутящего момента.

Гидротрансформатор автоматически устанавливает необходимое передаточное число между коленчатым валом двигателя и к ведущими колесами автомобиля, Это обеспечивается следующим  образом: с уменьшением скорости вращения ведущих колес автомобиля при возрастании сопротивления движению возрастает динамический напор жидкости от насоса на турбину, что приводит к росту крутящего момента на турбине, следовательно, на ведущих колесах автомобиля.

КПД гидротрансформатора определяет экономичность его работы. Максимальное значение КПД гидротрансформатора может быть от 0,85 до 0,97, но обычно находится в диапазоне от 0,7 до 0,8. В комплексном гидротрансформаторе на режиме гидромуфты можно получить максимальное значение КПД  до 0,97.

Изменение режимов работы гидротрансформатора происходит автоматически. Если увеличивать нагрузку на выходе из гидротрансформатора, то происходит уменьшение угловой скорости турбины, что приводит к увеличению коэффициента трансформации.

К сожалению, гидротрансформатор имеет малый диапазон передаточных чисел, не обеспечивает движения задним ходом, не разобщает двигатель от трансмиссии (необходима сложная система опорожнения проточных частей от рабочей жидкости). Поэтому за гидротрансформатором устанавливают специальную планетарную коробку передач, которая компенсирует указанные недостатки.

Планетарная коробка передач включает в себя планетарные механизмы. В простейшем планетарном механизме солнечная шестерня 6, закрепленная на ведущем валу 1, находится в зацеплении с шестернями-сателлитами 3, свободно установленными на своих осях. Оси сателлитов закреплены на водиле 4, жестко соединенном с ведомым валом 5, а сами сателлиты находятся и зацеплении с коронной шестерней 2, имеющей внутренние зубья.

Рис. Планетарный механизм:
1 – ведущий вал; 2 – коронная шестерня; 3 – сателлиты; 4 – водило; 5 – ведомый вал; 6 – солнечная шестерня; 7 – тормоз

Передача крутящего момента с ведущего вала 1 на ведомый вал 5 возможна только при заторможенной коронной шестерне 2 при помощи ленточного тормоза 7 или многодискового «мокрого» сцепления. В этом случае при вращении шестерни 6 сателлиты 3, перекатываясь по зубьям неподвижной шестерни 2, начнут вращаться вокруг своих осей и одновременно через водило 4 будут вращать ведомый вал 5. При растормаживании шестерни 2 сателлиты 3, свободно перекатываясь по шестерне 6, будут вращать шестерню 2, а вал 5 будет оставаться неподвижным.

В автоматических коробках передач применяются фрикционные муфты сцепления. Фрикционная муфта сцепления состоит комплекта покрытых слоем фрикционного материала дисков, прижатых друг к другу через прокладки в виде тонких пластин из гладкого металла.

Рис. Фрикционная муфта сцепления автоматической коробки передач:
1 – канал подачи рабочей жидкости; 2 – поршень; 3 – кожух муфты; а – выключенное состояние; б – включенное состояние

При этом часть фрикционных дисков оснащены внутренними шлицами, часть – наружными. Прижимание дисков друг к другу обеспечивается гидравлическим поршнем 2, для выключения сцепления применяется возвратная пружина. При подаче к поршню давления рабочей жидкости диски плотно прижимаются друг к другу, образуя одно целое. Как только давление снимается, возвратная пружина отводит поршень назад и диски выводятся из зацепления. В качестве возвратных пружин могут использоваться винтовые, диафрагменные и гофрированные дисковые пружины.

В качестве примера гидромеханических передач рассмотрим двухступенчатую гидромеханическую коробку передач. Она состоит из гидротрансформатора 1, механической планетарной коробки передач с многодисковым фрикционом 3 и двумя ленточными тормозными механизмами 2 и 4 и гидравлической системы управлениях кнопочным переключением передач. Кнопки соответственно означают нейтральное положение, задний ход, первую передачу и движение с автоматическим переключением передач. В двухступенчатой механической коробке передач имеются два одинаковых планетарных механизма 5 и 6.

Рис. Гидромеханическая коробка передач:
1 – гидротрансформатор; 2,4 – тормозные механизмы; 3 – фрикцион; 5,6 – планетарные механизмы

В нейтральном положении фрикцион 3, а также тормозные механизмы 2 и 4 выключены. Трогание автомобиля с места происходит при включенной первой передаче. В этом случае масло под давлением поступает в цилиндр тормозного механизма 2, лента которого затягивается, и солнечная шестерня планетарного механизма 6 останавливается.

Если включена кнопка «Движение», то при разгоне автомобиля происходит автоматическое переключение на вторую передачу, что обеспечивается одновременным выключением тормозного механизма 2 и включением фрикциона 3. В этом случае планетарные механизмы 5 и 6 блокируются и вращаются как одно целое.

Для движения автомобиля задним ходом включается только тормозной механизм 4.

В настоящее время автоматические коробки передач имеют электронное управление, что позволяет гораздо точнее выдерживать заданные моменты переключения (с точностью до 1 % вместо прежних 6…8 %). Появились дополнительные возможности: по характеру изменения скорости при данной нагрузке на двигатель компьютер может вычислить массу автомобиля и ввести соответствующие поправки в алгоритм переключения. Электронное управление предоставило неограниченные возможности для самодиагностики, что позволило корректировать процессы управления в зависимости от многих параметров (от температуры и вязкости жидкости до степени износа фрикционных элементов).

Система автоматического управления обычно состоит из следующих подсистем:

• функционирования (гидравлические насосы, регуляторы давления)
• измерительная, собирающая информацию о параметрах управления
• управляющая, вырабатывающая управляющие сигналы
• исполнительная, осуществляющая управление переключением передач, работой двигателя
• подсистема ручного управления
• подсистема автоматических защит, предотвращающая возникновение опасных ситуаций

Основными элементами электронной системы управления являются электронный блок и рычаг управления.

В качестве примера современной АКП с электронным управлением рассмотрим шестиступенчатую коробку передач 09G  японского концерна AISIN.

АКП состоит из гидротрансформатора, механической планетарной коробки передач с многодисковыми фрикционами и многодисковыми тормозными механизмами, гидравлической системы, систем охлаждения и смазки, электрической системы.

Рис. Разрез автоматической шестиступенчатой коробки передач 09G:
К– многодисковые муфты; В – многодисковые тормоза; S – солнечные шестерни; Р – сателлиты; РТ – водило; F – обгонная муфта; 1 – вал турбинного колеса; 2 – ведомая шестерня промежуточной передачи; 3 – жидкостный насос

Планетарные ряды объединены по схеме, разработанной Лепеллетье (Lepelletier). Крутящий момент двигателя подводится к одинарному планетарному ряду. Далее он направляется на сдвоенный планетарный ряд Равиньо (Ravigneaux).

Рис. Двухредукторная планетарная система Лепеллетье:
а – обычный планетарный редуктор; б – планетарный редуктор  Равиньо; 1 – вал турбинного колеса; Р1 – сателлит коронной шестерни Н1; Р2 – сателлит солнечной шестерни 2; Р3 – сателлит коронной шестерни 1; S1 – солнечная шестерня 1; S2 — солнечная шестерня  2; S3 — солнечная шестерня 3; Н1 – коронная шестерня 1; Н2 – коронная шестерня 2

Управление одинарным планетарным рядом производится посредством многодисковых муфт K1 и K3 и многодискового тормоза B1. Число сателлитов в планетарных рядах выбирается в зависимости от передаваемого крутящего момента.

Сдвоенный планетарный ряд управляется посредством многодисковой муфты K2, многодискового тормоза B2 и обгонной муфты F. В системе управления муфтами предусмотрены устройства динамической компенсации рабочего давления, которые делают работу муфт независящей от частоты вращения. Муфты K1, K2 и K3 служат для подвода крутящего момента к планетарным рядам, а с помощью тормозов B1 и B2, а также обгонной муфты обеспечивается передача реактивных моментов на картер коробки передач.

Давление в рабочих цилиндрах муфт и тормозов изменяется посредством регулирующих клапанов.

Обгонная муфта F представляет собою механизм, который работает параллельно с тормозом.

Техническое обслуживание и ремонт коробки передач автомобиля ВАЗ 2110 курсовая по транспорту

Содержание Введение. История автомобилестроения 1. Квалификационная характеристика 1.1 Что должен знать автослесарь 3-го разряда 1.2 Что должен уметь автослесарь 3-го разряда 2. Второй раздел 2.1 Техническое обслуживание ВАЗ 2110 2.2 Неисправности узлов и агрегатов КПП и их устранение 2.3 Ремонт КПП 2.3.1 Снятие коробки передач 2.3.2 Разборка коробки передач 2.3.3 Разборка дифференциала 2.3.4 Проверка технического состояния деталей 2.3.5 Сборка дифференциала 2.3.6 Сборка коробки передач 2.3.7 Установка коробки передач 2.3.8 Отличие разборки пятиступенчатой коробки от четырехступенчатой 3. Третий раздел 3.1 Общие требования безопасности труда при техническом обслуживании и ремонте автомобилей Введение. История автомобилестроения Даймлер и Бенц — основоположники автомобилестроения. В конце XIX века появилось раньше не известное средство передвижения – автомобиль. Этому изобретению в последствие предстояло стать самым популярным и незаменимым видом транспорта. А началось всё в Германии в 1885 году, когда Карл Бенц (1848-1929) построил первую трёхколёсную “повозку с двигателем внутреннего сгорания”. Примерно в тоже время Готлиб Даймлер (1834–1900) сконструировал первый мотоцикл, а через год повозку с мотором. Это и были прапрадедушки современных автомобилей. Промышленное производство автомобиля (в современном понимании этого слова) было начато в 1890 году. В 1901 году Карл Бенц создал первые четырёхколесные автомобили. Эти автомобили были довольно легки и доступны в техническом обслуживании, ремонте и отличались долговечностью. Позднее появилась и модификация с двухцилиндровым двигателем. В 1909 году у фирмы появились проблемы и Бенц предложил использовать четырехцилиндровый рядный двигатель. После запуска в производство модели с новым двигателем дела компании медленно начали поправляется. В отличие от Бенца, Даймлер не рвался вперед. Со своим партнёрам Вильгельмом Майбахом (1846–1929) в 1889 году построил свой первый функциональный автомобиль “Daimler”, запустив его в производство в 1895 году. Одновременно с выпуском автомобиля компания широко лицензировала свои двигатели, тем самым заложив фундамент для выпуска таких моделей, как французские “Panhard” и “Peugeot”. Через год был построен гоночный автомобиль мощностью 24 л.с., который, благодаря заложенным в него новинкам развивал скорость более 80,5 км/час. Начало этого процесса было положено компанией “Oldsmobile” в 1901 году, создавшей и запустившей в производство маленький двухместный кабриолет “American Curved Dash”. Этот автомобиль стал ярким образцом автомобиля для широкого круга людей. К 1903 году количество автомашин, построенных фирмой “Oldsmobile “, составило примерно 3000 штук, а спустя ещё два года их число перевалило за 5000 рубеж. Благодаря опыту промышленного производства машин, сделалось возможным появление на рынке модели “Т”. В 1908 году, Генри Форд (1886– 1947) сконструировал эту легендарную машину. Именно ей отдавали предпочтение за надежность, простоту и отсутствие изысков в управлении. 1. Квалификационная характеристика 1.1 Что должен знать автослесарь 3-го разряда Устройство, назначение, принцип работы узлов, агрегатов и приборов средней сложности; правила сборки автомобилей, ремонта и деталей, узлов агрегатов и приборов; основные приемы разборки, сборки, снятия и установки приборов и агр егатов электрооборудования; ответственные регулировочные и крепежные работы; основные свойства металлов; устройство универсальных и специальных приспособлений и контрольно-измерительных приборов средней тяжести; допуски и посадки, классы точности и частоты обработки; принцип рациональной организации рабочего места и системы оплаты труда; правила безопасности труда, пожарной безопасности и внутреннего распорядка; правила гигиены труда и производственной санатории; основы экономики труда и производства в объеме требований, предусмотренных «общими положениями» единого тарифно- квалификационного справочника работ и профессий рабочих, выпуск 1; 1.2 Что должен уметь автослесарь 3-го разряда Разбирать дизельные и специализированные автомобили, автобусы с числом посадочных мест свыше 60; ремонтировать и собирать грузовые автомобили (кроме специализированных), легковые автомобили и автобусы до 60 посадочных мест; выполнять крепежные работы ответственных резьбовых соединений при ТО с заменой изношенных деталей; выполнять ТО, ремонт, сборку, регулировку и испытание агрегатов, узлов средней тяжести; разбирать ответственные агрегаты и электрооборудование автомобилей; определять и устранять неисправности в работе узлов, механизмов, проборов автомобилей; соединять и паять провода с приборами и агрегатами электрооборудования; выполнять слесарную обработку деталей по 3-4 классу точности с применением универсальных приспособлений; правильно организовывать и содержать рабочие места, экономно расходовать материалы и электроэнергию; ремонтировать и устанавливать сложные агрегаты и узлы под руководством слесаря по ремонту автомобилей более высокой квалификации; соблюдать правила противопожарной безопасности внутреннего распорядка; применять при ремонте оборудования наиболее целесообразные и производительные способы работы и современные методы организации труда. 2.10 Проверить состояние дисков и шин колес, отбалансировать колеса и переставить по схеме. 2.11 Отрегулировать углы установки передних колес 2.12 Заменить зубчатый ремень привода механизма газораспределения: — 8-клапанный двигатель — 16-клапанный двигатель 2.13 Заменить свечи зажигания 2.14 Зачистить коллектор стартера, проверить износ и прилегание щеток. Очистить и смазать детали привода стартера 2.15 Зачистить контактные кольца генератора, проверить износ и прилегание щеток 2.16 Проверить состояние колодок передних тормозов 2.17 Проверить состояние колодок задних тормозов 2.18 Заменить тормозную жидкость 2.19 Отрегулировать направление световых пучков фар 2.20 Заменить фильтр тонкой очистки топлива 2.21 Смазать трущиеся участки ограничителя открывания дверей; шарнир и пружину крышки люка топливного бака; замочные скважины дверей и крышки багажника 2.22 Смазать петли дверей 2.23 Прочистить дренажные отверстия дверей и порогов 2.24 Заменить датчик концентрации кислорода 2.25 Очистить и промыть детали системы вентиляции картера, включая дроссельный патрубок и регулятор холостого хода 2.26 Заменить фильтрующий элемент системы вентиляции и отопления салона 27 Провести контроль и регулировку приводов управления КП и сцепления 2.28 Смазать трос привода замка капота 2.2 Неисправности узлов и агрегатов КПП и их устранение Причина неисправности Способ устранения 1) шум в коробке передач (шум уменьшается или исчезает, если выжать сцепление) Недостаточный уровень масла в картере коробки передач Проверьте уровень, при необходимости долейте масло. Проверьте, нет ли течи. Продуйте сапун Низкое качество масла. В масло попала вода (при попадании воды в масло образуется эмульсия белесоватого цвета, ее можно увидеть на щупе) Замените масло. Броды и глубокие лужи переезжайте осторожно. Установите брызговик двигателя, наденьте трубку на сапун коробки передач и выведите ее наверх, в защищенное от брызг место Износ или повреждение подшипников, зубьев шестерен Замените изношенные подшипники, шестерни 2) передачи включаются с трудом, посторонние шумы отсутствуют Деформирована тяга привода механизма переключения передач Выправьте или замените тягу Ослабли винты крепления шарнира или рычага штока выбора передач Затяните винты (можно на анаэробном герметике для резьб) Поломка пластмассовых деталей механизма переключения Замените детали Неправильная регулировка привода Отрегулируйте привод Сломаны пружины механизма выбора передач, деформированы его детали Замените пружины, выправьте деформированные детали или замените механизм в сборе Ослабление посадок вилок переключения передач на штоке Подтянуть фиксаторы вилок на штоках Не затянуты гайки валов коробки передач Затяните гайки 3) передачи самопроизвольно выключаются Повреждение или износ шлицев на муфте, шестерне или ступице синхронизатора Замените дефектные детали Неправильная регулировка привода Отрегулируйте привод Ослабли пружины в механизме выбора передач, изношены штоки Замените изношенные детали Не затянуты гайки валов коробки передач Затяните гайки Потеряли упругость или разрушились опоры силового агрегата Замените опоры Шум, треск, визг шестерен в момент включения передачи Нет масла в картере коробки передач Долейте масло. Проверьте, нет ли течи. Продуйте сапун шпильке выпускного коллектора. При отсутствии поперечины вывесите силовой агрегат талью. 1.10.Снимите брызговик двигателя и нижнюю крышку картера сцепления. 1.11.Слейте масло из коробки передач. 1.12.Отсоедините провода от выключателя света заднего хода. 1.13.Ослабьте хомут и отсоедините тягу от шарнира штока выбора передач. 1.14.Отверните гайку шпильки крепления коробки передач к двигателю. 1.15.Отсоедините шаровые шарниры рычагов подвески от поворотных кулаков. 1.16.Используя съемник 67.7801.9524 или резко ударив по корпусу внутреннего шарнира молотком через выколотку, выбейте один шарнир из полуосевой шестерни, затем зафиксируйте полуосевую шестерню технологической оправкой или заглушкой, применяемой при транспортировке дифференциала (иначе незафиксированная полуосевая шестерня может выпасть в картер коробки передач). 1.17.Выбейте второй шарнир. 1.18.Отведите в стороны валы приводов колес. В случае затруднений в разъединении привода колеса с полуосевой шестерней на автомобиле, снимите коробку передач в сборе с приводом колеса и на верстаке, используя тот же съемник, выпрессуйте шарнир из полуосевой шестерни. 1.19.Отверните с левой стороны три гайки шпилек крепления коробки передач к кронштейну подвески силового агрегата, а затем гайку с болта крепления самого кронштейна. Сняв кронштейн со шпилек коробки передач, выньте кронштейн подвески из проушин лонжерона кузова. 1.20.Отверните болты крепления задней опоры подвески силового агрегата. 1.21.Отверните нижний болт крепления стартера и снимите его. 1.22.Установите под коробку передач специальную подставку с гидравлическим подъемником. 1.23.Слегка опустите двигатель, удлинив поддерживающую тягу поперечины или опустив таль, отверните нижний болт крепления картера к блоку двигателя и сместите от двигателя коробку передач в сборе с картером сцепления, чтобы разъединить вал коробки передач и ведомый диск сцепления. 1.24.Снимите коробку передач. При снятии или установке коробки передач не опирайте первичный вал коробки на лепестки нажимной пружины, чтобы не повредить их. 2.3.2 Разборка коробки передач 2.1. Вымойте коробку передач снаружи, не допуская попадания воды в картер, и установите ее на стенд для разборки. 2.2. Снимите кронштейн подвески силового агрегата и кронштейн крепления троса выключения сцепления. 2.3. Отвернув гайки, снимите заднюю крышку картера коробки передач и уплотнительную прокладку. 2.4. Снимите установочные кольца с подшипников первичного и вторичного валов. 2.5. Снимите крышку фиксаторов и выньте из гнезд пружины и шарики фиксаторов. Отверните пробку и выньте детали фиксатора вилки заднего хода. 2.6. Отверните болт и гайки крепления картера коробки передач к картеру сцепления и снимите картер со шпилек. 2.7. Отвернув болты крепления вилок на штоках переключения передач, снимите штоки и вилки. 2.8. Выньте ось и снимите промежуточную шестерню заднего хода. 2.9. Выньте одновременно первичный и вторичный валы из роликовых подшипников картера сцепления, а затем снимите дифференциал. 3.1. При необходимости замены ведомой шестерни, отверните болты ее крепления и спрессуйте шестерню с коробки дифференциала. 3.2. Снимите стопорное кольцо с оси сателлитов и выпрессуйте ось. 3.3. Выньте из коробки дифференциала полуосевые шестерни и сателлиты 3.4. Если необходимо, то спрессуйте подшипники с коробки дифференциала, используя упор 67.7853.9582 и универсальный съемник. 3.5. При необходимости разберите механизм выбора передач, для чего отверните гайку крепления оси рычага выбора передач и снимите стопорные кольца с оси вилки заднего хода и с оси блокировочных скоб, снимите вилку заднего хода, рычаг выбора передач в сборе с блокировочной скобой, ось рычага и пружину с упорной шайбой. 3.6. При необходимости снимите привод спидометра для чего отверните гайку его крепления и, поддерживая валик ведомой шестерни, выньте привод спидометра. 2.3.4 Проверка технического состояния деталей Очистка. Перед осмотром очистите детали коробки передач. Щеткой и скребком удалите все отложения и очистите отверстия и шлицы от возможного загрязнения, затем промойте и обдуйте струей сжатого воздуха. Особенно хорошо продуйте подшипники, направляя струю сжатого воздуха так,чтобы не возникло быстрого вращения колец. Картер сцепления, картер коробки передач, крышка. На картерах коробки передач и сцепления не должно быть трещин, сколов, а на поверхности расточек для подшипников — износа или повреждений. На поверхностях разъема картеров сцепления и коробки передач не должно быть вмятин, рисок и других повреждений, которые могут привести к потере герметичности узла. Проверьте состояние задней крышки и убедитесь, что сапун находится в работоспособном состоянии, не загрязнен, а поверхность крышки, соприкасающаяся с картером коробки передач, не имеет повреждений. Очистите магнит от частиц износа деталей. Небольшие повреждения поверхностей устраните шлифовальной шкуркой. При сборке поврежденные места смазывайте герметиком, применяемым для двигателя. Если детали сильно повреждены или изношены — замените их новыми. Сальники, уплотнительные прокладки. Проверьте сальники и убедитесь, что на рабочих кромках нет неровностей и большого износа. Износ рабочей кромки сальника по ширине допускается не более 1 мм. Вообще, при разборке коробки передач, все сальники и уплотнительные прокладки рекомендуется заменить на новые. Валы. Проверьте состояние зубьев шестерен первичного и вторичного валов и убедитесь, что зубья не имеют сколов, забоин и сильного износа. Проверьте состояние посадочных поясков валов, на которых расположены подшипники. На них не должно быть задиров и износа. Шлицы и канавки валов также не должны иметь вмятин, задиров и износа, чтобы обеспечить безлюфтовую посадку ступиц муфт синхронизаторов. При наличии дефектов, затрудняющих сборку деталей без повреждений — замените вал новым. Шестерни. На торцах зубьев венца синхронизатора не должно быть значительного смятия или сколов. Пятно контакта между зубьями шестерен в зацеплении должно распространяться на всю рабочую поверхность зубьев; указанная поверхность зубьев не должна иметь износа. Подшипники. Шариковые, роликовые и игольчатые подшипники должны быть в безукоризненном состоянии. Радиальный зазор шариковых и роликовых подшипников не должен превышать 0.05 мм. На поверхностях шариков, игл и роликов, а также на беговых дорожках колец повреждения не допускаются. Поврежденные подшипники замените новыми, игольчатые — в комплекте. Штоки, вилки. Деформация вилок, штоков и рычагов выбора и переключения передач не допускается. Штоки должны свободно скользить в отверстиях картера и во втулках. Ступицы, муфты, блокирующие кольца синхронизаторов. Проверьте, чтобы ступицы синхронизаторов не имели повреждений, особенно на 6.4. После установки штока выбора передач в картер сцепления, проверьте, чтобы фланец наконечника шарнира входил внутрь канавки чехла по всему периметру. 6.5. Заложите смазку ШРУС-4 в шаровую опору рычага переключения передач. Крепежные детали затягивайте установленными моментами. 6.6. Вторичный вал собирайте в последовательности, обратной разборке, при этом синхронизаторы устанавливайте на вал в собранном состоянии, оправкой А70152, предварительно нагрев их до температуры 100°С и заменив стопорные кольца муфт синхронизаторов новыми. При остывании нагретых деталей возможно заедание блокирующих колец на конусах шестерен. Для исключения этого, перед установкой нагретого синхронизатора на вал, между блокирующими кольцами и торцами шестерен устанавливайте специальную прокладку вильчатой формы, которую удаляйте после остывания деталей. 6.7. При сборке синхронизатора блокирующие кольца устанавливайте так, чтобы напротив гнезд ступицы под пружины фиксаторов расположились выступы А меньшей высоты, а не большей, иначе после сборки не будут переключаться передачи. 6.8. Для облегчения установки фиксатора, на его шарик нанесите немного пластичной смазки, вложите его в сухарь и, отжав пружину отверткой в сторону его гнезда, установите на место сухарь в сборе с шариком. При этом напротив шарика должно быть расположено гнездо (наибольшей глубины) в скользящей муфте. С 1989 г. не применяется упорная шайба на вторичном валу и изменена конфигурация вторичного вала и шестерни первой передачи (зубчатый венец на вторичном валу стал шире на толщину шайбы, а на торце шестерни нет канавок). Указанные детали невзаимозаменяемы с выпускавшимися ранее. Поэтому при ремонте коробки передач старой конструкции соблюдайте следующие правила: — если меняется шайба, то вторичный вал и шестерня I передачи ставятся старой конструкции; — если взамен шестерни или вторичного вала устанавливают одноименные детали новой конструкции, то их надо менять комплектно, то есть при замене шестерни меняется и вторичный вал и наоборот. В этом случае шайба не устанавливается. 6.9. Оправкой 67.7853.9565 напрессуйте на коробку дифференциала внутренние кольца подшипников, предварительно установив ведущую шестерню привода спидометра. 6.10.Установив картер сцепления на стенд для сборки коробки передач, оправкой 67.7853.9563 запрессуйте в гнездо сальника штока, а затем вставьте в отверстие картера шток выбора передач и закрепите на нем рычаг выбора передач, предварительно обезжирив резьбовое отверстие и винт и нанеся на резьбу винта клей ТБ-1324. 6.11.Оправкой 67.7853.9574 запрессуйте в гнезда картера сцепления наружные кольца роликовых подшипников первичного и вторичного валов в сборе с сепараторами, а на валы напрессуйте внутренние кольца этих подшипников. Наружные кольца подшипников дифференциала запрессовывайте оправкой 67.7853.9575. 6.12.Установите механизм выбора передач, убедившись, что рычаг штока выбора передач правильно занял свое положение относительно рычага механизма выбора передач. 6.13.Закрепите механизм выбора передач. 6.14.Запрессуйте сальник в картер сцепления, выдержав размер (3.5 ±0.2) мм так, чтобы рабочая кромка сальника расположилась на полированном пояске вала. 6.15.Напрессуйте на первичный и вторичный валы шариковые подшипники, наверните гайки и затяните их динамометрическим ключом, после чего зачеканьте гайки. Длина зачеканки должна быть 3.5-4 мм и не должна переходить на резьбу вала. При заворачивании гаек на валах застопорите первичный вал приспособлением 41.7816.4070. 6.16.Установите дифференциал в картер. Чтобы полуосевые шестерни при сборке не сместились с посадочных мест, зафиксируйте одну из них со стороны картера сцепления технологической оправкой или заглушкой, применяемой при транспортировке коробки передач. 6.17.Установите одновременно первичный и вторичный валы в сборе с шестернями. 6.18.Установите ось с шестерней заднего хода, при этом следите, чтобы вилка заднего хода вошла в паз промежуточной шестерни. 6.19.Затем установите штоки переключения передач и закрепите вилки на штоках. Показание индикатора при перемещении дифференциала равно 1.00 мм. Величина предварительного натяга подшипников дифференциала равна 0.25 мм, толщина установочного кольца — 1.25 мм. t = 1.00 + 0.25 + 1.25 = 2.50 мм. 6.29.После определения толщины регулировочного кольца, разъедините картера сцепления и коробки передач, снимите дифференциал, выпрессуйте съемником 67.7801.9526 наружное кольцо подшипника из картера коробки передач и вместо установочного кольца установите подобранное регулировочное кольцо. Запрессуйте оправкой 67.7853.9575 наружное кольцо подшипника дифференциала и установите дифференциал в картер коробки передач и, закрыв его картером сцепления, затяните гайки крепления коробки передач к картеру сцепления. 6.30.Проверьте динамометром 02.7812.9501 момент сопротивления проворачиванию дифференциала. Для этого пропустите наконечник динамометра через отверстие коробки дифференциала (для вала привода колеса) до охвата им оси сателлитов. Проверните рукоятку динамометра на несколько оборотов по часовой стрелке и по шкале определите момент сопротивления проворачиванию. Он должен быть: для новых подшипников 15-35 кгс·см, для приработанных подшипников как минимум 3 кгс·см. 2.3.7 Установка коробки передач Установку коробки передач проводите в порядке, обратном снятию, затягивая болты и гайки указанными моментами, с учетом следующего: — перед соединением валов приводов колес с полуосевыми шестернями, убедитесь в том, что стопорные кольца на внутренних шарнирах заменены новыми. Это очень важно, так как при установке старых колец возможно самопроизвольное разъединение приводов колес и полуосевых шестерен при движении автомобиля; — перед установкой коробки передач нанесите тонкий слой трансмиссионного масла на шлицевой конец первичного вала и смазку ШРУС-4 на наружную поверхность направляющей втулки муфты подшипника выключения сцепления. Затем отцентрируйте ведомый диск сцепления оправкой А.70081. После установки коробки передач отрегулируйте полный ход педали сцепления и привод управления механизмом переключения передач в следующем порядке: — действуя снизу автомобиля, при ослабленном стяжном болте хомута тяги установите шток в нейтральное положение; — при поднятом декоративном чехле установите рычаг так, чтобы его нижняя часть расположилась перепендикулярно полу кузова, а рукоятка находилась от правого сидения на расстоянии, равном 1/3 расстояния между сидениями; — затяните гайку стяжного хомута; — залейте в коробку передач масло. При соединении привода переключения с коробкой передач следите, чтобы не произошло перекрутки или деформации гофров защитного чехла. Установка рычага переключения передач в требуемое положение обеспечивается приспособлением 67.7800.9513. 2.3.8 Отличие разборки пятиступенчатой коробки от четырехступенчатой Приемы работ, порядок разборки и сборки пятиступенчатой коробки передач аналогичны описанным выше, но прежде чем вынимать первичный и вторичный валы выполните следующее: — после снятия задней крышки, застопорите первичный вал приспособлением 41.7816.4070 и отверните гайки с первичного и вторичного валов; — отверните болт крепления вилки V передачи на штоке и спрессуйте универсальным съемником со шлиц вторичного вала синхронизатор V передачи в сборе с шестерней и вилкой, затем спрессуйте шестерню с первичного вала; — ударной дрель-отверткой отверните винты крепления упорной пластины и снимите установочные кольца с подшипников первичного и вторичного валов. Дополнительный (внеплановый) инструктаж проводится при нарушении работающим правил и инструкций по технике безопасности, технологической и производственной дисциплины, а также при изменении технологического процесса, вида работ и типа обслуживаемых автомобилей. Все виды инструктажей записываются в специальные журналы, которые хранятся у руководителей предприятия, цеха или производственного участка. Слесарь по ремонту автомобилей должен уметь оказать первую помощь при несчастных случаях, поражении током до прибытия скорой медицинской помощи или доставки пострадавшего в медицинское учреждение. К производственному травматизму относятся увечья, ранения, ожоги, повреждения электрическим током, отравления и профессиональные заболевания, связанные с выполнением своих трудовых обязанностей. Производственный травматизм возникает вследствие недостатков в организации труда, пренебрежения правилами безопасности и отсутствие должного контроля за их выполнением. Наиболее характерными причинами возникновения травматизма является: Отсутствие или проведенный в недостаточном объеме инструктаж работающего о правилах безопасности труда; Нарушение технологического процесса; Неисправности оборудования, приспособлений и инструмента или его не соответствие условиям выполняемых работ; Отсутствие ограждений, предупреждающих или запрещающих надписей; Несоответствие выполняемой работе или небрежное использование спецодежды; Недостаточное освещение; Низкий уровень технической культуры производства. Государственный стандарт требует, чтобы процессы ТО и ТР были безопасными на стадиях: Подготовки автомобилей к ТО и ТР; Непосредственного выполнения работ; Испытаний и проверок систем автомобилей; Заправки автомобилей горюче-смазочными материалами и спецжидкостями; Хранения и транспортитрования автомобилей, деталей, агрегатов и материалов; Удаление и обезвреживание отходов производства. Приложение 1. Чертежи Коробка передач 1 — задняя крышка картера коробки передач; 2 — ведущая шестерня V передачи; 3 — шариковый подшипник первичного вала; 4 — ведущая шестерня IV передачи первичного вала; 5 — первичный вал; 6 — ведущая шестерня III передачи первичного вала; 7 — картер коробки передач; 8 — ведущая шестерня II передачи первичного вала; 9 — шестерня заднего хода; 10 — промежуточная шестерня заднего хода; 11 — ведущая шестерня I передачи первичного вала; 12 — роликовый подшипник первичного вала; 13 — сальник первичного вала; 14 — сапун; 15 — подшипник выключения сцепления; 16 — направляющая втулка муфты подшипника выключения сцепления; 17 — ведущая шестерня главной передачи; 18 — роликовый подшипник вторичного вала; 19 ~ маслосборник; 20 — ось сателлитов; 21 — ведущая шестерня привода спидометра; 22 — шестерня полуоси; 23 — коробка дифференциала; 24 — сателлит; 25 — картер сцепления; 26 — пробка для слива масла; 27 — ведомая шестерня главной передачи; 28 — регулировочное кольцо; 29 — роликовый конический подшипник дифференциала; 30 — сальник полуоси; 31 — ведомая шестерня I передачи вторичного вала; 32 — синхронизатор I и II передач; 33 — ведомая шестерня II передачи вторичного вала; 34 — ведомая шестерня III передачи вторичного вала; 35 — синхронизатор III и IV передач; 36 — ведомая шестерня IV передачи вторичного вала; 37 — шариковый подшипник вторичного вала; 38 — ведомая шестерня V передачи вторичного вала; 39 — синхронизатор V передачи; 40 — вторичный вал. Привод управления коробкой передач 1 — защитный чехол тяги; 2 — тяга привода управления коробки передач; 3 — рычаг переключения передач; 4 — палец сферического рычага переключения передач; 5 — обойма шаровой опоры; 6 — шаровая опора рычага переключения передач; 7 — буфер; 8 —

Прогнозирующее моделирование двухступенчатой ​​коробки передач для обнаружения неисправностей

В этой статье представлен систематический подход к моделированию и анализу эталонного испытательного стенда двухступенчатой ​​коробки передач для определения характеристик неисправностей шестерен при обработке с помощью анализа гармонического вейвлет-преобразования (HWT). Конечная цель мониторинга состояния состоит в том, чтобы иметь возможность интерпретировать сигналы вибрации от нестационарного оборудования, чтобы определить тип и серьезность повреждения шестерен. Для продвижения к этой цели разрабатывается модель с сосредоточенными параметрами, которая может быть эффективно проанализирована, которая характеризует колебательный отклик коробки передач на уровне системы.Параметры модели определены с помощью коррелированных численных и экспериментальных исследований. Верность модели подтверждается, во-первых, спектральным анализом с использованием экспериментальных данных с постоянной скоростью, а во-вторых, анализом HWT с использованием нестационарных экспериментальных данных. Прогноз модели и экспериментальные данные сравниваются для исправной работы шестерни и неисправной шестерни с засеянным зубом и отсутствующим зубом. Сравнение подтверждает, что как частотный состав, так и прогнозируемые относительные величины отклика соответствуют физическим измерениям.Исследование демонстрирует, что метод моделирования в сочетании с анализом данных HWT может способствовать успешному обнаружению неисправностей и диагностике систем коробки передач.

1. Введение

Шестерни, обычно используемые для передачи крутящего момента, являются критически важными компонентами многих энергетических и энергетических, авиационных, автомобильных и морских / корабельных систем. Тема вибрации, вызываемой зубчатыми колесами, широко изучается и остается важной и фундаментальной темой в машиностроении. В таких системах зубчатое зацепление вызывает вибрации, и возникают тоны основной и боковой полосы, которые обычно охватывают очень широкий частотный диапазон.В то время как чрезмерные вибрации вызывают проблемы с надежностью и долговечностью, сигналы вибрации в коробке передач часто используются в качестве носителей информации при мониторинге состояния системы передач и обнаружении / диагностике неисправностей [1, 2].

Разнообразие подходов к мониторингу и диагностике можно условно разделить на основанные на данных, основанные на моделях подходы или их гибрид [3]. В подходах, основанных на данных, усилия по обработке сигналов используются для поиска неисправностей путем анализа измеренных эксплуатационных данных для выявления различимых признаков, указывающих на неисправности на основе шаблонов, извлеченных из эмпирического опыта.Обнаружение неисправностей, основанное только на обработке сигналов, можно охарактеризовать как подход «черного ящика»; поскольку конкретная физика системы явно не рассматривается, задействуется только сопоставление обработанных данных с известными образцами неисправностей. Одна из основных проблем этого типа подходов — сложность экстраполяции существующих баз данных. Подходы к мониторингу состояния редукторов на основе данных, в частности, обработка сигналов вибрации, которые содержат сложную смесь гармонических и субгармонических компонентов механически индуцированного движения от зацепления зубчатых колес, качения подшипников, движения привода и нагрузки и случайного шума.Большая часть важной информации, необходимой для мониторинга состояния, скрыта нежелательными компонентами в сигнале, но разложение измеренного сигнала путем фильтрации часто приводит к удалению желаемого содержимого [4]. К другим недостаткам подходов к мониторингу состояния на основе данных относятся отсутствие физической интерпретации и их специфичность для конкретной части оборудования, требующая опыта работы с оборудованием для каждого вида неисправности, чтобы отличить конкретную неисправность.

Подходы к мониторингу состояния на основе моделей, часто называемые подходами «белого ящика», теоретически могут предоставить базовые данные, подвергая модель тем же рабочим условиям, что и фактическая система, а обнаружение неисправностей облегчается путем сравнения модели. прогноз на основе данных измерений, полученных системой мониторинга.Как правило, динамические модели редукторов (DGM) разрабатываются с сосредоточенными параметрами на системном уровне и могут давать результаты прогнозирования модели за разумное время вычислений [4–7]. DGM призваны имитировать физику, лежащую в основе системы зубчатых колес, и моделировать реакцию на вибрацию физического устройства, но хорошо известной слабостью большинства усилий по моделированию является сложность в достижении точной или даже приемлемой корреляции с измеренными данными, поскольку DGM только моделировать детерминированное динамическое поведение.Исследовались непланетные многоступенчатые модели [8–13]. По-видимому, существующая литература по DGM показывает относительно ограниченное количество экспериментальной корреляции для проверки модели. Многие исследования DGM опираются на экспериментальные данные, полученные Munro [14], Kubo et al. [15], а также Бланкеншип и Кахраман [16]. Некоторые другие исследования включают собственные испытательные стенды для проверки моделей [17–23]. Во всех этих исследованиях используются одноступенчатые редукторы, работающие на нескольких постоянных скоростях, чтобы продемонстрировать явление «скачка» на собственных частотах при ускорении или замедлении до каждой постоянной скорости.Данные экспериментальных испытаний на многоступенчатых испытательных стендах для зубчатых передач редко встречаются при поиске в литературе, как и многоступенчатые DGM, и никаких проверенных моделей не найдено.

Мониторинг состояния вращающегося оборудования исторически выполнялся на машинах, работающих с постоянной скоростью, путем обработки данных о вибрации с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) в частотную область. Тем не менее, БПФ и другие методы частотной области плохо подходят для анализа нестационарных сигналов, таких как механизмы с изменяющейся скоростью [24].Эту сложность можно преодолеть, оставаясь во временной области или применяя частотно-временные методы [1, 3, 25]. Анализ частотно-временной области показывает распределение энергии формы волны как по времени, так и по частоте и может использоваться для идентификации переходных процессов, а также образцов неисправностей. Примерами методов частотно-временного распределения являются кратковременное преобразование Фурье (STFT), распределение Вигнера-Вилля (WVD) и вейвлет-преобразования (WT). STFT сегментирует сигнал на дискретные временные окна, чтобы найти частотную составляющую в этом окне, но размер окна ограничивает разрешение, что делает STFT эффективным только для анализа медленно изменяющихся нестационарных сигналов [1].Хотя WVD не сегментирует время как STFT, он подвержен интерференции между «перекрестными терминами», что может привести к ошибочным результатам [24]. WT концептуально аналогичен БПФ, за исключением того, что вместо синусоидальных функций используются локализованные функции, называемые «материнскими вейвлетами», что позволяет сохранять время события. WT используется во многих приложениях обработки сигналов, включая нестационарные сигналы вибрации [26–28]. Гармоническое вейвлет-преобразование (HWT) показало себя многообещающим при обнаружении неисправностей в нестационарных сигналах вибрации зубчатых колес [29].

В этом исследовании мы используем эталонный испытательный стенд с двухступенчатой ​​коробкой передач с регулятором скорости для сбора нестационарных экспериментальных данных и сравнения с результатами DGM. Предлагаемая DGM включает поступательные степени свободы (DOF) в местах и ​​в направлениях, соответствующих акселерометрам, размещенным на подшипниках испытательного стенда, для улучшения экспериментальной корреляции. Параметрические исследования DGM и экспериментальные исследования на испытательном стенде выполняются параллельно с целью уточнения и проверки модели.Имитация профиля скорости вала и времени отслеживаемого оборудования с помощью DGM позволит расширить диапазон собранных данных о вибрации для построения библиотек шаблонов неисправностей. Чтобы облегчить эффективную обработку данных, особенно в нестационарных условиях, гармоническое вейвлет-преобразование используется для анализа характеристик вибрационных откликов. Выявлено, что комбинация предлагаемого DGM и анализа HWT дает эффективную корреляцию характеристик вибрации с неисправностями и без них, показывая перспективу выделения признаков и идентификации неисправностей в нестационарном оборудовании.

2. Структура испытательного стенда и экспериментальная установка

Испытательный стенд, использованный в этом исследовании, показанный на Рисунке 1, включает двигатель мощностью 3 л.с., приводящий в движение магнитную тормозную нагрузку с постоянным крутящим моментом через двухступенчатую коробку передач [30]. Испытательный стенд оснащен регулятором скорости, несколькими акселерометрами и цифровым тахометром.

Акселерометры расположены на ступице подшипника промежуточного вала в вертикальном, горизонтальном и осевом направлениях для сбора данных и на двигателе для запуска сбора данных.Данные ускорения и тахометра преобразуются в цифровые сигналы с частотой 20 кГц и записываются с помощью системы сбора данных dSPACE с платой АЦП. Скорость входного вала контролируется компьютером через USB-соединение с регулятором переменной скорости и цифровым тахометром. Типичный входной профиль скорости-времени для этого исследования показан на рисунке 2.

Трансмиссия коробки передач, как показано на рисунке 3, состоит из трех шестерен с 32 зубьями на первичном валу, одна из которых приводит в движение 80 -зубчатая шестерня на промежуточном валу соединена с 48-зубчатой ​​шестерней, ведущей 64-зубчатую шестерню на выходном валу.Шестерню с 80 зубьями можно вручную перемещать вдоль промежуточного вала для совмещения с любой из трех шестерен с 32 зубьями. Такое расположение позволяет исследовать одну исправную и две неисправные шестерни без полного снятия вала при каждом испытании.

3. Состав динамической модели коробки передач (DGM)

3.1. Структура модели

Число степеней свободы (DOF), представляющих двухступенчатую зубчатую передачу в DGM, может варьироваться от минимум трех (в которых моделируется угловое смещение каждой шестерни) до очень больших моделей конечных элементов. эта попытка учесть все местные детали.В общем, модель должна быть достаточно сложной, чтобы улавливать желаемые физические характеристики, и в то же время достаточно мелкомасштабной для практической скорости решения вычислений. Ранее Diehl et al. [31] исследовали ДГМ с 3, 6 и 12 степенями свободы. В этом исследовании формулируется модель с 26 степенями свободы, которая включает в себя поступательные представления степеней свободы подшипников на каждом конце каждого вала вместо одного подшипника на вал и поступательную степень свободы в каждом центре шестерни как в вертикальном, так и в горизонтальном направлениях. Эти дополнительные степени свободы позволяют представить жесткость вала на изгиб.Степень свободы на подшипниках может более точно отражать измеренный выходной сигнал горизонтально и вертикально ориентированных акселерометров, размещенных на корпусе подшипников испытательного стенда коробки передач. Еще одно преимущество увеличенных степеней свободы — возможность отображать смещение вала на шестернях для сравнения с бесконтактными датчиками, установленными в коробке передач.

DGM с 26 степенями свободы, схематически показанная на рисунке 4, математически представлена ​​как, где (1) характеризует 6 угловых степеней свободы, а (2) и (3) характеризуют 20 поступательных степеней свободы.Полные выражения представлены в Приложении. Эта система уравнений связана их общими перемещениями, а также динамической силой зацепления шестерни каждой зубчатой ​​пары, представленной (4) и (5), которые являются функциями динамической ошибки передачи (DTE), чтобы обсудим позже. Другие определения переменных приведены в Номенклатуре.

Комбинируя (1) — (5), получаем, где

Управление скоростью DGM достигается путем изменения величины крутящего момента привода, в (1) с использованием множителя, называемого коэффициентом крутящего момента,.Нагрузка физической системы представляет собой магнитный тормоз, обеспечивающий нагрузку с постоянным крутящим моментом, поэтому крутящий момент привода системы, работающей на постоянных скоростях, связан с крутящим моментом нагрузки посредством общего передаточного числа, как показано ниже: где, и — число зубьев шестерни 32, 80, 48 и 64, соответственно, для конкретного испытательного стенда коробки передач. Значения коэффициента крутящего момента больше единицы ускоряют систему, тогда как значения ниже замедляют и управляются с помощью функции вызова, основанной на положении привода,.Функция вызова изменяет коэффициент крутящего момента в положениях привода, определяемых угловой кинематикой, поэтому можно воспроизвести известный профиль скорости-времени.

Жесткость зацепления каждой зубчатой ​​пары изменяется в зависимости от углового положения, поскольку количество зубьев в контакте зубчатой ​​пары непостоянно. Кроме того, внутри каждой зубчатой ​​пары точка контакта перемещается по эвольвентному профилю от вершины к корню на одном зубе и от корня к вершине на другом, причем жесткость отдельного зуба изменяется в зависимости от положения.Коэффициент контакта, среднее количество зубьев, входящих в зацепление во время цикла зацепления, обычно варьируется от 1,6 до 2,5 и используется для описания изменения жесткости зацепления вдоль линии действия зубчатой ​​пары (LOA), когда рассматривается как линейная пружина на LOA [16]. На рис. 5 показана жесткость зацепления и каждой зубчатой ​​пары, используемой в этой модели, реализованная как отдельные функции для каждого положения шестерни, и, соответственно. Эти профили жесткости зацепления разработаны на основе моделей анализа методом конечных элементов (FEA) каждого целого зубчатого колеса с единичными нагрузками, размещенными в дискретных положениях вдоль одной поверхности зуба.Чтобы создать жесткость зацепления зубчатой ​​пары, отдельные степени жесткости зубьев комбинируются в зависимости от положения контакта и собираются в виде пружин последовательно для пар зубьев или параллельно для количества пар зубьев в контакте. Благодаря этому подходу подтверждается коэффициент контакта шестерни, выявляя пик, когда три зуба находятся в контакте, и дугу с меньшими значениями, когда только два зуба находятся в контакте. Примечательным предположением, сделанным в этом расчете, является отсутствие вклада контактной жесткости, которая зависит от нагрузки.Значения двух пар зубов и трех пар зубов сравниваются с величинами, найденными с помощью уравнений, разработанных Kiekbusch et al. [32] и Куанг и Ян [33]. Эти сравнения показывают адекватное согласие, но наиболее заметно то, что нагрузка, использованная в этой статье, привела к относительно незначительному вкладу жесткости контакта. Большинство неисправностей шестерен можно смоделировать, изменив профиль жесткости зацепления, как будет показано ниже.

Динамическая ошибка передачи (DTE) определяется как для каждой соответствующей зубчатой ​​пары, они становятся нелинейной функцией потери контакта с включением люфта,, зазор между зубьями зубчатой ​​пары вдоль линии действие [14].Эта особенность модели рассматривалась в прошлом и показала, что она является источником нелинейного поведения в коробках передач, часто связанного с тем, ускоряются ли агрегаты до или замедляются до постоянных скоростей [34].

Используя матрицу жесткости (см. (8)) и входной крутящий момент и момент нагрузки (см. (10)) в качестве статической задачи, находятся начальные смещения, чтобы избежать чрезмерно больших начальных ускорений. Матрица масс (см. (7)) и матрица жесткости (см. (8)) также используются для определения собственных частот системы путем нахождения собственных значений, которые используются для исследования влияния изменения параметров на систему.С начальными смещениями из статического случая и начальными скоростями, установленными на ноль, модель решается с использованием алгоритма Рунге-Кутты с маршевым временем с шагами по времени, соответствующими частоте выборки экспериментальных данных.

3.2. Параметрическая идентификация

Нагрузочный момент для DGM соответствует конкретным испытаниям, 10,3 Нм для постоянной скорости и 6,6 Нм для переменной скорости, которые определяются на основе кривых зависимости крутящего момента производителя магнитного тормоза от входного тока и проверяются с помощью простой шкалы и рычага рука.Все четыре шестерни имеют модуль 1,59 мм (16 зубьев на дюйм диаметрального шага) и результирующий угол давления 14,5 °. Радиусы шага составляют 25,4 мм, 63,5 мм, 38,1 мм и 50,8 мм для переменных и соответственно. Результирующие передаточные отношения составляют 2,12 и 2,16 для первой и второй зубчатых пар соответственно. Используемый люфт составляет 0,5 мм. DGM требует, чтобы параметры жесткости, демпфирования и инерции собирались, вычислялись, измерялись или оценивались для каждого компонента, связанного с глубиной резкости. В таблице 1 приведены значения параметров, определенные для конкретного испытательного стенда коробки передач.Массы валов и шестерен были измерены напрямую, а моменты инерции были найдены из моделей Solidworks. Жесткость валов на изгиб и кручение была взята из моделей FEA. Жесткость сетки, как обсуждалось ранее, была рассчитана на основе результатов жесткости FEA. Другие параметры, такие как жесткость подшипника и параметры демпфирования, были оценены с использованием комбинации методов, описанных ниже.

Степень свободы Масса Жесткость Демпфирование Переменная Значение Единицы Переменная Значение Единицы Значение Единицы 1 7.51 × 10 −3 кг м 2 247 Н м / рад 0,0926 Н с / рад 2 3,86 × 10 — 4 кг м 2 3 2,69 × 10 −3 кг м 2 39,900 Н м / рад 1.45 Н с / рад 4 4,18 × 10 −4 кг м 2 5 1,21 × 10 −3 кг м 2 12,600 Н м / рад 0,507 Н с / рад 6 6.64 × 10 −5 кг м 2 7 и 8 0,743 кг 3,50 × 10 7 Н / м 831 Н м / м 9 и 10 0,748 кг 1,83 × 10 8 Н / м 0 Н · м / м 11 и 12 0.643 кг 3,50 × 10 7 Н / м 831 Н с / м 13 и 14 0,443 кг 3,50 × 10 7 Н / м 831 Н с / м 15 и 16 1.466 кг 2,43 × 10 8 Н / м 0 Н · с / м 17 и 18 0.550 кг 1,32 × 10 8 Н / м 0 Н / м 2,43 × 10 8 Н / м 0 Н с / м 19 и 20 0,443 кг 3,50 × 10 7 Н / м 831 Н с / м 21 и 22 0.651 кг 3,50 × 10 7 Н / м 831 Н с / м 23 и 24 0,942 кг 3,49 × 10 8 Н / м 0 Н с / м 25 и 26 0,648 кг 3,50 × 10 7 Н / м 831 Н · м

Точное представление динамического поведения подшипников в DGM особенно сложно из-за нелинейности их жесткости по отношению к предварительному натяжению, радиальной нагрузке, и скорость вращения.Эта проблема обсуждалась во многих работах [35–38]. В то время как моделирование поведения подшипников продолжает развиваться, наиболее выгодно, чтобы скорость решения в DGM предполагала линейное поведение с использованием единственного значения жесткости. Для определения наиболее точного единственного значения жесткости подшипника была проведена серия исследований. Эти исследования включали сравнение данных о нагрузке и смещении, предоставленных производителем (Rexnord MB), с опубликованными методами оценки, параметрическую чувствительность DGM к жесткости подшипника и сравнение с экспериментальными данными при постоянной скорости, а также сравнение анализа частотной характеристики ударных испытаний с модальными результатами FEA, где Жесткость подшипника была заложена между валом и корпусом.Демпфирование оценивалось по логарифмическому декременту ударных испытаний на промежуточном валу на месте, и полученный коэффициент демпфирования из этого теста был применен к каждой степени свободы, рассматривая демпфирование как пропорциональное соответствующим значениям инерции и жесткости. Другие допущения, помимо пропорционального демпфирования и линейности жесткости подшипников, включают массу вала, сосредоточенную на подшипниках и шестернях, и игнорирование гироскопического резонанса вала.

Особенности, включенные в другие DGM, но опущенные в этой модели, включают производственные ошибки индексации [39], ошибки профиля шестерни и биения [40], трение зубцов шестерни [41] и влияние корпуса редуктора [42].Эти пропущенные функции будут включены в будущие исследования.

3.3. Моделирование неисправностей

В DGM можно моделировать различные неисправности шестерен, изменяя изменяющуюся во времени жесткость зацепления, чтобы отразить уменьшение, вызванное дефектом. Многие предыдущие исследования внесли свой вклад в разработку моделей неисправностей, таких как сколы и трещины зубьев [43], износ шестерен [44], а также сколы и поломки зубьев [45]. Дефект отсутствующего зуба, представленный на Рисунке 6 (а), анализируется в этой статье в качестве иллюстративного примера, а другие локализованные дефекты будут изучены в будущей работе.Картина жесткости сетки уменьшается, как показано на рисунке 6 (b). Для этой зубчатой ​​пары с высоким коэффициентом контакта отсутствие зуба приводит к двум коротким промежуткам времени, когда только одна пара зубцов находится в контакте, прерывается еще более коротким периодом, когда две пары зубцов находятся в контакте. Неправильный профиль жесткости сетки развивается аналогично здоровой сетке, за исключением того, что вклад жесткости одного зуба не учитывается на время его зацепления. Этот характерный узор будет влиять на ускорение в подшипнике модели, а также на сигнал акселерометра в физическом устройстве, которое представляет модель.

4. Взаимосвязь прогнозного моделирования и экспериментального исследования

4.1. Проверка модели с помощью экспериментальных сравнений с постоянной скоростью

Во-первых, предварительная демонстрация принципов обнаружения повреждений и возможностей модели по воспроизведению многих частот проводится с использованием испытательного стенда с постоянной скоростью с исправной шестерней и заведомо неисправной шестерней. . Модель, работающая в условиях, соответствующих рабочим характеристикам и повреждению шестерни, была запущена для имитации данных испытаний коробки передач, собранных с постоянной скоростью 820 об / мин.Графики данных акселерометра и ускорения модели в зависимости от времени показаны на рисунке 7 для исправных и поврежденных зубчатых колес и приведены для сравнения. Хотя диапазон величины ускорения не тот же, относительное увеличение величины из-за неисправности и продолжительность неисправности очень похожи. Когда экспериментальные данные и результаты модели обрабатываются с помощью базового спектрального анализа (например, БПФ), ожидаемые частоты должны быть выраженными: скорость вала, умноженная на количество зубьев, частота зацепления шестерни [46].Таким образом, частота зацепления шестерни первой ступени (GMF1), как ожидается, составит 437 Гц, а частота зацепления шестерни второй ступени (GMF2) — 262 Гц. Эти ожидаемые частоты и их целые кратные перечислены в таблице 2.

ΔGMF GMF2 GMF1 2 × GMF2 GMF1 + ΔGMF 3 × GMF2 2 × GMF1 4 × GMF2 3 × GMF1 и 5 × GMF2 4 × GMF1 175 262 437 525 612 787 875 1050 1312 1750

GMF: частота зацепления шестерни. Разница между частотами зацепления первой и второй зубчатых пар.

Наборы тестовых данных для этого рабочего состояния были записаны с исправным зубчатым колесом и шестерней первой ступени без зуба. Исправные и неисправные модели с 26 степенями свободы были решены с условиями крутящего момента и скорости, соответствующими тесту. Спектральные результаты нефильтрованных экспериментальных данных и результаты моделирования представлены на рисунке 8. Пиковые частоты помечены и показывают многие из тех же изменений частоты и особенности, указывающие на повреждение зубчатой ​​передачи.

Два основных индикатора неисправности в спектральном анализе зубчатой ​​передачи — это увеличенная величина, кратная частоте зацепления шестерни, и преобладание боковой полосы вблизи частот зацепления первичной шестерни и целых кратных [47]. Ожидаемая величина увеличения на частотах зацепления шестерен и кратных, а также наличие частотной составляющей боковой полосы присутствуют как в результатах испытаний, так и в результатах моделирования. Эти частотные графики, подтверждая, что модель учитывает многие эффекты повреждения шестерен, также подтверждают сложность достижения идеального согласия между данными и моделью.Многие пики непропорциональны, низкочастотная составляющая особенно недопредставлена ​​в модели, поэтому для отображения этой детали требуется увеличенное окно. Несмотря на эти недостатки, это сравнение данных и моделей демонстрирует способность DGM фиксировать поведение физического редуктора и отображать поврежденное зубчатое колесо.

4.2. Обработка данных с использованием гармонического вейвлет-преобразования

Вейвлеты полезны при мониторинге состояния из-за их способности характеризовать частотную и временную составляющую сигнала для поиска неисправностей во вращающемся оборудовании, как описано в [2, 48, 49].В частности, гармоническое вейвлет-преобразование (HWT) [50] имеет несколько преимуществ по сравнению с другими вейвлетами, включая четко определенные полосы пропускания и структуру, аналогичную естественной структуре вибрационных волн [51]. Материнский вейвлет HWT выглядит как ступенчатая функция в частотной области с четко определенной полосой пропускания, поэтому при преобразовании из частотной области во временную область результирующий гармонический вейвлет практически не имеет утечки полосы пропускания. Такой подход к созданию материнского вейвлета логичен.Другим преимуществом HWT перед другими вейвлет-преобразованиями является относительная простота его реализации, поскольку он может быть построен с помощью алгоритма, который использует быстрое преобразование Фурье (FFT) и обратное быстрое преобразование Фурье (IFF). Результатом HWT является матрица коэффициентов, а для данных вибрации эти коэффициенты представляют собой распределение энергии по времени и частоте, которое представлено контурными графиками.

Поскольку HWT формируются в частотной области, утечка между полосами частот минимальна.Важным решением, необходимым для эффективной реализации HWT, является выбор полос (уровней), которые будут эффективно сбалансировать разрешение по времени и частоте для представления желаемых характеристик. Разделения внутри раздела не обязательно должны формировать конкретный образец [26–28], но согласованное разделение между анализами необходимо для проведения подробных сравнений. Каждый раздел — это компромисс между разрешением по времени и разрешением по частоте, поэтому для настоящего исследования были изучены различные шаблоны.Разделение, которое отдает предпочтение частоте ко времени 4: 1, было выбрано для настоящих усилий, потому что, хотя частота дискретизации экспериментальных данных, 20 кГц, которая также соответствует шагам времени DGM, имеет частоту свертки 10 кГц и, следовательно, диапазон 0– 10 кГц, интересующий диапазон обычно составляет 0–2 кГц. Обработка 4-секундного теста с этим разделом HWT создает матрицу коэффициентов из 400 строк и 100 столбцов, как показано на рисунке 9.

Действительно, на рисунке 9 показаны цветовые контурные графики или вейвлет-карты коэффициентов HWT для константы. тесты скорости, ранее показанные на рисунках 7 и 8.Вейвлет-карты показывают распределение энергии с частотой по вертикальной оси и временем по горизонтальной оси. Цветовая шкала контура была выбрана таким образом, чтобы цвета от белого до голубоватого представляли области с низкой энергией, а области от красноватого до черного — с более высокой энергией. Величина коэффициентов была скорректирована для использования одинаковых контурных масштабов как для обработанных данных, так и для результатов модели. Влияние неисправности на вибрацию как по времени, так и по частоте легко распознается, особенно в моделировании DGM.Разрушение из-за отсутствующего зуба проявляется в виде импульса в HWT поврежденной шестерни примерно с частотой вращения первичного вала 820 об / мин или 13,7 Гц в течение 0,073 секунды. Этот рисунок демонстрирует способность HWT и DGM характеризовать неисправность в сигнале, но также подчеркивает главное преимущество использования DGM для построения библиотек неисправностей, поскольку сигнатура неисправности легче различима в сигнале, чем в поврежденном. экспериментальные данные.

4.3.Сравнение экспериментальных данных и результатов моделирования в нестационарных условиях

Возможность частотно-временного анализа особенно важна для мониторинга состояния, когда скорость оборудования не постоянна. Одним из важных примеров является работа ветряной турбины, скорость вращения которой частично зависит от скорости ветра. Подходы к мониторингу состояния на основе данных обычно требуют периодов постоянной скорости для создания библиотек и оценки оборудования, но DGM может имитировать нестационарный профиль скорости-времени оборудования и может многократно решаться с исправным механизмом и многочисленными смоделированными неисправностями.

Для демонстрации нестационарной способности используется 4-секундный профиль скорости двигателя-времени, использованный в [29] и показанный на рисунке 2. Скорость увеличивается от остановки до 10 Гц через одну секунду, а затем увеличивается до 25 Гц за две секунды и поддерживает эту скорость до трех секунд перед замедлением до остановки. Важно отметить, что описанный здесь профиль скорости-времени представляет собой управляющее сообщение для двигателя, и что фактическая скорость двигателя изменяется при каждом запуске. Эта вариация может быть имитирована DGM, но подходы, основанные на данных, обычно не могут учесть эту вариацию.На рисунке 10 представлено сравнение данных испытаний, обработанных HWT, с исправной шестерней и отсутствующим зубом, и результатов модели, обработанной HWT, с соответствующими измеренными профилями скорость-время. Обратите внимание, что профиль скорости здорового теста использовался для здорового DGM, и аналогично профиль скорости теста поврежденной шестерни был использован для поврежденного DGM. Измеренная скорость двигателя, умноженная на количество зубьев шестерни первой ступени, представляет собой ожидаемую частоту зацепления шестерни (GMF1), а шестерня второй ступени, умноженная на скорость промежуточного вала, составляет GMF2.Эти частотно-временные профили GMF и их целые кратные представляют собой кинематическое поведение системы и наложены на контурные графики на Рисунке 10 для обеих ступеней редуктора. Распределение энергии на графиках HWT соответствует многим из этих GMF и кратных.

Визуальное сравнение контурных графиков HWT на Рисунке 10 показывает очевидные различия между здоровыми и поврежденными случаями как в экспериментальных данных, так и в результатах моделирования. В то время как различия между данными и моделью не полностью согласуются между собой, существуют общие тенденции в особенностях отказов, такие как увеличение величины GMF2 и расширение областей вблизи и вокруг GMF1.Хотя эти контурные графики помогают визуализировать волновую карту, тонкие числовые различия в матрице коэффициентов содержат шаблоны функций, которые будут использоваться для создания библиотек в алгоритмах распознавания образов.

Чтобы продемонстрировать эффективность этого подхода, на рисунке 11 представлен контурный график вычитания матрицы коэффициентов DGM HWT поврежденной шестерни из исправной, когда оба используют один и тот же профиль скорости. Возможность точно контролировать скорость DGM позволяет изолировать влияние поврежденной шестерни на распределение энергии по частоте и времени.Следует отметить сходство в области относительно постоянной скорости с импульсами, обнаруженными в области постоянной скорости на рисунке 9. Эти импульсы представляют собой потенциальную особенность, которую алгоритм распознавания образов может использовать при разработке библиотек неисправностей.

В этом исследовании разработана комплексная динамическая модель коробки передач (DGM) для эталонного испытательного стенда двухступенчатой ​​коробки передач. Центральная предпосылка предлагаемого подхода в этом исследовании заключается в том, что неисправности зубчатых колес могут быть включены в DGM, а затем обработаны с помощью HWT для разработки и улучшения библиотек распознавания образов мониторинга состояния для классификации неисправностей и определения серьезности, что в конечном итоге приводит к диагностике и даже прогнозу.Основным преимуществом использования HWT и DGM для моделирования неисправностей зубчатых передач является возможность имитировать нестационарную работу физического редуктора, в частности крутящую нагрузку и изменение скоростей, чтобы охарактеризовать влияние неисправности на сигнал вибрации. Преодолевается препятствие даже при попытке сохранить идентичные условия испытаний; скорость тестирующего устройства варьируется, что затрудняет прямое сравнение исправных и неисправных передач. Используя DGM в качестве посредника и чувствительности обнаружения неисправностей HWT, разработан метод, который обещает устранить часть неопределенности, присущую сравнению нестационарных сигналов.

Последующие исследования будут включать исследования других типов неисправностей и серьезности неисправностей с целью разработки библиотек алгоритмов распознавания образов, что позволит объединить подходы, основанные на данных и модели.

Приложение

Уравнения DGM с 26 степенями свободы

DGM построен в соответствии с степенями свободы, указанными на рисунке 4. Уравнения вращательных степеней свободы следующие: Уравнения поступательных степеней свободы следующие:

Номенклатура

:	Момент инерции массы, кг-м 2
:	Общая масса, кг
:	Жесткость на кручение, Нм / рад
:	Жесткость вала при изгибе, Н / м
:	Жесткость подшипника, Н / м
:	Жесткость сетки, Н / м
:	Демпфирование крутильных колебаний, Нс / рад
:	Изгиб вала демпфирование, Нс / м
:	Демпфирование подшипника, Нс / м
:	Демпфирование сетки, Н / м
:	Ускорение вращения Движение, рад / с 2
:	Поступательное ускорение, м / с 2
:	Скорость вращения, рад / с
:	Поступательная скорость, м / с
:	Поворотное смещение, рад
:	Поступательное смещение, м
:	Фактор крутящего момента
:	Приложенный крутящий момент, Нм
:	Динамический усилие зацепления, Н
:	Погрешность динамической передачи, рад
:	Относительная ориентация вала, рад
:	Угол давления, рад.

Раскрытие информации

Текущий адрес Эдварда Дж. Дила — Академия береговой охраны США.

Конкурирующие интересы

Авторы заявляют, что у них нет конкурирующих интересов.

Благодарности

Это исследование частично поддержано Национальным научным фондом в рамках гранта CMMI-1130724.

Метод диагностики множества неисправностей редуктора, работающего на периферийном оборудовании

В последние годы большое количество периферийных вычислительных устройств использовалось для мониторинга рабочего состояния промышленного оборудования и выполнения анализа диагностики неисправностей.Поэтому алгоритм диагностики неисправностей в граничном вычислительном устройстве особенно важен. С увеличением количества точек обнаружения устройств и частоты выборки мониторинг механического состояния вступил в эру больших данных. Граничные вычисления могут обрабатывать и анализировать данные в реальном времени или быстрее, делая обработку данных ближе к источнику, а не к внешнему центру обработки данных или облаку, что может сократить время задержки. После использования 8 бит и 16 бит для количественной оценки модели обучения глубоким измерениям не наблюдается очевидной потери точности по сравнению с исходной моделью с плавающей запятой, которая показывает, что модель может быть развернута и обоснована на граничном устройстве, обеспечивая при этом реальное время. .По сравнению с использованием серверов для развертывания, использование периферийных устройств не только снижает затраты, но и делает развертывание более гибким.

1. Введение

Редукторы играют важную роль в современных машинах и оборудовании, которые постепенно становятся сложнее, точнее и интеллектуальнее. Коробка передач состоит из шестерен, подшипников, вала, корпуса коробки и других деталей. Он отличается компактной структурой, высокой эффективностью передачи, длительным сроком службы и надежной работой.Это незаменимый общий компонент в современной промышленности, включая авиацию, энергетические системы, автомобили и промышленные станки. Но из-за своей сложной конструкции и высокой скорости работы в суровых условиях он может легко выйти из строя, поэтому коробка передач является важным фактором отказа машины. Шестерни и подшипники являются двумя важными частями редукторов, и они подвержены локальным сбоям из-за усталости, износа и истирания, что приводит к ненормальной работе редукторов, что может привести к экономическим потерям, включая повреждение машин.Но производительность и срок службы некоторых подшипников и шестерен выше ожидаемых. Регулярный ремонт или замена их приведет к потере трудовых, материальных и производственных ресурсов. Использование периферийных вычислительных устройств для диагностики может способствовать более быстрому реагированию сетевых сервисов, удовлетворяя основные потребности отрасли в бизнесе в реальном времени, аналитике приложений, безопасности и конфиденциальности. Таким образом, использование периферийного вычислительного оборудования [1] для мониторинга и диагностики механического оборудования может эффективно избежать описанной выше ситуации.Следовательно, исследование эффективных технологий мониторинга состояния коробки передач и выявления неисправностей имеет большое значение для обеспечения безопасности производства, предотвращения и предотвращения крупных аварий.

2. Материалы и методы

2.1. Сжатие модели в пограничных вычислениях

Диагностика неисправностей состоит из трех основных этапов: извлечение признаков, уменьшение размеров признаков и классификация. Традиционное извлечение признаков обычно использует искусственные методы, такие как вейвлет-преобразования, статистические признаки и разложение по эмпирическим модам.PCA, ICA и самокодировщики используются для уменьшения размеров функций; Для классификации чаще всего используются байесовские классификаторы и классификаторы ближайшего соседа. Процесс показан на рисунке 1.

Все большее число исследователей используют нейронные сети для автоматического выделения признаков разломов и уменьшения размерности признаков, а также softmax для классификации неисправностей. Softmax — это обобщение логистического классификатора, которое в основном решает задачи мультиклассификации.Предполагая, что входная выборка в обучающих данных имеет размер x , а соответствующая метка равна, вероятность определения выборки как класса j равна. Результатом работы классификатора K-класса будет K-мерный вектор. Сумма элементов вектора равна 1, а категория с наибольшей медианной из ее элементов — это класс прогнозирования, где показано, где — параметр модели и функция нормализации. Распределение вероятностей нормализовано так, чтобы сумма всех вероятностей была равна 1.

Технология глубокого обучения быстро развивается, особенно в областях классификации изображений, распознавания целей, семантического анализа сцены и обработки естественного языка. Глубокая нейронная сеть демонстрирует превосходство в обработке сложных данных и прогнозировании сложных систем. Многие эксперты и ученые в области механических неисправностей достигли хороших результатов при применении методов глубокого обучения для диагностики механических неисправностей.

Shao et al. [2], Wang et al. [3] и Chen et al.[4] использовали сети глубокого убеждения (DBN) для диагностики неисправностей подшипников качения и редукторов, а также была проверена надежность и точность DBN по сравнению с некоторыми основными методами диагностики неисправностей. Используя DBN, Li et al. [5] изучали извлечение и слияние информации в условиях высокого фонового шума и достигли лучших результатов по сравнению с традиционными методами. Сверточная нейронная сеть (CNN) была применена для диагностики неисправностей, чтобы уменьшить количество параметров модели и повысить скорость вычислений.CNN можно рассматривать как модель нейронной сети для обработки изображений. В области диагностики неисправностей CNN может извлекать признаки и может использоваться для прогнозирования классификации искусственных признаков [6, 7]. Лу и др. [8] обработали данные о рабочем состоянии подшипников на основе неглубокой CNN и извлекли характеристические параметры и классификации состояний неисправности. Zhang et al. [9] построили многослойную одномерную CNN и использовали временные сигналы данных пеленга для проведения исследования диагностики неисправностей с хорошими результатами.Wang et al. [10] и другие использовали кратковременные преобразования Фурье для преобразования собранных сигналов вибрации двигателя в спектры и построили двумерную CNN для диагностики неисправностей, которая достигла высокой точности диагностики. Verstraete et al. [11] преобразовали сигналы подшипников качения во временной области в частотно-временные спектрограммы с помощью кратковременного преобразования Фурье, преобразования вейвлет-пакетов и преобразования Гильберта-Хуанга, обучили их CNN и изучили производительность сети, изменив размер входные частотно-временные спектрограммы и метод шумоподавления.Одномерный сигнал можно преобразовать в двумерную частотно-временную диаграмму путем преобразования время-частота, и тогда диагностика неисправностей с помощью CNN может достичь хороших результатов. Zhang et al. [12] взяли частотно-временной спектр сигнала вибрации подшипника качения после преобразования Фурье в качестве входных данных. Используя глубокую полностью сверточную нейронную сеть (DFCNN), данные сигнала вибрации подшипника качения, катящегося на 2-3 оборота, моделируются большим количеством сверточных слоев. Все эффекты достигли 100%.

Вышеупомянутое исследование показывает, что глубокое обучение обладает сильной адаптивной способностью извлечения признаков и классификации перед лицом больших задач механических данных.Эти исследования сыграли важную роль в диагностике одиночных разломов. Однако на практике редукторы часто имеют несколько видов неисправностей одновременно, и существуют сотни комбинаций сложных неисправностей. Для решения этой проблемы в данной статье предлагается модель обучения с глубокими измерениями, основанная на триплетных потерях. Обрабатываются сигналы многократных неисправностей подшипников и шестерен коробки передач, и моделируются различные сложные неисправности с использованием различных подшипников, шестерен, нагрузок и скоростей вращения.Триплетные потери используются как функция потерь для оптимизации модели, таким образом эффективно решая задачу классификации сложных разломов [13–15].

Каждая тройка [16, 17] строится путем случайного выбора выборки из обучающего набора данных в качестве привязки (), а затем случайного выбора выборки того же типа, что и привязка, называемая положительным (), и различных классов выборок, называемых отрицательными ( ). Якорь, позитив и негатив составляют полную тройку. Нейронная сеть обучается для каждой выборки в тройке, и выражения признаков трех выборок обозначаются как.

Цель триплетных потерь — сделать расстояние между характеристическими выражениями и как можно меньшим, а расстояние между характеристическими выражениями и как можно большим. Между расстояниями есть минимальный интервал (это гиперпараметр, который можно установить вручную). Как показано на рисунке 2, триплет учится многократно вычислять потери триплета, чтобы уменьшить расстояние между похожими образцами и увеличить расстояние между разнородными образцами.В евклидовом пространстве более близкое расстояние между данными о двух разломах указывает на большее сходство. В формуле нижний индекс 2 представляет парадигму L2 и нормализует данные. Соответствующая целевая функция:

В предыдущем уравнении нижний индекс + указывает, что, когда значение в скобках больше нуля, потеря является значением, а когда она меньше нуля, потеря равна нулю. Из целевой функции видно, что когда расстояние между характеристическими выражениями и больше, чем расстояние между выражениями и минус.Если значение в скобках больше нуля, произойдет потеря. И, наоборот, убыток будет нулевым. Когда потери не равны нулю, все параметры сети регулируются алгоритмом обратного распространения ошибки для оптимизации функций.

Выбор триплетов — это, по сути, процесс передискретизации. Во всем наборе данных есть много подходящих троек. Предположим, что всего B точек данных неисправностей P-типов и K точек данных каждого типа. Тогда B = P × K ; то есть имеется B исходных точек выборки, K — 1 аналогичных точек выборки и B — K гетерогенных точек выборки.Следовательно, количество квалифицированных троек составляет B × ( K — 1) × ( B — K ). Некоторые триплеты удовлетворяют цели оптимизации; то есть расстояние между и намного меньше, чем между и. Вычисление этих троек бесполезно для оптимизации цели. Напротив, это снизит эффективность обучения. Schroff et al. [18] упомянули, что мы должны выбрать комбинацию, которая наиболее серьезно нарушает цель оптимизации, где расстояние между и намного больше, чем расстояние между и.Нарушена ли цель оптимизации, определяется путем вычисления евклидова расстояния новых функций внедрения между данными о неисправностях, но внедрение обновляет преобразование каждый раз; то есть триплеты, которые нарушают цель оптимизации, могут каждый раз быть разными. Если триплет повторно выбирается для каждого обновления, эффективность обучения алгоритма будет значительно снижена. В настоящее время существует два решения этой проблемы. (1) Для каждых n итераций просмотрите триплеты, чтобы вычислить потери триплетов в последнем результате обучения, пока сеть не сойдется или не выполнит итерацию до остановки, вместо обновления триплетов после каждой итерации. .(2) Обновите тройную потерю онлайн. Небольшое количество триплетов выбирается для формирования минипакета, в котором все пары положительных неисправностей выбираются в соответствии с встраиванием в это время. Затем отрицательный отказ, который удовлетворяет условию, что расстояние между и меньше, чем расстояние между и, выбирается в группе отрицательных замыканий. После вычисления триплетных потерь на основе вышеуказанных триплетов встраивание обновляется и повторяется до тех пор, пока сеть не сойдется или итерация не остановится.

В качестве объекта исследования взята составная неисправность шестерен и подшипников в коробке передач, и создана модель глубокого метрического обучения.Модель использует тройные потери как функцию потерь для построения сети. Он сопоставляет объекты с евклидовым пространством и вычисляет расстояние между объектами схожих и разнородных образцов в евклидовом пространстве. Чем ближе расстояние, тем больше сходство. Постоянно оптимизируя потерю триплетов, нейронная сеть продолжает изучать новые функции и приближать расстояния между схожими выборками, в то время как расстояние между разнородными выборками увеличивается.

На рисунке 3 показана сетевая модель глубокого метрического обучения, разработанная в этой статье.Модель состоит из четырех слоев (входной слой, глубокая сеть, тройной слой и слой расчета функции потерь).

Задачей глубокого сетевого уровня является извлечение характеристик составного сигнала неисправности. На выбор предлагается множество сетевых структур, таких как сверточная нейронная сеть (CNN), нейронная сеть с долговременной краткосрочной памятью (LSTM) и полносвязные нейронные сети.

Формы ввода, соответствующие различным сетям, показаны на рисунке 4.

В литературе [10, 19] показано, что эффект от использования сигнала во временной области непосредственно в качестве входных данных для обучения сети не является хорошим. В то же время потери в сети не могут сойтись, когда в качестве входного сигнала используется сигнал временной области, а точность составляет всего 30%. При диагностике единичных неисправностей редуктора [20] обучение сети с использованием сигнала частотной области в качестве входных данных после быстрого преобразования Фурье дало хорошие результаты.

Составной сигнал неисправности — это нестационарный сигнал, частота которого изменяется во времени.Это сложнее, чем одиночный сигнал неисправности. Трудно точно диагностировать совокупную информацию о неисправности в коробке передач, используя только сигнал частотной области, который извлекает только компоненты каждой частоты в сигнале и теряет временную информацию каждой частоты. Следовательно, два сигнала с очень разными временными областями могут совпадать со спектром.

Рассмотрим нестационарный сигнал как суперпозицию серии кратковременных сигналов. В этой статье STFT [21] используется для разделения сигнала на несколько временных интервалов.На основе традиционного преобразования Фурье частотный спектр вычисляется с помощью скользящего временного окна и определяется частота в определенном временном интервале. Частотно-временное описание сигнала выполняется таким образом, чтобы информация о времени не была потеряна. Предполагая нестационарный сигнал, кратковременное преобразование Фурье определяется как где — параметр преобразования времени и представляет оконную функцию с центром, усекает сигнал через оконную функцию и делит сигнал на несколько сегментов.

Перехваченный сигнал может быть выражен как где — сигнал, соответствующий исходному сигналу для фиксированного времени t , а S ( T ) — это сигнал, время выполнения которого соответствует T . Преобразование Фурье используется для получения спектра:

Изменяя размер параметра трансляции, центральное положение оконной функции может быть изменено для получения преобразований Фурье в разное время.

На каждом временном интервале получается другой спектр, и сумма этих спектров составляет частотно-временное распределение, то есть спектрограмму.

После кратковременного преобразования Фурье сигнала отношение спектральной энергии за время t равно

Как показано на рисунке 5, составной сигнал неисправности преобразуется в частотно-временную диаграмму через STFT и, наконец, сжимается для генерации изображение размером 80 × 80 для ввода в сеть.

Структура сверточного сетевого уровня напрямую влияет на эффект сетевой модели, поэтому выбор параметров сетевой структуры особенно важен.

На рисунке 6 показана структура сверточного сетевого уровня.

В таблице 1 показаны структурные параметры, принятые слоем сверточной нейронной сети. Сеть использует ReLU в качестве функции активации и равномерного распределения при инициализации параметров сети. Диапазон составляет [-0,1, 0,1]. В сети используется оптимизатор Adam со скоростью обучения 0,06. Для исключения установлено значение 0,5, чтобы избежать переобучения в сети. Такая структура гарантирует, что сеть может изучить как можно больше функций, и предотвращает переоснащение.

900 57 Слои Размер вывода Параметр Conv2d (Нет, 78, 78, 32) 320 Активация ( ReLU) (Нет, 78, 78, 32) 0 max_pooling2d (Нет, 39, 39, 32) 0 Conv2d_1 (Нет, 37, 37, 64 ) 18, 496 Activation_1 (ReLU) (Нет, 37, 37, 64) 0 max_pooling2d_1 (Нет, 18, 18, 64) 0 Conv2d_2 (Нет, 16, 16, 128) 73, 856 Activation_2 (ReLU) (Нет, 16, 16, 128) 0 max_pooling2d_2 (Нет, 8, 8, 128) 0 Flatten (Нет, 8192) 0 Плотный (Нет, 256) 2, 097, 408 Activation_3 (ReLU) (Нет, 256) 0 Выпадение (Нет, 256) выпадение = 0.5 0 Dense_1 (Нет, 32) 8, 224

За слоем сверточной нейронной сети следует слой триплетного выбора, который разделяет 32- размерные особенности сверточной нейронной сети выводятся и генерируют триплет для оптимизации. В этой статье используется онлайн-обновление потери триплетов, упомянутое в разделе 3, для решения проблемы выбора триплетов. Последний слой — это слой вычисления функции потерь, который нормализует характеристики вывода через парадигму L2 и, наконец, вычисляет триплетные потери.

Триплетные потери используются как функция потерь сети (запас гиперпараметров = 1). С минимизированными потерями триплетов в качестве цели оптимизации сети, алгоритм обратного распространения (BP) используется для непрерывного обновления веса нейронной сети для обучения оптимальным функциям.

В новом обученном пространстве признаков расстояние между данными разных типов неисправностей велико, а расстояние между данными одного и того же типа неисправности мало [5, 22, 23].

3.Процесс работы на периферийном оборудовании

На рисунке 7 показана блок-схема обучения и диагностики неисправностей модели обучения с глубокими измерениями на основе тройных потерь.

Шаги следующие.

Первый шаг — это сбор пробы. Посредством кратковременного преобразования Фурье исчерпывающие данные о неисправностях коробки передач преобразуются в частотно-временную диаграмму.

Следующее — обучение сети. Сигнал частотной области вводится в сеть, и глубокая сеть извлекает особенности каждой точки данных неисправности.Имея евклидово расстояние между этими особенностями и меткой данных разлома, модель может выбрать триплет в соответствии со второй схемой в разделе 3 для расчета функции потерь триплета. Веса сети обновляются путем обратного распространения ошибки, и вышеупомянутые шаги повторяются до тех пор, пока сеть не сойдется или не закончится итерация, сохраняя параметры модели.

Третий шаг — диагностика. В конце обучения модели прямое распространение используется для получения характеристики каждой категории неисправности, которая является шаблоном, необходимым для диагностики данных неизвестных неисправностей.После глубокой сетевой обработки данные о неизвестных неисправностях также могут получить функцию. Можно вычислить евклидово расстояние между признаком неизвестных данных и признаком шаблона и выбрать минимальное значение евклидова расстояния. Результат диагностики можно получить, сравнив минимальное значение с заданным порогом.

Четвертый шаг — получение результатов диагностики. Порог установлен, потому что данные о неизвестной неисправности, вероятно, указывают на совершенно новый тип неисправности.Его характеристики далеки от евклидова расстояния каждой функции в шаблоне, но модель выбирает в качестве выходных данных недавний тип разлома. Если минимальное значение превышает пороговое значение, то вектор признаков неисправности сохраняется в библиотеке шаблонов, метка записывается как неизвестная неисправность 1, а в результате диагностики выводится «неизвестная неисправность 1.» Когда неизвестные данные типа сбоя встречаются снова, модель глубокого метрического обучения может точно диагностировать это. Если минимальное значение меньше порогового значения, то результат диагностики выводится как категория неисправности шаблона, ближайшего к данным неисправности (чем меньше евклидово расстояние между элементами данных неисправности, тем они более похожи).

4. Эксперимент и анализ

4.1. Предварительная обработка данных на основе пограничных устройств

Обучение сетей глубокого обучения требует поддержки большого объема данных, а качество обучающих данных напрямую влияет на вывод модели. В этом документе в качестве объекта исследования использовался испытательный стенд для диагностики неисправностей передачи энергии (DDS) производства Spectra Quest (как показано на рисунке 8). При установке датчика ускорения (SQI608A11-3F) это исследование относится к методу сбора данных подшипников Университета Кейс Вестерн Резерв (http: // csegroups.case.edu/bearingdatacenter/home). Датчик ускорения был закреплен на левой и правой сторонах неподвижного вала коробки передач болтами (как показано на Рисунке 8 для датчиков 1 и 2). Частота дискретизации составляла 20 кГц, время дискретизации — 20 с.

Объектом исследования данной статьи является неисправность коробки передач. В настоящее время нет открытого набора данных по сложным разломам. Поэтому мы ссылаемся на процесс сбора данных подшипников в Университете Кейс Вестерн Резерв и сами выполняем сбор данных на симуляторе динамики трансмиссии (DDS).Если есть подходящий открытый набор данных, мы проведем дальнейшие исследования.

Путем замены шестерен (например, с отсутствующими зубьями, сломанными зубьями, эксцентриситетом, чрезмерным износом и трещинами) и подшипников (неисправность внутреннего кольца, неисправность внешнего кольца, неисправность тел качения и сложная неисправность) в коробке передач, 30 видов неисправностей Были смоделированы неисправности, которые могут произойти в коробке передач, как показано на Рисунке 9. Чтобы моделировать более реалистичную производственную среду, искусственное шумовое загрязнение производилось путем постукивания металла по редуктору или столу в случайное время, а сигнал загрязнения составлял около 5 % от общего сигнала.

Изображение конкретного места неисправности и степени повреждения показано на рисунке 10.

При этом для увеличения разнообразия образца скорость изменялась путем управления приводным двигателем передней части при сбор данных; нагрузка была изменена путем управления регулятором нагрузки, чтобы смоделировать тип условий работы, которые могут возникнуть при реальном производстве. Каждый образец неисправности был собран при четырех скоростях двигателя (1700, 1800, 3400 и 3800 об / мин) и четырех нагрузках (A, B, C и D; напряжение и ток нагрузки каждой нагрузки см. В таблице 2).

Нагрузка Ток (A) Напряжение (В) A 0 0 B 0,37 4 C 0,56 6 D 0,75 8

Сигналы временной области левого и правого каналов были собраны под каждым рабочее состояние для получения 960 файлов вибросигналов (30 типов многокомпонентных комбинаций × 4 скорости × 4 нагрузки × 2 канала).Каждый сигнальный файл содержал 409 600 сигнальных точек.

Файл сигнала вибрации был разделен случайным образом, и 409 600 точек в каждом файле сигнала были равномерно разделены на 200 сегментов по 2048 точек. Чтобы полностью изучить способность модели распознавать, в этой статье разработаны девять различных методов разделения данных; разделение показано в Таблице 3.

9 0064

Набор данных Метод сегментации Обучающий набор Тестовый набор Общее количество выборок Типы сигналов Количество выборки Типы сигналов Количество выборок A Сегментация в процентах Случайно 75% 144,000 Осталось 25% 48,000 192,000 B Сегментация по нагрузке B, C, D 144000 A 48000 192000 C Сегментация по нагрузке A, C, D 144000 B 48000 192,000 D Сегментация по нагрузке A, B, D 144000 C 48000 192000 E Сегментация по нагрузке A, B, C 144000 D 48000 192000 F Сегментация по скорости 1800, 3400, 3800 144000 1700 48000 192000 G Сегментация по скорости 1700, 3400, 3800 144000 1800 48000 192000 H Сегментация по скорости 1700, 1800, 3800 144000 3400 48000 192000 I Сегментация по скорости 1700, 1800, 3400 144000 3800 48,000 192,000

Для сравнения диагностического эффекта сверточной нейронной сети + классификатора softmax и модели обучения измерению глубины, основанной на триплетных потерях, делаются два вида меток (структура и параметры сверточной сети в двух моделях идентичны).(1) Типы неисправностей были разделены на 30 категорий (пять неисправностей подшипников и шесть неисправностей шестерен). Мы создали ярлыки для тренировочного и тестового наборов отдельно. Метка, соответствующая softmax, должна кодировать метку данных. Мы использовали одно горячее кодирование. (2) Типы неисправностей были разделены на 30 категорий (пять неисправностей подшипников, шесть неисправностей шестерен, четыре нагрузки и четыре скорости). Мы создали отдельные ярлыки для тренировочного и тестового наборов. Меткой для ввода триплетных потерь была матрица единиц.

5. Результаты и обсуждение

5.1. Экспериментальная проверка

Данные в таблице 3 вводятся в диагностическую модель сверточной нейронной сети + классификатор softmax и модель обучения с глубокими измерениями, основанную на триплетных потерях, соответственно, для обучения модели (структура и параметры сверточной сети идентичны в двух моделях).

Из результатов экспериментов в таблице 4 видно, что точность диагностической модели сверточной нейронной сети + классификатор softmax может достигать 94.66%, когда данные процентного сокращения (т. Е. Достаточные данные обучения, включая различные скорости вращения и нагрузки) нормализованы (т. Е. Таблица 4, эксперимент 10), в то время как точность модели обучения измерению глубины, основанной на тройных потерях, может достигать 97,73%. .

9007 I Да 9006 Эксперимент Данные Нормализация Точность тестового набора Использование softmax Использование триплетных потерь 1 A № 0.93942 0,9611 2 B Нет 0,89214 0,9437 3 C Нет 0, 0,9489 4 D 0, 0,9509 5 E № 0,92573 0,9593 6 F № 0.68717 0,8334 7 G Нет 0,67384 0,8376 8 H Нет 0,48658 0,8197 9 I 0,38966 0,8168 10 A Да 0,94668 0,9773 11 B Да 0. 0,9615 12 C Да 0,92335 0,9703 13 D Да 0,93611 0,9756 14 E 0,93282 0,9632 15 F Да 0,68371 0,9124 16 G 0 0 064178 0,9133 17 H Да 0,50438 0,9098 18 9150 0,9045

Подчеркнутые значения курсивом указывают на крайние случаи в экспериментальных результатах, и они подробно объясняются ниже.

При использовании данных, отсутствующих в определенной нагрузке для обучения сети и использовании этих данных нагрузки для тестирования сети (эксперименты 2–5, 11–14), две модели могут получить более высокую точность на тестовом наборе, но модель обучения с использованием глубоких измерений все же лучше [24–26].

При использовании данных, отсутствующих на определенной скорости, для обучения сети и использовании этих данных скорости для тестирования сети (эксперименты 6–9, 15–18), мы можем видеть из рисунка 11, что диагностическая модель сверточной нейронной сети + softmax Классификатор вызывает серьезное явление переобучения, а точность тестового набора очень низкая.

Но модель глубокого метрического обучения обладает сильной способностью к обобщению. Как показано на рисунке 12, модель может по-прежнему обеспечивать высокую диагностическую точность, даже если некоторые данные о рабочих условиях могут отсутствовать при практическом применении. Даже в эксперименте с отсутствующими данными о скорости двигателя (эксперименты 15–18) точность может достигать более 90%.

Основные причины, по которым метод, предложенный в этой статье, может обеспечить более высокую диагностическую точность, следующие: (1) сигналы вибрации преобразуются в частотно-временные диаграммы с помощью STFT, а особенности частотно-временных диаграмм извлекаются с помощью сверточного нейронная сеть; таким образом, эффективно используется информация о частоте и времени сигналов неисправности.Для более интуитивной проверки возможности предложенного метода извлечения признаков два различных типа сигналов неисправности (A и B) выбираются случайным образом и вводятся в модель сети с наивысшей точностью, полученной в таблице 4, эксперимент 10. Выходные данные Визуализированы особенности сверточного слоя Conv2d и сверточного слоя Conv2d_2 на рисунке 6 [27]. Результаты визуализации ядра свертки сигналов A и B показаны на рисунке 13. (2) Использование триплетных потерь для измерения расстояния между разными типами разломов делает расстояние между сходными характеристиками разлома очень близким, а расстояние между различными элементами разлома очень большим. , что делает диагностику более точной и простой.Однако традиционная сверточная нейронная сеть + модель классификатора softmax не измеряет расстояние между признаками неисправности. Чтобы доказать, что модель может сделать так, чтобы характеристика данных разлома соответствовала расстоянию между подобными образцами все ближе и ближе, в то же время расстояние между разными образцами все больше и больше [28]. В этой статье случайным образом выбираются пять типов неисправностей (A, B, C, D и E). 1600 точек данных (5 * 1600 = 8000 данных) выбираются случайным образом для каждого типа неисправности.На рисунке 14 показано исходное распределение 8000 точек данных, визуализированное T-SNE.

На рисунке 15 показано распределение 8000 точек данных в визуализации t-SNE после обработки с помощью модели обучения с глубокими измерениями.

6. Выводы

В этой статье впервые используется модель глубинного метрического обучения для одновременной диагностики неисправностей внутренних подшипников и шестерен в коробке передач, а собранные данные сегментированы по различные способы моделирования ситуации отсутствия некоторых данных рабочего состояния в практическом применении, чтобы проверить производительность сетевой модели.При этом построена модель сверточной нейронной сети + классификатор softmax для сравнения и классификации. Выводы заключаются в следующем: (1) Когда отсутствует отсутствующий тип данных, модель обучения с глубинными метриками может адаптивно извлекать функции при работе со сложными неисправностями коробки передач. Точность диагностики сложных неисправностей может достигать 97,73%, что выше, чем при использовании модели сверточной сети + классификатора softmax. (2) При использовании недостающих данных нагрузки для обучения сети и использовании недостающих данных нагрузки для тестирования сети точность модели свёрточной сети + классификатора softmax по-прежнему составляет 97 + 0.6%, в то время как точность модели свёрточной сети + классификатора softmax составляет всего 92 + 1%. (3) При использовании обучающей сети данных с отсутствующей скоростью и использовании недостающих данных скорости для тестирования сети модель свёрточной сети + классификатора softmax вызывает серьезное явление переобучения, а точность тестового набора очень низкая, всего около 60%. Тем не менее, модель обучения измерению глубины не была адаптирована, а точность набора тестов все еще выше 90%. (4) Набор данных с множественными неисправностями коробки передач, собранный в этой статье, имеет определенную исследовательскую ценность и может использоваться для оценки модели. для такого рода проблем.

Доступность данных

В этой статье рассматривается метод сбора данных подшипников CWRU, размещение датчиков и т. Д. С использованием комплексного испытательного стенда Spectra Quest для диагностики неисправностей трансмиссии (Drivetrain Dynamics Simulator, DDS) в качестве тестового объекта для сбора данных о сложных неисправностях коробки передач . Адрес хранения данных о сложных неисправностях в коробке передач: https://pan.baidu.com/s/1zBJLV-O5v6nS9rfjI6a5Kg, а код извлечения — 286w. Эти данные включают данные сигнала вибрации без какой-либо обработки.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации этой статьи.

Благодарности

Авторы благодарят LetPub (http://www.letpub.com) за лингвистическую помощь при подготовке этой рукописи. Авторы выражают признательность за финансовую поддержку Национальному научному фонду Китая (гранты № 51505234, 51575283 и 51405241).

Что такое шестерни силовой передачи? Техническое резюме

Обновлено в феврале 2020 г. || Функция шестерни заключается в зацеплении с другими шестернями для передачи измененного крутящего момента и вращения.Фактически, передача может изменять скорость, крутящий момент и направление движения от источника привода.

Передаточное отношение косозубой или конической зубчатой ​​передачи — это количество зубьев большой шестерни, деленное на количество зубьев меньшей шестерни. Другие типы шестерен, такие как планетарные шестерни, имеют более сложные отношения передаточного числа.

Геометрия

и общая конструкция зубчатой ​​передачи

Когда две шестерни с неравным числом зубьев входят в зацепление, механическое преимущество делает их частоты вращения и крутящие моменты разными.

В простейших установках шестерни плоские с прямозубыми зубьями (с краями, параллельными валу), а вал ведущей шестерни параллелен валу ведомой шестерни. Прямозубые цилиндрические шестерни в основном проходят через зацепление, поэтому их эффективность может составлять 98% и более на ступень редуктора. Однако между поверхностями зубьев происходит некоторое скольжение, и начальный контакт зубьев происходит сразу по всей ширине зуба, вызывая небольшие ударные нагрузки, вызывающие шум и износ. Иногда смазка помогает смягчить эти проблемы.

В немного более сложных схемах зубчатые передачи с параллельными осями имеют косозубые шестерни, которые входят в зацепление под углом от 90 ° до 180 ° для большего контакта зубьев и более высокого крутящего момента.Винтовые редукторы подходят для приложений с более высокой мощностью, где долгосрочная эффективность работы важнее первоначальных затрат. Зубья косозубой шестерни постепенно входят в зацепление по поверхности зуба, что обеспечивает более тихую и плавную работу, чем цилиндрические зубчатые колеса. Кроме того, они имеют более высокую грузоподъемность.

Одно предостережение: угловой контакт зубьев создает усилие, которое рама машины должна преодолевать.

Независимо от подтипа, большинство зубчатых колес с параллельными осями имеют зубья шестерен с индивидуализированными эвольвентными профилями — индивидуализированные версии свернутого следа по окружности с воображаемой струной.Здесь сопрягаемые шестерни имеют касательные делительные окружности для плавного зацепления качения, что минимизирует скольжение. Связанное значение, точка шага, — это место, где одна шестерня первоначально касается точки шага своего партнера.

Эвольвентные зубчатые передачи

также имеют траекторию действия, проходящую через точку тангажа по касательной к базовой окружности.

Помимо зубчатых колес с параллельными осями, существуют непараллельные и прямоугольные зубчатые передачи. У них есть входной и выходной валы, которые выступают в разных направлениях, чтобы предоставить инженерам больше возможностей для монтажа и дизайна. Зубья зубчатых колес таких зубчатых передач могут быть коническими (прямыми, спиральными или нулевыми), червячными, гипоидными, косозубыми или косозубыми зубчатыми колесами с перекрещенными осями. Наиболее распространены конические зубчатые передачи с зубьями угловой или конической формы.

Гипоидные шестерни во многом похожи на зубчатые колеса со спирально-конической зубчатой ​​передачей, но оси входного и выходного валов не пересекаются, поэтому проще установить опоры. В отличие от зубчатых передач Zerol изогнутые зубья, которые совпадают с валом, чтобы минимизировать осевые нагрузки.

Редукторы общего назначения, комплекты для крепления на валу

и червячные передачи

Редукторы, называемые редукторами скорости, являются составной частью многих механических, электрических и гидравлических двигателей.По сути, это шестерня или ряд шестерен, объединенных таким образом, чтобы изменять крутящий момент двигателя. Обычно крутящий момент увеличивается прямо пропорционально уменьшению числа оборотов в единицу времени.

Редукторы скорости бывают двух видов: на основании и на валу. Типы с валом доступны в двух версиях. One действительно монтируется на валу в том смысле, что входной вал приводного двигателя поддерживает его… с помощью специальной муфты для реагирования на крутящие моменты. Остальные крепятся к корпусу машины таким образом, чтобы входной вал не выдерживал вес редуктора и не реагировал на реакции крутящего момента.

Согласно определению Американской ассоциации производителей зубчатых колес (AGMA), инженеры применяют термин «редуктор скорости» к агрегатам, работающим со скоростями шестерни ниже 3600 об / мин или скоростью шага ниже 5000 футов в минуту. (AGMA — это международная группа производителей оборудования, консультантов, ученых, пользователей и поставщиков.)

Редукторы, работающие на более высоких скоростях, называются высокоскоростными агрегатами. Производители основывают каталожные рейтинги и технические характеристики редукторов скорости на основе этих стандартов AGMA.

(Больше после иллюстрации.)

Здесь показаны зубчатые передачи брендов Spiroid и Helicon. Эти косоосные зубчатые передачи, подходящие для передачи мощности под прямым углом в приложениях с высокими требованиями к удельной мощности, работают на непересекающихся и непараллельных осях. По сравнению с традиционными коническими и червячными передачами с прямым углом смещение оси зубчатого колеса в зубчатых колесах Spiroid и Helicon обеспечивает больший контакт зуба с поверхностью и приводит к более высокому коэффициенту контакта. Это увеличивает крутящий момент и сглаживает передачу движения.В зубчатых передачах марки Spiroid используется передовое программное обеспечение и инструменты, чтобы запатентованные зубчатые передачи соответствовали требованиям конкретного приложения. Редукторы тихие, жесткие и компактные, с передаточными числами от 3: 1 до 300: 1 и выше.

Существует столько же типов редукторов, сколько и типов шестерен. Рассмотрим редукторы, у которых входной и выходной валы расположены под разными углами. Наиболее распространены червячные редукторы.

Редукторы

с червячной передачей используются в двигателях с низкой и средней мощностью.Они предлагают низкую начальную стоимость, высокие передаточные числа и высокий выходной крутящий момент в небольшом корпусе, а также более высокую устойчивость к ударным нагрузкам, чем редукторы с косозубой шестерней. В традиционной установке цилиндрический зубчатый червяк входит в зацепление с колесной шестерней в форме диска с зубьями на его окружности или на поверхности.

(подробнее после видео.)

Большинство червячных передач имеют цилиндрическую форму с зубьями одинакового размера. В некоторых редукторах с червячной передачей используется геометрия зуба с двойным охватом — с делительным диаметром, который изменяется от глубокого к короткому и обратно к глубокому, поэтому зацепляется большее количество зубьев.Независимо от версии, большинство зубчатых колес червячных редукторов имеют чашеобразные края зубьев, которые охватывают червячный вал во время зацепления. Во многих случаях скользящее зацепление снижает эффективность, но продлевает срок службы, так как червячное соединение удерживает пленку смазки во время работы. Отношение червячной передачи — это количество зубьев колеса к количеству витков резьбы (заходов или заходов) на червяке.

Несколько слов о редукторах

Редуктор похож на редуктор, но редуктор не только снижает скорость.Инженеры используют их везде, где требуется высокий крутящий момент на низкой скорости. Он снижает инерцию отраженной массы груза, что облегчает ускорение тяжелых грузов, позволяя конструкциям работать с меньшими двигателями. Редукторы бывают разных стилей, от простых цилиндрических редукторов до более сложных планетарных редукторов и редукторов гармонического типа, каждый со своими характеристиками и подходящими областями применения. Одно предостережение: в некоторых приложениях люфт редуктора является проблемой. В этом случае рассмотрите возможность использования редуктора с низким или нулевым люфтом.

Редукторы, специальные редукторы и редукторы для сервоприводов… включая планетарные редукторы

Это самосмазывающиеся шестерни с металлическим сердечником от Intech для применений с частыми циклами включения и выключения и высоким крутящим моментом, которым требуются компоненты силовой передачи для защиты от ударов. Сервосистемы

— это системы точного движения с обратной связью и (в большинстве случаев) довольно строгими требованиями к точности. Поэтому для этих конструкций инженеры должны выбирать редукторы с сервоприводом с хорошей жесткостью на кручение, надежным выходным крутящим моментом и минимальным люфтом.Производители оригинального оборудования, которым поручено интегрировать сервосистемы, должны искать бесшумные редукторы, которые легко устанавливаются на двигатель и требуют минимального или (если возможно) никакого обслуживания.

Фактически, многие современные механизмы интегрируют сервоприводы в электромеханические устройства для конкретных приложений, и некоторые из этих устройств достаточно распространены, чтобы иметь специальные ярлыки. Вот некоторые из наиболее распространенных.

Мотор-редуктор: Этот комплектный механизм движения представляет собой зубчатый редуктор, интегрированный с электродвигателем переменного или постоянного тока.Обычно двигатель включает шестерни на выходе (обычно в виде собранной коробки передач) для снижения скорости и увеличения доступного выходного крутящего момента. Инженеры используют мотор-редукторы в машинах, которые должны перемещать тяжелые предметы. Спецификации скорости для мотор-редукторов — это нормальная скорость и крутящий момент при остановке.

Коробка передач: Это замкнутая зубчатая передача… механический блок или компонент, состоящий из ряда интегрированных шестерен. Планетарные передачи широко распространены в интегрированных коробках передач.

Планетарные передачи: Эти зубчатые передачи, особенно часто используемые в сервосистемах, состоят из одной или нескольких внешних планетарных шестерен, которые вращаются вокруг центральной или солнечной шестерни.Обычно планетарные шестерни устанавливаются на подвижный рычаг или водило, которое вращается относительно солнечной шестерни. В наборах часто используется внешнее кольцевое зубчатое колесо или кольцо, которое входит в зацепление с планетарными шестернями.

Передаточное число планетарного ряда требует расчета, потому что существует несколько способов преобразования входного вращения в выходное вращение. Обычно одна из этих трех шестерен остается неподвижной; другой — вход, который обеспечивает питание системы, и последний действует как выход, который получает мощность от приводного двигателя.Отношение входного вращения к выходному вращению зависит от количества зубьев в каждой шестерне и от того, какой компонент удерживается в неподвижном состоянии.

WEISS North America производит делительно-поворотный стол TO220C с прямым приводом, который входит в этот испытательный стенд. Машина проверяет точеные автомобильные детали. Благодаря зубчатому приводу WEISS время переключения составляет всего 0,3 секунды… при времени цикла, равном 1,9 секунды (по сравнению с 2,6 секунды в предыдущих моделях). Планетарные передачи

обладают рядом преимуществ по сравнению с другими передачами.К ним относятся высокая удельная мощность, возможность значительного снижения при небольшом объеме, несколько кинематических комбинаций, чисто крутильные реакции и соосный вал. Еще одним преимуществом планетарных редукторов является эффективность передачи энергии. Потери обычно составляют менее 3% на ступень, поэтому вместо того, чтобы тратить энергию на механические потери внутри редуктора, эти редукторы передают большую часть энергии для производительного движения.

Планетарные редукторы также эффективно распределяют нагрузку.

Несколько планет разделяют передаваемую нагрузку между собой, что значительно увеличивает плотность крутящего момента. Чем больше планет в системе, тем больше грузоподъемность и выше плотность крутящего момента. Эта конструкция также очень устойчива благодаря равномерному распределению массы и повышенной жесткости при вращении. К недостаткам можно отнести высокие нагрузки на подшипники, труднодоступность и сложность конструкции.

В сервосистемах, помимо увеличения выходного крутящего момента, редукторы обладают еще одним преимуществом — сокращением времени установления.Время установления — это проблема, когда инерция двигателя мала по сравнению с инерцией нагрузки… проблема, которая является источником постоянных споров (и регулярных улучшений) в отрасли. Коробки передач уменьшают инерцию, отраженную от органов управления, на коэффициент, равный квадрату редуктора.

Зубчатая передача

Зубчатая передача с волновым напряжением — это зубчатая передача особой конструкции для снижения скорости. Он использует металлическую эластичность (отклонение) шестерни для снижения скорости. (Комплекты трансмиссионных зубчатых передач также известны как Harmonic Drives, зарегистрированный товарный знак Harmonic Drive Systems Inc.) Преимущества использования волновой передачи включают нулевой люфт, высокий крутящий момент, компактный размер и точность позиционирования.

Зубчатая передача для деформационных волн состоит из трех компонентов: генератора волн, гибкого колеса и круглого шлицевого соединения.

Генератор волн представляет собой узел подшипника и стального диска, называемый вилкой генератора волн. Внешняя поверхность вилки генератора волн имеет эллиптическую форму, обработанную в соответствии с точными характеристиками. Специально разработанный шариковый подшипник запрессован вокруг этой заглушки подшипника, заставляя подшипник принимать ту же эллиптическую форму, что и заглушка генератора волн.Конструкторы обычно используют генератор волн в качестве входного элемента, обычно присоединенного к серводвигателю.

Это прогрессия зацепления зубьев с гибкими шлицами с зубьями с круговыми шлицами. Профиль зубьев шестерни Harmonic Drive позволяет до 30% зубьев войти в зацепление… для большей жесткости и крутящего момента, чем у зубчатых колес с эвольвентными зубьями.

Flexspline представляет собой тонкостенную стальную чашку. Его геометрия позволяет стенкам чашки быть податливыми в радиальном направлении, но оставаться жесткими на кручение (поскольку чашка имеет большой диаметр).Производители вытачивают зубья шестерни на внешнюю поверхность около открытого конца чашки (около краев). Гибкая линия обычно является выходным элементом механизма.

Чашка имеет жесткий выступ на одном конце для обеспечения прочной монтажной поверхности. Генератор волн вставлен внутри гибкого колеса, поэтому подшипник находится в том же осевом положении, что и зубья гибкого колеса. Стенка flexspline рядом с краем чашки соответствует той же эллиптической форме, что и подшипник. Это придает зубьям на внешней поверхности гибкого шлейфа эллиптическую форму.Таким образом, гибкая шина имеет на своей внешней поверхности эллиптический диаметр с шагом зубчатого колеса.

Круговой шлиц представляет собой жесткое круглое стальное кольцо с зубьями на внутреннем диаметре. Обычно он прикреплен к корпусу и не вращается. Его зубы сцепляются с зубами гибкого сплайна. Зубчатый рисунок гибкого шлица входит в зацепление с профилем зубьев кругового шлицевого вала вдоль главной оси эллипса. Это взаимодействие похоже на эллипс, вписанный концентрически в круг. Математически вписанный эллипс касается круга в двух точках.Однако зубья шестерни имеют конечную высоту. Таким образом, на самом деле существует две области (а не две точки) зацепления зуба. Приблизительно 30% зубов постоянно задействованы.

Упругая радиальная деформация действует как очень жесткая пружина, компенсируя зазор между зубьями, который в противном случае увеличил бы люфт.

Угол давления зубьев шестерни преобразует тангенциальную силу выходного крутящего момента в радиальную силу, действующую на подшипник волнового генератора.Зубцы гибкого и кругового шлицев входят в зацепление около большой оси эллипса и выходят из зацепления на малой оси эллипса. Обратите внимание, что гибкий шлиц имеет на два зубца меньше, чем круговой шлиц, поэтому каждый раз, когда генератор волн поворачивается на один оборот, гибкий шлиц и круговой шлиц сдвигаются на два зубца. Передаточное число рассчитано:

количество зубьев гибкого шлица ÷ (количество зубьев гибкого колеса — количество зубьев кругового шлица)

Движение зацепления зубьев (кинематика) зубчатого колеса деформационной волны отличается от движения планетарного или цилиндрического зубчатого колеса.Зубья входят в зацепление таким образом, чтобы постоянно зацепляться до 30% зубьев (60 для передаточного числа 100: 1). Это контрастирует с шестью зубьями для планетарной шестерни и одним или двумя зубьями для прямозубой шестерни.
Кроме того, кинематика позволяет зубьям шестерни входить в зацепление с обеих сторон боковой поверхности зуба. Люфт — это разница между расстоянием между зубьями и шириной зуба, и эта разница равна нулю в зубчатой ​​передаче с волновой деформацией.

(Больше после галереи. Нажмите на фото для увеличения.)

Как часть конструкции, производитель предварительно нагружает зубья шестерни гибкого шины относительно зубцов круглого шлица на главной оси эллипса .

Зубцы Flexspine и Circular Spline входят в зацепление около большой оси эллипса и выходят из зацепления на малой оси эллипса.

Предварительный натяг таков, что напряжения намного ниже предела выносливости материала. По мере износа зубьев шестерни эта упругая радиальная деформация действует как жесткая пружина, чтобы компенсировать пространство между зубьями, которое в противном случае привело бы к увеличению люфта.Это позволяет производительности оставаться неизменной в течение всего срока службы шестерни.

Деформационная передача обеспечивает высокое отношение крутящего момента к массе и крутящего момента к объему. Легкая конструкция и одноступенчатое передаточное число (до 160: 1) позволяют инженерам использовать шестерни в приложениях, требующих минимального веса или объема. Маленькие двигатели могут использовать большое механическое преимущество передаточного числа 160: 1 для создания компактного, легкого и недорогого корпуса.

Другой профиль зуба для зубчатых передач с волновой деформацией — это зубец S-образной формы.Такая конструкция позволяет зацеплять большее количество зубьев шестерни. В результате удваивается жесткость на кручение, удваиваются номинальные значения максимального крутящего момента и увеличивается срок службы. Форма зуба S не использует эвольвентную кривую зуба. Вместо этого он использует серию чисто выпуклых и вогнутых дуг окружности, которые соответствуют локусам точек взаимодействия, продиктованным теоретическим анализом и анализом САПР.

Увеличенный радиус фаски корня делает зуб S намного прочнее, чем зуб шестерни эвольвентной кривой. Он выдерживает более высокие изгибающие (растягивающие) нагрузки при сохранении безопасного запаса прочности.

Прочтите статью по теме: Как выбрать мотор-редуктор за четыре простых шага

Обзор диагностики неисправностей шестерен планетарных редукторов с использованием акустической эмиссии

Основы

AE — это явление нестационарной генерации упругих волн в материалах из-за быстрого высвобождения энергии деформации [12]. Большинство волн АЭ имеют частоты в диапазоне от 20 кГц до 2 МГц, то есть далеко за пределами диапазона человеческого слуха. Некоторые типичные источники AE: распространение трещин, трение, удары, коррозия и кавитация.

Рис. 1

Компоненты планетарного редуктора

Волны АЭ могут приходить на датчик в виде различимых одиночных волн или в виде волн, сконцентрированных настолько, что их невозможно отличить друг от друга. В первом случае говорят о пачке АЭ, а во втором — о непрерывном АЭ [3]. В области мониторинга состояния такие события, как рост трещин и прохождение шариков подшипников над дефектом, вызывают всплески АЭ. Другие события, такие как кавитация или неровности контакта между шероховатыми поверхностями, вызывают непрерывную АЭ.

Измерительная техника

Большинство датчиков AE состоит из пьезоэлектрического элемента, прикрепленного к изнашиваемой пластине с помощью проводящего клея. Присоединение датчика АЭ к контролируемой поверхности является ключевым фактором успеха анализа. С этой целью используется связующий агент, улучшающий передачу волны от поверхности к датчику. Некоторые используемые связующие вещества представляют собой силиконовые смазки, ультразвуковые гели и антикоррозионные пасты. Основная задача связующего агента — исключить наличие воздуха между датчиком и поверхностью [2].

Источники AE в зубчатых передачах

В случае зубчатых передач экспериментальные наблюдения показали, что при исправных условиях формы сигналов AE-сигналов содержат несколько пакетов в течение непрерывного AE. Тан и Мба [24, 26, 27] исследовали источники АЭ на редукторах с параллельными валами, которые создают такие формы волны. Они измерили АЭ датчиком, расположенным непосредственно на шестерне, и сигналы передавались с помощью контактного кольца. Были проанализированы три возможных источника АЭ: резонанс зуба, вторичный пик давления в смазке и неровности контактов между поверхностями зацепления.Отбросив первые две гипотезы, они пришли к выводу, что основным источником АЭ в зубчатых передачах являются неровности контактов при скольжении и качении зацепляющихся зубьев. Они также предположили, что качение отвечает за генерацию всплесков АЭ, в то время как скольжение отвечает за генерацию непрерывных АЭ. Это утверждение изначально было основано на наблюдении, что всплески были приблизительно разделены в период зацепления шестерни. В дополнительных испытаниях без смазки они сравнили формы сигналов АЭ, генерируемые шестернями в хорошем состоянии и шестернями с потерей эвольвентного профиля из-за повреждения поверхности.Результаты показали, что разрывы были более заметны для шестерен в хорошем состоянии, чем для шестерен с поврежденной поверхностью, что помогает подтвердить их гипотезу.

В исследовании, проведенном в Новоа и Викунья [1], обсуждались дополнительные источники АЭ в зубчатых передачах. Они упомянули, что неровности поверхности влияют на распределение давления смазочного материала, и, таким образом, могут возникать экстремальные возмущения давления и разрыв пленки, что приводит к разрывам АЭ. Другая гипотеза — возникновение небольшого удара при зацеплении зубов, который может вызвать разрывы.Наконец, они также предположили, что разрывы могут возникать из-за изменений в условиях скольжения и качения зубьев зацепления, как показано на рис. 2.

рис. 2

Скольжение и качение между двумя зубьями зацепления

Как описано выше, несколько гипотез относительно источников AE в зубчатых передачах, которые объясняют измеренные формы сигналов в исправных условиях. Несмотря на различные объяснения, относительно ясно, что непрерывная АЕ вызвана трением скольжения между зубьями зацепления и что разрывы АЕ возникают, когда точка контакта зуба приближается к точке тангажа.Наличие повреждений шестерни, таких как износ или трещины, может изменить это явление или способствовать его возникновению.

Хотя большинство исследований по изучению источников АЭ в зубчатых передачах проводилось для коробок передач с параллельными валами, результаты также можно экстраполировать на PG с учетом следующих соображений. Во-первых, в PG есть несколько точек зацепления планетарных шестерен с солнцем и коронной шестерней. Следовательно, АЭ, измеренная датчиком, будет вкладом во все процессы построения сетки.Во-вторых, в PG расстояние между точками зацепления и неподвижным датчиком на коронной шестерне периодически изменяется. Следовательно, следует ожидать амплитудной модуляции измеренного АЭ. Эта модуляция будет иметь основную частоту, равную частоте вращения водила, умноженной на количество планетарных шестерен, если все планетарные шестерни производят AE с одинаковыми характеристиками. Однако, если взаимодействия планетарных шестерен не равны, основная частота будет только на несущей частоте вращения.

Влияние условий эксплуатации

Поскольку значения характеристик сигналов, используемых для диагностики коробки передач, могут изменяться при изменении условий эксплуатации, таких как частота вращения, нагрузка или температура, влияние этих условий необходимо учитывать при диагностике неисправностей. Некоторые исследования по этой теме представлены ниже.

В экспериментах Тана и Мба [27] они отметили значительное влияние скорости вращения на уровни АЭ в изотермических условиях.По мере увеличения скорости увеличивалось и значение AE RMS. Хотя в соответствии с эластогидродинамической теорией увеличение скорости приведет к более толстой смазочной пленке (и, следовательно, к уменьшению неровностей контактов), они приписали наблюдаемое поведение более высокой скорости деформации неровностей контактов. Увеличение значения AE RMS было значительно выше при увеличении скорости в диапазоне низких скоростей, чем при увеличении в диапазоне высоких скоростей. Они утверждали, что на более высоких скоростях эффект более толстой смазочной пленки будет преобладать над более высокой скоростью деформации контактов с неровностями.Они даже предположили, что в какой-то момент уровни НЯ действительно будут снижены. Что касается влияния нагрузки, их результаты показали, что на активность НЯ она практически не влияет.

В других экспериментах Тана и Мба [24] были проведены измерения АЭ на коробке передач с неисправным зубом. После анализа форм сигналов АЭ они пришли к выводу, что всплески АЭ с наибольшими амплитудами не всегда генерировались из-за зацепления дефектного зуба. Они объяснили это ограничение влиянием температуры смазки на активность АЭ.Температура изменяет вязкость смазочного материала и, следовательно, толщину смазочной пленки. Основываясь на исследовании Дорнфельда и Хэнди [4], они предположили, что изменения в значениях AE RMS из-за изменений толщины смазочной пленки были следствием неровностей контактов как основного источника активности AE в зубчатых колесах. Они заметили большие изменения в значениях AE RMS в течение нескольких часов, пока температура смазки не достигла равновесия. Причина этого заключалась в двух противоположных эффектах.С одной стороны, с повышением температуры толщина смазочной пленки уменьшается, что приводит к увеличению неровностей контактов. С другой стороны, поверхности зацепления уменьшают свою шероховатость при контакте из-за истирания. Также они показали, что когда температура смазки была постоянной, приложенная нагрузка оказывала незначительное влияние на значение AE RMS.

Что касается влияния нагрузки, эксперименты Hamzah и Mba [10] на прямозубых и косозубых зубчатых колесах показали последовательное увеличение значений AE RMS по мере увеличения нагрузки.Они объяснили эти результаты влиянием нагрузки на толщину смазочной пленки при эластогидродинамической смазке. Для этого условия более высокая нагрузка приводит к более тонкой смазочной пленке [23] и, следовательно, к большей шероховатости контактов и активности АЭ. Они утверждали, что влияние нагрузки зависит от состояния смазки. Поэтому они использовали более точную оценку температуры смазочной пленки, чем Tan и Mba [24, 27], чтобы приблизительно определить толщину смазочной пленки. Их оценка показала, что их эксперименты проводились в условиях эластогидродинамической смазки, в то время как эксперименты Тан и Мба [24, 27] проводились фактически в условиях граничной смазки.При этом условии не происходит значительного изменения уровня неровностей контактов между зацепляющимися поверхностями в условиях возрастающей нагрузки, что объясняет их результаты.

Викунья [30] сравнил среднеквадратичные значения AE с температурой смазки на испытательном стенде PG с датчиком, расположенным на внешней стороне зубчатого венца. Подобно Тану и Мба [24] он обнаружил большие вариации уровня AE RMS с повышением температуры. В то время как в некоторых тестах значение AE RMS увеличивалось вместе с температурой, в других тестах RMS AE вместо этого уменьшалось.Этот результат напоминает обратные эффекты, упомянутые Таном и Мба [24] относительно утончения смазочной пленки и сглаживания поверхностей из-за истирания. Викунья [30] утверждал, что глобальное поведение активности АЕ будет зависеть от вкладов обоих эффектов. Что касается влияния нагрузки и скорости вращения, он проанализировал величину гармоник частоты зацепления зубчатого зацепления спектра огибающей АЭ для различных условий эксплуатации. Его результаты показали, что основным фактором, влияющим на активность АЭ, была скорость вращения, в то время как нагрузка имела лишь небольшое влияние при низких скоростях вращения.При более высоких скоростях вращения влияние нагрузки было незначительным. По сравнению с другими исследованиями, его результаты можно объяснить меньшей удельной толщиной пленки смазки при малых скоростях вращения.

Novoa и Vicuña [1] также измерили AE на внешней стороне зубчатого венца от PG, чтобы исследовать влияние рабочих условий. Их результаты показали, что на активность АЭ при низких скоростях вращения влияет не только нагрузка, но и вязкость смазки.При тех же условиях нагрузки и скорости вращения, когда PG содержал смазку с меньшей вязкостью (которая образует более тонкую пленку смазки), активность AE увеличивалась. Их результаты также показали, что скорость вращения в большей степени влияет на увеличение уровня AE для диапазона высоких скоростей, чем для диапазона низких скоростей.

Рабочие условия, такие как скорость вращения, нагрузка и температура, будут влиять на активность АЭ из-за изменений толщины смазочной пленки и степени неровностей контактов.Такие дефекты зубов, как износ или трещины, будут модифицированы или добавлены к уже существующим AE. В связи с этим анализ АЕ на коробках передач должен позволять различать нормальные АЕ и связанные с неисправностями АЕ.

Мониторинг состояния редукторов вертолетов по вибрации на основе циклостационарного анализа | J. Eng. Gas Turbines Power

Ядром трансмиссии вертолета является сложный планетарный главный редуктор (MGB), который снижает высокую входную скорость, создаваемую двигателями, для обеспечения соответствующего крутящего момента главным несущим винтам и другим вспомогательным системам.Коробка передач состоит из различных валов, планетарных шестерен и подшипников и работает в различных условиях при чрезмерном трении, нагреве и высоких механических силах. Компоненты уязвимы для усталостных дефектов, поэтому были разработаны системы мониторинга работоспособности и использования (HUMS), чтобы отслеживать состояние исправности коробки передач, уделяя особое внимание раннему, точному и своевременному обнаружению неисправностей с ограниченным количеством ложных тревог и пропущенных обнаружений. . Основная цель HUMS — мониторинг состояния для повышения эксплуатационной надежности вертолетов, поддержки принятия решений по техническому обслуживанию и снижения общих затрат на техническое обслуживание.Важность и потребность в более совершенных и точных HUMS были недавно подчеркнуты в ходе поставарийного анализа вертолета LN-OJF, который потерпел крушение в Норвегии в 2016 году. В течение последних нескольких десятилетий были предложены различные методологии и диагностические индикаторы / функции для мониторинг вращающегося оборудования, работающего в стабильных условиях, но до сих пор не существует глобального решения для сложных конструкций. Авторы недавно предложили новый инструмент, называемый улучшенным спектром огибающей с помощью функции оптимизации-грамм (IESFOgram), основанный на циклостационарном анализе, с упором на точный выбор полосы фильтрации в условиях постоянной и изменяющейся скорости.Кроме того, циклическая спектральная когерентность (CSCoh) интегрируется по выбранной полосе частот, что приводит к улучшенному спектру огибающей (IES). В этой статье производительность инструмента проверяется на сложной планетарной коробке передач с несколькими источниками вибрации. Метод тестируется, оценивается и сравнивается с современными методами на наборе данных, собранных во время экспериментальных испытаний в различных условиях эксплуатации на главном планетарном редукторе Super Puma SA330 категории A, при наличии дефектов засеянных подшипников различного размера.

Мониторинг состояния вибрации — узнайте больше о науке и экспертах

Вибрация Состояние Контроль планетарного редуктора при переменной внешней нагрузке

Механические системы и обработка сигналов, 2009

Соавторы: Вальтер Бартельмус, Радослав Зимроз

Абстрактный:

Резюме В документе показано, что для Состояние Мониторинг планетарных редукторов важно определить внешнюю переменную нагрузку Состояние .В статье систематически учитывается влияние многих факторов на сигналы Vibration , генерируемые системой, в которую входит планетарный редуктор. Эти соображения служат основой для интерпретации сигнала Vibration , разработки средств Condition Monitoring и для сценария деградации планетарного редуктора. Реальные измеренные Вибрация Обработаны сигналов, полученных в промышленных условиях.Сигналы регистрируются во время нормальной работы диагностируемых объектов, а именно планетарных редукторов, которые являются частью системы привода роторного экскаватора, применяемого на бурых шахтах. Установлено, что планетарный редуктор в плохом состоянии более восприимчив к нагрузке, чем редуктор в хорошем состоянии . Приведены расчетные графики времени нагрузки, полученные в процессе демодуляции сигнала ускорения Vibration для планетарной коробки передач в хорошем и плохом состоянии с.Было обнаружено, что наиболее важный фактор правильного планетарного редуктора Условие связано с возмущением вращения плеча, при котором вращение плеча вызывает особый сигнал Vibration , свойства которого описываются кратковременным преобразованием Фурье ( STFT) и распределение Вигнера-Вилля, представленное в виде частотно-временной карты. В статье показано, что существуют две доминирующие низкочастотные причины, влияющие на модуляцию сигнала Vibration , т.е.е. переменная нагрузка, обусловленная характером процесса копания роторным колесом, и вращением стрелы / держателя. Эти две причины определяют Состояние рассматриваемых планетарных коробок передач. Типичные местные неисправности, такие как растрескивание или поломка зуба шестерни, или локальные неисправности подшипников качения, в рассмотренных случаях не обнаружены. На практике локальных неисправностей планетарных редукторов не произошло, но были замечены сильные разрушения планетарных редукторов, вызванные длительным пробегом планетарного редуктора при Условии возмущения хода рычага.Можно сказать, что в статье дается новый подход к Condition Monitoring планетарных редукторов. Было показано, что только анализ первопричин, основанный на факторах, влияющих на Vibration , решает проблему планетарного редуктора Состояние Мониторинг .

Могут ли ветровые турбины попрощаться с механическими редукторами с помощью магнитных шестерен?

Простейшие осевые магнитные редукторы состоят из двух дисков, каждый из которых содержит чередующиеся положительные и отрицательные магниты с диском модулятора между ними.Низкоскоростной диск или низкоскоростной ротор имеет геометрию магнитного поля, которая меняется быстрее, чем у высокоскоростного ротора. Таким образом, на тихоходном роторе больше пар полюсов, чем на высокоскоростном. Передаточное число зависит от количества пар на двух роторах и создаваемых ими магнитных потоков в воздушном зазоре.

Плохие вещи могут случиться, когда механическая коробка передач в ветряной турбине мегаваттного уровня перегрузится. Неожиданный порыв ветра может так сильно раскачать лопасти турбины, что крутящий момент на редукторе, к которому они подключены, превысит расчетные параметры.Результат: многотонная коробка передач, которую необходимо снять и снести строительным краном для ремонта. Вся операция стоит дорого и выводит ветряную турбину из строя на несколько дней или недель.

Неудивительно, что производители ветряных турбин заинтересованы в способах использования энергии ветра без использования механических редукторов. Одно из решений, которое сейчас привлекает много внимания, — это магнитная передача. Между двумя магнитными зубчатыми роторами нет физической связи. Их движение связано через модулированное взаимодействие между потоком, создаваемым магнитами на входном и выходном роторах.Если крутящий момент на входе превышает максимальные расчетные уровни, нет сломанных зубьев или других механических проблем. Магнитные шестерни просто скользят. Более того, похоже, что магнитные коробки передач могут быть примерно того же размера, что и механические коробки передач с такими же характеристиками, но будут легче.

Конструкции транс-вращающихся магнитных шестерен работают аналогично магнитным версиям механических шарико-винтовых передач, преобразуя линейное движение во вращательное движение и наоборот за счет использования вала, содержащего магниты, ориентированные по спирали, как у винтовой резьбы.И ротор, и транслятор обычно изготавливаются из сердечников из ферромагнитного железа, на которых установлены чередующиеся магнитные полюса, расположенные по спирали.

Одним из центров исследований магнитных механизмов является лаборатория передовых электрических машин и силовой электроники Техасского университета A&M в Колледж-Стейшн. Там профессор Хамид А. Тольят руководит группой, работающей над различными типами магнитных передач и приводов. Производитель ветряных турбин Vestas, Demark, был одним из сторонников лаборатории.Теперь Управление военно-морских исследований и Департамент энергетики спонсируют проекты магнитных зубчатых передач и приводов в волновую энергию и движение судов.

Группа

Тольят работала над тремя базовыми конфигурациями конструкций магнитных зубчатых колес: осевой, радиальной и транс-вращательной. Осевые конструкции имеют конфигурацию, напоминающую пакет сцепления или двигатель-блинчик. Они состоят из двух дисков, каждый из которых содержит чередующиеся положительные и отрицательные магниты с диском модулятора между ними.Низкоскоростной диск или низкоскоростной ротор имеет геометрию магнитного поля, которая меняется быстрее, чем у высокоскоростного ротора. Таким образом, на низкооборотном роторе больше пар полюсов, чем на высокоскоростном. Передаточное число зависит от количества пар на двух роторах и создаваемых ими магнитных потоков в воздушном зазоре. Величина передаваемого крутящего момента является функцией магнитных связей между двумя дисками и зависит от размера их магнитов. По мере того, как размер магнитных областей становится меньше — например, при заполнении большего количества пар полюсов или уменьшении диаметра роторов — возникает точка уменьшения отдачи, поскольку утечка радиального потока становится все более серьезной проблемой.

Радиальные магнитные шестерни имеют конфигурацию, напоминающую синхронный двигатель. Типичная топология использует концентрический внутренний ротор с высокой скоростью вращения и внешний ротор с низкой скоростью вращения. Два ротора разделены статором, обычно состоящим из стержней из электротехнической стали. Как и в случае осевых магнитных передач, стержни статора модулируют поток между постоянными магнитами на входном и выходном роторах.

Осевые магнитные шестерни, вероятно, представляют собой наиболее сложную базовую топологию, говорят исследователи из группы Тольят.«На подшипники могут действовать огромные осевые нагрузки, поэтому возникает множество проблем», — поясняет доктор философии Texas A&M. студенты Мэтт Джонсон и Сиаваш Пакделян. Они также говорят, что осевые конструкции сложнее анализировать, чем конструкции других конфигураций, потому что для точного анализа требуется полная трехмерная модель, тогда как другие топологии можно упростить для анализа с использованием симметрии. А в том виде, в котором они созданы в настоящее время, осевые конструкции будет труднее изготовить, чем магнитные шестерни, использующие радиальную или транс-вращательную конфигурацию.

Производственные соображения являются одной из причин, по которым промышленность, по-видимому, изначально больше заинтересована в создании радиальных магнитных зубчатых колес, чем осевых. Радиальные магнитные шестерни имеют конфигурацию, напоминающую синхронный двигатель. Типичная топология использует концентрический внутренний ротор с высокой скоростью вращения и внешний ротор с низкой скоростью вращения. Два ротора разделены статором, обычно состоящим из стержней из электротехнической стали. Как и в случае осевых магнитных передач, стержни статора модулируют поток между постоянными магнитами на входном и выходном роторах.

Прототипы радиальных и осевых магнитных редукторов от Texas A

Также похоже, что транс-вращательные конструкции являются многообещающей технологией. Они работают аналогично магнитным версиям механических шарико-винтовых пар, преобразуя линейное движение во вращательное движение и наоборот за счет использования вала, содержащего магниты, ориентированные по спирали, как у винтовой резьбы. Транс-вращательная конструкция может одновременно обеспечивать зацепление. В практических приложениях он может преобразовывать низкоскоростное и мощное линейное движение транслятора (винтового вала) в высокоскоростное вращение ротора (шарико-винтовая гайка) с низким крутящим моментом.И ротор, и транслятор обычно изготавливаются из сердечников из ферромагнитного железа, на которых установлены чередующиеся магнитные полюса, расположенные по спирали. Магнитные спирали на роторе и трансляторе имеют одинаковый шаг. Передаточное число — это отношение угловой скорости ротора к линейной скорости транслятора, на которое влияет количество полюсов и шаг каждого винтового магнитного узла. Чтобы увеличить передаточное число, конструкторы уменьшили количество полюсов и сделали магниты более узкими. Количество полюсов аналогично количеству заходов в стержне с механической резьбой, а произведение количества пар полюсов на их ширину аналогично шагу шага механической винтовой системы.

Прототип транс-вращательного магнитного редуктора, разработанный группой Texas A

Toliyat, является прототипом всех трех конфигураций зубчатых передач, причем транс-вращательная версия является самой крупной из всей партии. «Приложения, которые улавливают энергию волн, выиграют от транс-вращательной конструкции», — говорит Пакделиан из Texas A&M. «Для захвата возвратно-поступательного движения с низкой скоростью и большой силой ваши альтернативы — это гидравлика с низким КПД и высокими требованиями к техническому обслуживанию или, что более вероятно, линейные машины с прямым приводом.Они громоздкие, дорогие и тяжелые. Мы можем показать, что транс-вращательные магниты используют гораздо меньше сырья, чем линейные машины с прямым приводом ».

Пакделиан говорит, что группа построила прототипы с вращающимся механизмом вращения, используя магниты шириной около 8 мм с шагом 10 мм. Их прототип, использующий такую ​​конфигурацию шага, может преобразовывать линейную скорость 1 м / сек в скорость вращения 3000 об / мин. «Если вы хотите более низкий тон, вам нужно вставить больше магнитов. Это затрудняет изготовление в лабораторных условиях, но это должно быть меньше проблем, если они собираются на производственной линии », — говорит Пакделиан.

То же самое можно сказать и о радиальных магнитных зубчатых колесах. «Нет причин, по которым их было бы сложнее построить, чем построить обычные редукторы, если вы остановите процесс», — объясняют двое. В настоящее время группа Texas A&M переходит от изучения топологии магнитных зубчатых колес к решению практических вопросов производства магнитных зубчатых колес и улучшения их характеристик.

Несмотря на то, что все их прототипы были в диапазоне субкиловатт, исследователи Texas A&M считают, что производственные версии конструкций радиальных магнитных зубчатых колес могут работать в ветряных турбинах мегаваттного масштаба без каких-либо серьезных производственных проблем, однако, «это просто теория на данный момент », — говорит Джонсон.