Классификация коробок передач
Классификация коробок передач по принципу работы трансмиссии коробки передач бывают механические и гидродинамические.
Классификация коробок передач по числу валов:
— 2х вальные;
— 3х вальные;
— Многовальные (планитарные коробки передач или 2х, 3х поточные механические коробки).
Классификация коробок передач по числу передач и диапазонов бывают с 1м или 2мя диапазонами.
Классификация коробок передач по способу переключения передач с разрывом потока мощности и без разрыва потока мощности.
Коробки передач с разрывом потока мощности – способ переключения передач скользящими шестернями, зубчатыми или кулачковыми муфтами, синхронизаторами.
Коробки передач без разрыва потока мощности – переключение передач фрикционными муфтами, тракторы, audi TT 3,2 Quattro с двумя сцеплениями.
Классификация коробок передач по способу управления коробки передач бывают с ручным и автоматическим управлением.
Классификация коробок передач по способу смазки, с принудительной смазкой (МАЗ, КРАЗ), разбрызгивание.
Классификация коробок передач по способу перемещения осей – с неподвижными и с подвижными осями (планетарные).
Классификация коробок передач по числу степеней свободы – с 2мя и с 3мя степенями свободы.
Коробки передач должны иметь достаточное число передач с правильно выбранными передаточными числами, высокий КПД, небольшие размеры и вес (массу).
Коробки передач должны быть не сложными по конструкции, надежными и износостойкими в работе, простыми в управлении, удобными при обслуживании и ремонте.
Расчет коробки передач производится в следующем порядке:
1) Задаются числом передач и выбирают схему коробки передач;
2) Распределяют общее передаточное число трансмиссии;
3) Определяют передаточные числа коробки передач на различных передачах;
4) Устанавливают число зубьев шестерен, вычисляют их модуль и основные размеры;
5) Вычерчивают в масштабе компоновочную схему коробки передач;
6) Определяют силы действия на валы и реакции их опор;
7) Рассчитывают валы на прочность и жесткость;
8) Подбирают подшипники.
При выбранной схеме коробки передач, ее основные параметры зависят от параметров шестерен, которые определяют расчетом на прочность и износ и уточняются при стендовых и дорожных испытаниях. Для коробки передач с неподвижными валами величина межцентрового расстояния ориентировочно определяется по величине максимального крутящего момента двигателя
Классификация коробок передач
Классификация коробок передач по принципу работы трансмиссии коробки передач бывают механические и гидродинамические.
Классификация коробок передач по числу валов:
— 2х вальные;
— 3х вальные;
— Многовальные (планитарные коробки передач или 2х, 3х поточные механические коробки).
Классификация коробок передач по числу передач и диапазонов бывают с 1м или 2мя диапазонами.
Классификация коробок передач по способу переключения передач с разрывом потока мощности и без разрыва потока мощности.
Коробки передач с разрывом потока мощности – способ переключения передач скользящими шестернями, зубчатыми или кулачковыми муфтами, синхронизаторами.
Коробки передач без разрыва потока мощности – переключение передач фрикционными муфтами,
тракторы, audi TT 3,2 Quattro с двумя сцеплениями.Классификация коробок передач по способу управления коробки передач бывают с ручным и автоматическим управлением.
Классификация коробок передач по способу смазки, с принудительной смазкой (МАЗ, КРАЗ), разбрызгивание.
Классификация коробок передач по способу перемещения осей – с неподвижными и с подвижными осями (планетарные).
Классификация коробок передач по числу степеней свободы – с 2мя и с 3мя степенями свободы.
Коробки передач должны иметь достаточное число передач с правильно выбранными передаточными числами, высокий КПД, небольшие размеры и вес (массу).
Коробки передач должны быть не сложными по конструкции, надежными и износостойкими в работе, простыми в управлении, удобными при обслуживании и ремонте.
Расчет коробки передач производится в следующем порядке:
1) Задаются числом передач и выбирают схему коробки передач;
2) Распределяют общее передаточное число трансмиссии;
3) Определяют передаточные числа коробки передач на различных передачах;
4) Устанавливают число зубьев шестерен, вычисляют их модуль и основные размеры;
5) Вычерчивают в масштабе компоновочную схему коробки передач;
6) Определяют силы действия на валы и реакции их опор;
7) Рассчитывают валы на прочность и жесткость;
8) Подбирают подшипники.
При выбранной схеме коробки передач, ее основные параметры зависят от параметров шестерен, которые определяют расчетом на прочность и износ и уточняются при стендовых и дорожных испытаниях.
Коробка передач
Коробка передач автомобиля предназначена для изменения силы тяги на ведущих колесах, скорости движения, изменения направления движения автомобиля. Кроме того, коробка передач позволяет на длительное время отсоединять двигатель от трансмиссии при работе двигателя на остановившемся автомобиле или при движении накатом.
Требования, предъявляемые к коробке передач автомобиля:
• обеспечение высоких тягово-скоростных и топливно-экономических качеств автомобиля;
• легкость и удобство управления;
• высокий КПД;
• низкий уровень шума при работе;
• надежность;
• малые габаритные размеры.
В зависимости от характера изменения передаточного числа различают коробки передач ступенчатые, бесступенчатое и комбинированные.
По характеру связи между ведущим и ведомым валами коробки передач делятся на механические, гидравлические, электрические и комбинированные. По способу управления — на автоматические и не автоматические. Ступенчатые коробки передач различают по числу передач переднего хода, по числу валов — на двух- и трехвальные.
В основном на автомобилях применяют ступенчатые коробки передач — двух- или трехвальные. Переключение передач осуществляется передвижением зубчатых колес или передвижением муфт синхронизаторов.
На автомобилях с классической компоновкой обычно применяют трехвальные коробки передач. Особенностью таких автомобилей является то, что почти всегда можно выделить передачу, на которой они проходят большую часть пути. Поэтому основным преимуществом трехвальных коробок передач является наличие в них так называемой «прямой» передачи, которая получается при непосредственном соединении ведущего и ведомого валов.
легкость получения большого передаточного числа на низшей (первой) передаче при малом межосевом расстоянии. Это объясняется тем, что передаточное число всех передач, кроме «прямой», у таких коробок передач образуется двумя последовательно работающими парами зубчатых колес, в отличие от одной пары в двухвальных коробках передач.
Двухвальные коробки передач автомобиля проще по конструкции, дешевле и имеют более высокий КПД (только на «прямой» передаче трехвальная коробка передач имеет более высокий КПД, чем двухвальная). Преимуществом двухвальных коробок передач является простота вывода крутящего момента на любую сторону (переднюю или заднюю или обе сразу), что в некоторых случаях, например при заднемоторных, переднеприводных и полноприводных конструкциях автомобилей, предоставляет большие компоновочные возможности.
Устройство четырех ступенчатой коробки передач автомобиля:
1 — подшипник выключения сцепления; 2 — направляющая втулка муфты подшипника выключения сцепления; 3 — ведущее зубчатое колесо привода спидометра; 4 — картер сцепления; 5 — полуосевое зубчатое колесо; 6 — сателлит; 7 — ось сателлитов; 8 — коробка дифференциала; 9 — регулировочная прокладка; 10, 12— синхронизаторы; 11 — упорные полукольца; 13 — игольчатый подшипник зубчатого колеса; 14 — вторичный вал; 15 — задняя крышка картера коробки передач; 16 — картер коробки передач; 17— первичный вал.
|
|
Коробка передач МАЗ
|
|
назначение, устройство, виды и перспективы развития
Создание двигателя внутреннего сгорания способствовало развитию всех типов транспорта и даже появлению новых видов. Первые автомобили именовались самобеглыми колясками и имели достаточно примитивную конструкцию. Передача крутящего момента от силового агрегата на ведущие колеса происходила при помощи очень ненадежного ременного, а позднее и цепного привода.
Двигатели внутреннего сгорания, используемые на транспортных средствах, имеют относительно небольшой рабочий диапазон.
Этот агрегат представляет собой редуктор, позволяющий в широком диапазоне изменять частоту оборотов и крутящий момент на ведущих колесах автомобиля. Такие механизмы не нужны на транспортных средствах, оснащенных электрическими и паровыми двигателями.
Тяговые характеристики данных силовых агрегатов позволяют обходиться без дополнительных устройств. В идеале двигатель может быть встроен непосредственно в колесо, в настоящее время уже существуют промышленные образцы приводов такого рода.
Термин коробка перемены передач в настоящее время практически не используется, вместо него применяется более современное название: коробка переключения передач.
Помимо основного назначения этот механизм выполняет еще ряд функций:
- обеспечение реверса, иными словами, движения задним ходом;
- разобщение работающего силового агрегата и трансмиссии во время длительной остановки или стоянки;
- обеспечение условий для запуска двигателя.
Применение коробки переключения передач позволяет водителю автомобиля выбирать наиболее оптимальный режим работы силового агрегата в зависимости от внешних условий.
Проектированием и серийным изготовлением такого рода механизмов занимаются в основном производители автомобилей. Кроме того, в мире существует ряд компаний, специализацией которых является производство элементов трансмиссий и, в частности, коробок переключения передач:
- Allison Engine Company;
- BorgWarner Inc;
- Delphi Corporation;
- Robert Bosch GmbH;
- Wulf Gaertner Autoparts AG;
- ZF Friedrichshafen AG.
Указанные компании обычно выполняют заказы автопроизводителей, осуществляя при этом серийное изготовление оригинальных и лицензионных механизмов. Нередко они осуществляют опытно-конструкторские работы и участвуют в совместных проектах корпораций, занимаясь доводкой техники. Продукция данных производителей отличается высочайшим качеством и надежностью.
Классификация коробок переключения передач
В процессе развития автомобилестроения инженерами были предложены несколько типов механизмов, реализующих разные принципы действия и способы управления. Общепринятая в инженерной среде классификация коробок использует названные выше признаки в качестве отличительных:
По принципу работы коробки переключения передач делятся на три вида:
- ступенчатые;
- бесступенчатые;
- комбинированные.
По способу управления устройством различают:
- механические;
- автоматические;
- роботизированные.
Данная классификация не включает в себя некоторые типы коробок переключения передач, которые в силу ряда обстоятельств не получили широкого распространения.
Так, некоторые автомобили, предназначенные для людей с ограниченными физическими возможностями, оснащались полуавтоматическими трансмиссиями. По сути это обычная коробка с ручным переключением передач, агрегатированная с автоматизированным сцеплением.
В настоящее время многие автопроизводители в рамках экологических программ выпускают автомобили с гибридными силовыми установками. Конструкций таких машин достаточно много, используются самые разные схемы компоновки. В некоторых из них присутствуют коробки переключения передач, в других же в качестве привода используются электрические двигатели, не нуждающиеся в дополнительных устройствах для передачи крутящего момента.
Видео — виды коробок переключения передач автомобиля, их плюсы и минусы:
Подавляющее большинство коробок переключения передач представляют собой редуктор, с несколькими парами шестеренок. Изменение передаточного числа в них происходит дискретно, а число пар соответствует количеству ступеней.
В свою очередь, существует две основных конструктивные схемы механизмов такого рода: соосные и планетарные. Первая компоновка в основном применяется в механических коробках, а вторая – в автоматических.
Бесступенчатые механизмы называются вариаторами, в них изменение частоты вращения ведомого вала по отношению к ведущему происходит плавно без рывков. В них реализуется принцип передачи крутящего момента через промежуточный элемент, используя силу трения. Соответственно вариаторы классифицируются по типу передающего звена: клиноременные, клиноцепные, роликовые и шариковые передачи.
Механические
Агрегаты такого типа получили наибольшее распространение в Старом Свете ими оснащено около 80% от общего количества транспортных средств. В технических описаниях автомобилей механические коробки часто обозначаются аббревиатурой МКПП. Они отличаются простотой и высокой надежностью конструкции. Подробное описание принципа действия и устройства механической коробки можно найти здесь.
Вкратце работу агрегата можно описать следующим образом: на маховике двигателя установлен механизм сцепления. Ведомый диск его имеет возможность перемещаться вдоль ведущего вала в шлицах разной формы.
Сцепление обеспечивает прерывание потока мощности в момент переключения передачи. Через первичный вал крутящий момент приводит в действие через постоянную главную передачу ведущий вал коробки.
На нем установлены и жестко зафиксированы шестерни по количеству передач и еще одна для заднего хода. В постоянном зацеплении с ними находятся соответствующие детали ведомого вала. Они свободно вращаются на подшипниках, а между ними имеются стопорные кольца с синхронизаторами. Эти детали выравнивают скорости вращения ведущих и ведомых шестерней между собой и обеспечивают зацепление при включении определенной передачи.
Перемещение муфты производится специальными вилками, которые приводятся в действие специальным механизмом. Защитой от одновременного включения двух передач является замок, исключающий перемещение других устройств. Водитель осуществляет управление работой коробки при помощи специального рычага, который может устанавливаться в разных точках салона:
- на полу;
- на центральной консоли;
- на рулевой колонке;
- на панели приборов.
Передача управляющего воздействия на МКПП может передаваться непосредственно либо через специальные тросовые механизмы или кулисы.
Роботизированные
Развитие электроники и появление достаточно надежных процессоров и контролеров сделало возможным их применение в выборе режимов работы трансмиссии автомобилей. Роботизированные коробки переключения передач представляет собой проверенную временем и надежную механику, управление которой осуществляется при помощи электронного блока.
Оригинальный ODB2 сканер Scan Tool Pro Black Edition
Выполнив подключение вы сможете:
- Считывать коды ошибок и стирать их с ЭБУ.
- Вести журнал поездок и расхода топлива.
- Отображать в режиме реального времени:
- обороты двигателя;
- скорость автомобиля;
- давление масла;
- температуру охлаждающей жидкости;
- показания со всех имеющихся датчиков;
- и многое другое!
Сканер совместим с устройствами на базе iOS, Android, Windows
Подробное описание устройства таких коробок и принципа их действия можно найти здесь.
Отработка методики осуществлялась на болидах, специально созданных для участия в соревнованиях Формулы -1. В данных автомобилях сервоприводы управляют работой сцепления и переключениями передач. Время перемены передачи в них составляет от 0,01 до 0,02 с.
Существуют два способа управления функционированием роботизированной коробки передач: гидравлический и электрический. Первый вариант обеспечивает минимальное время срабатывания, но более сложен в изготовлении. Используется преимущественно на дорогих автомобилях бизнес-класса. Электрические сервомоторы применяются на бюджетных моделях и не могут похвастаться значительным быстродействием.
Основное достоинство роботизированных коробок переключения передач: жесткая механическая связь между двигателем и ведущими колесами. В сравнении с автоматическими коробками данный тип трансмиссии обладает лучшими характеристиками и меньшими потерями. Основным недостатком ее является высокая сложность и соответственно стоимость механизма.
Автоматические
Общепринятые обозначения агрегатов такого рода АКП или АКПП, они представляют собой целый комплекс устройств.
В его состав входит гидромеханическое сцепление и планетарный редуктор. Данная конструкция позволяет создавать разные передаточные соотношения в зависимости от выбранного режима работы. Развернутое описание устройства и принципа работы АКП можно найти здесь.
Планетарный механизм состоит из двух шестерней – центральной и внешней, а также расположенных между ними сателлитов. Они устанавливаются на специальном узле – водиле. Детали могут фиксироваться относительно корпуса коробки при помощи специальных механизмов, по устройству аналогичных фрикционам сцепления или ленточным тормозам.
Управление работой АКПП осуществляется при помощи гидроприводов, при этом выбор режима производится селектором. Педаль акселератора на таких автомобилях не имеет прямой механической связи с дроссельной заслонкой двигателя. При нажатии на нее происходит изменение положения клапана в гидросистеме, которая управляет работой коробки.
Видео — как устроена автоматическая коробка передач:
youtube.com/embed/QpLdaPLqX3I?rel=0&controls=0″ allowfullscreen=»» frameborder=»0″>На современных АКП выбор режима выполняется процессором, который способен адаптироваться под манеру вождения. Это позволило несколько уменьшить негативные стороны данного типа коробок переключения передач.
Так, резкое нажатие на педаль газа вызывает включение режима кикдаун, при котором переход на повышенную передачу происходит при значительно больших оборотах коленчатого вала. Разгонная динамика при этом значительно возрастает.
Вариаторы
Бесступенчатая передача обеспечивает силовому агрегату возможность работы на постоянных оборотах. Таким образом, достигаются максимальные показатели по мощности, экономичности или крутящему моменту в зависимости от выбранного режима.
Передача усилия от двигателя на ведущие колеса осуществляется без разрывов потока. С полным и точным описанием конструкции вариатора и принципа действия можно ознакомиться здесь.
Название этого устройства происходит от английского слова variable – переменная, которое входит в наименование конструкции.
CVT расшифровывается как непрерывная переменная трансмиссия, что наилучшим образом характеризует ее работы. Предусмотренное конструкцией сцепление используется исключительно для запуска и обеспечения работы двигателя во время остановки.
Существует несколько разновидностей конструкций вариаторов:
- клиноременный;
- клиноцепной;
- тороидальный.
В первом устройстве передача усилия осуществляется при помощи ремня, который находится между двумя направленными своими вершинами друг к другу конусами. Расстояние между ними изменяется в простейшем устройстве под воздействием центробежной силы, а в более сложных конструкциях под управлением электронного контролера.
Видео — что такое бесступенчатая трансмиссия (вариатор):
Клиновый ремень проваливается к центру и соответственно меняется радиус зоны его соприкосновения со шкивом. Обратная картина наблюдается на другой части конструкции.
В результате передаточное соотношение плавно изменяется. Клиноременные передачи используются на относительно небольших транспортных средствах скутерах.
Полимерные материалы не способны выдержать больших нагрузок, и малопригодны для автомобильных трансмиссий. Прочность клиноременной передачи увеличивается за счет использования пакета стальных пластин особой формы с вырезами, через которые пропущены синтетические соединительные элементы. Такие элементы применяются даже на относительно небольших кроссоверах модели Honda H-RV.
Большие усилия могут передавать торовые вариаторы, разработанные инженерами компании Ниссан. Данное устройство состоит из двух конусов с вогнутой поверхностью, находящихся на одной оси. Один из них является ведущим, а другой соответственно ведомым. Передача крутящего момента осуществляется через два ролика, которые соединяются их и образуют хорду. Наклоном этих элементов изменяются радиусы в точках соприкосновения и передаточное отношение.
Перспективы развития КПП
Объемы производства автомобилей постоянно нарастают, а продукция постоянно совершенствуется.
Общие тенденции развития коробок перемены передач наглядно демонстрируют следующее:
- Используемые конструктивные схемы усложняются и автоматизируются, яркий пример — роботизированная КПП.
- Автоматические коробки переключения передач модернизируются для максимального снижения механических потерь — применение блокиратора.
- Все более широкое использование вариаторов, как устройств, обеспечивающих оптимальные условия работы двигателя.
На общие тенденции развития автотранспорта оказывают большое влияние новые экологические требования и ограниченность запасов природных ресурсов. В частности, речь идет о жидких и газообразных углеводородах, которые служат сырьем для производства топлива. На смену двигателям внутреннего сгорания по логике вещей должны прийти электромоторы.
В настоящее время уже налажено серийное производство переходных моделей, так называемых гибридных автомобилей. Так, Lexus RX400h имеет мощный бензиновый двигатель, агрегатированный с вариатором, и два электромотора.
Существуют и другие модели, где у ДВС нет прямой механической связи с ведущими колесами. В движение они приводятся электрическими двигателями.
Нужна ли промывка двигателя при замене масла? Однозначного ответа нет.
Как ездить на автоматической коробке передач здесь рассказано простыми словами.
Рассчитать маршрут на автомобиле (https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/interesnoe-dlya-voditelej/raschet-rasstoyanij.html) используя кратчайший или оптимальный путь.
Видео о гибридных автомобилях:
Может заинтересовать:
Сравнить стоимость ОСАГО для своего авто
Добавить свою рекламу
Сканер для самостоятельной диагностики автомобиля
Добавить свою рекламу
Выбрать видеорегистратор: незаменимый гаджет для водителя
Добавить свою рекламу
Некоторые водители предпочитают видеорегистратор в виде зеркала
Добавить свою рекламу
расшифровка, принцип работы и устройство
Двигатели внутреннего сгорания, как бензиновые, так и дизельные, имеют достаточно узкий рабочий диапазон.
Механическая коробка передач необходима для обеспечения оптимального режима работы силового агрегата.
Изменения передаточного соотношения осуществляется вручную, обычно переводом рычага из одного положения в другое. Для обеспечения переключений производится разрыв потока мощности при помощи механического сцепления.
Экскурс в историю
На первых автомобилях не было привычного для нас редуктора с зубчатыми передачами, усилие на ведущие колеса передавалось ремнем. Такое устройство использовал Карл Бенц — для увеличения скорости водителю необходимо было перекинуть кольцо с одной пары шкивов на другую. Зубчатые колеса в трансмиссии впервые применил Вильгельм Майбах, в автомобилях его конструкции были механические коробки.
Передача крутящего момента от нее на ведущие колеса осуществлялась при помощи стальной цепи. Соосная коробка в начале 20 века появилась на автомобилях Луи Рено, который также является изобретателем карданного вала.
На первых порах в автомобилестроении преобладала разнесенная компоновка агрегатов, при которой редуктор располагался отдельно от силового агрегата.
Передача крутящего момента в них происходила через специальный вал, как было на модели BMW 501.
Механические коробки первых выпусков были очень сложными, управление ими требовало значительных усилий и хороших навыков. В 1928 году американский инженер Шарль Кетеринг из General Motors предложил устройство для синхронизации. Первая удачная коробка, снабженная таким механизмом, была установлена на автомобиле «Корвет». На европейском континенте лидером в разработке трансмиссий стала компания ZF.
Прочно закрепившееся название МКПП имеет следующую расшифровку аббревиатуры -механическая коробка переключения передач. Ранее в названии под первой буквой П понималось слово перемены, однако со временем оно было заменено на более подходящее по смыслу. Сокращенное наименование механической коробки в технических описаниях часто фигурирует с числом, обозначающим количество ступеней.
Современная МКПП имеет достаточно совершенное устройство, обеспечивающее, помимо переключения передач в движении, выполнение ряда функций:
- обеспечение перемещения автомобиля задним ходом;
- разобщение трансмиссии и работающего двигателя автомобиля во время кратковременных остановок;
- наличие нейтрального положения коробки позволяет выполнять пуск двигателя.
Автомобили, оснащенные такого рода трансмиссиями, при прочих равных показателях экономичнее машин с автоматической трансмиссией.
Принцип работы МКПП
Начало движения машины, медленная езда по плохой дороге вызывает большое сопротивление. Автомобилю с механической коробкой передач в таком режиме требуется максимально большой крутящий момент.
КПП при этом выполняет функции понижающего редуктора и даже при больших оборотах транспортное средство двигается с относительно небольшой скоростью. После прекращения разгона водитель переключает режим, и частота вращения коленвала вновь возвращается в оптимальный диапазон.
Равномерное перемещение по плоскости требует меньших усилий, которые и обеспечиваются повышенными передачами.
Принцип работы механической коробки передач состоит в создании соединений между ведущим (входным) валом и ведомым (выходным) через сочетания шестеренок с разным количеством зубьев. Это позволяет подстраивать трансмиссию под изменяющиеся условия движения транспортного средства.
Для чайников, как принято называть неспециалистов, принцип работы механической коробки передач можно объяснить буквально в нескольких словах. Устройство обеспечивает нормальную работу двигателя за счет изменения числа оборотов, увеличивая или уменьшая усилие на ведущих колесах. Это позволяет удерживать наилучший режим работы силового агрегата при трогании с места, разгоне и снижении скорости.
Такой принцип работы МКПП сохраняется у всех машин: и с полным, и с задним, и с передним приводом. Устройство трансмиссии в каждом из случаев имеет свои особенности, но при этом основные элементы конструкции и их назначение сохраняются. Перемена передаточного числа происходит за счет введения в действие определенной комбинации из шестеренок с разным количеством зубьев.
Данные соотношения для каждого двигателя подбираются индивидуально в ходе расчетно-конструкторских работ и натурных испытаний. При этом учитывается множество факторов и, в первую очередь, параметры двигателя. Физический принцип работы МКПП при этом остается неизменным, водитель управляет изменением режима вручную путем переведения рычага из одного положения в другое.
Видео — механическая коробка передач, принцип работы:
Наглядное представление о принципе работы МКПП можно получить после просмотра видео ролика. Схематическое анимированное изображение как нельзя лучше демонстрирует взаимодействие деталей между собой. Такие материалы обеспечивают понимание происходящих процессов, особенно при переключении режимов работы.
Устройство
Конструкция МКПП мало изменилась с тех пор, как были сделаны и запатентованы основные ее элементы. Механическая коробка переключения передач состоит из следующих деталей и узлов:
- картер;
- входной, выходной и промежуточный валы;
- синхронизаторы;
- ведущих и ведомых шестерней;
- механизма переключения передач.
Собранные в едином корпусе детали взаимодействуют между собой, обеспечивая передачу крутящего момента.
Устройство механической коробки передач зависит от особенностей конструкции и количества валов — по данному признаку они делятся на двух- и трех вальные. Последняя компоновка называется соосной и в технической литературе ее принято называть классической.
Валы и блоки шестерней
В такой конструкции ведущий и ведомый валы размещены картере коробки один за другим. В хвостовике первичного вала установлен подшипник, на который опирается конец вторичного. Отсутствие жесткой связи позволяет им вращаться независимо друг от друга с разной частотой и в разном направлении. Ниже под ними располагается промежуточный вал, передача усилия происходит через блоки шестерней установленных на указанные детали.
С целью снижения шумности редуктора, шестерни в нем делаются косозубые. При изготовлении данных деталей используется жесткая система допусков, и большое внимание уделяется качеству обработки сопрягаемых поверхностей.
На ведущем валу классической механической коробки жестко закреплено несколько шестерней разного диаметра и соответственно с разным количеством зубьев.
В отдельных случаях узел делается цельным, что обеспечивает ему максимальную прочность.
Шестерни на вторичном валу могут устанавливаться двумя способами:
- подвижно на шлицах;
- фиксировано на ступицах.
Соединение с ведущим валом в первом варианте происходит за счет продольного перемещения ведомой шестерни по шлицам до вхождения в зацепление в ведущей. Такая схема отличается простотой и надежностью и получила достаточно широкое распространение.
В другой конструкции продольное перемещение деталей исключается и соединение происходит при помощи скользящей муфты.
Видео — как происходит передача крутящего момента в МКПП:
Оригинальный ODB2 сканер Scan Tool Pro Black Edition
Выполнив подключение вы сможете:
- Считывать коды ошибок и стирать их с ЭБУ.
- Вести журнал поездок и расхода топлива.
- Отображать в режиме реального времени:
- обороты двигателя;
- скорость автомобиля;
- давление масла;
- температуру охлаждающей жидкости;
- показания со всех имеющихся датчиков;
- и многое другое!
Сканер совместим с устройствами на базе iOS, Android, Windows
youtube.com/embed/Bb7leiitIo4?rel=0″ frameborder=»0″ allowfullscreen=»»>Угловые скорости ведущего вала и ведомого уравниваются при помощи специального устройства, который называется синхронизатором. В коробках передач спортивных автомобилей или машин специального назначения вместо данных узлов могут использоваться кулачковые муфты.
Механизмы управления
За всю историю развития автотранспорта было разработано множество оригинальных конструкций. Наибольшее распространение получила компоновка, используемая в современных агрегатах.
Управление механической коробкой передач осуществляется специальной конструкцией, состоящей из следующих элементов:
- рычага;
- приводов;
- ползунов;
- вилки;
- замка;
- муфты переключения передач.
Изменения режимов работы агрегата производится водителем путем перемещения рычага из одного положения в другое. Через приводы задействуются ползуны. Защитой от одновременного включения является специальный блокирующий механизм – замок.
В трехходовых коробках он делает невозможным перемещение двух ползунов при движении третьего.
Этот узел приводит в действие вилку переключения передач, которая вызывает смещение муфты. Данная деталь представляет собой толстостенное кольцо со шлицами на внутренней поверхности. Они находятся в постоянном зацеплении с зубчатым венцом ведомого вала, по которому муфта перемещается вдоль него. Аналогичные шлицы имеются и на боковой поверхности ведомой шестерни.
При переключении передач рычаг вначале переводится в нейтраль, из которой производится выбор нужного режима. За это время синхронизатор выравнивает угловые скорости, и шестерня блокируется муфтой. Крутящий момент с первичного вала передается на вторичный и далее через главный редуктор на ведущие колеса.
Синхронизатор обеспечивает безударное переключение, при этом время его срабатывания не превышает нескольких сотых долей секунды.
Видео — устройство сцепления и МКПП, наглядный рассказ от компании Тойота:
youtube.com/embed/3P56auS8qrs?rel=0&controls=0″ allowfullscreen=»» frameborder=»0″>Мягкость работы механической коробки передач во многом зависит от общего состояния деталей и, в особенности, данного узла.
Синхронизатор представляет собой бронзовое кольцо с зубчатым венцом на внутренней стороне. При движении муфты она сначала прижимает деталь к конусной поверхности на боковине ведомой шестерни, возникшей при этом силы трения достаточно для выравнивания частоты вращения валов. После синхронизации происходит блокировка зубчатого колеса муфтой переключения.
Как переключать скорости на механической коробке передач
Эксплуатация автомобилей с МКП и управление ими имеет целый ряд особенностей, которые необходимо знать водителю. Возникает закономерный вопрос: как пользоваться механической коробкой передач? Обучение этому начинается во время обучения в автошколе, начиная от показа инструктором до наработки автоматического навыка в переключении передач.
Как переключать скорости на механической коробке передач обычно указано на схеме, нанесенной на наружную поверхность рукоятки рычага. В целом процесс выглядит следующим образом:
- водитель выжимает сцепление левой ногой;
- рукой переводит рычаг из одного положения в другое;
- плавно отпускает педаль сцепления и плавно нажимает на акселератор.
Переключения передач у механической коробки осуществляется в соответствии со схемой, которая указывается в технической документации к автомобилю. Опытные водители рекомендуют придерживаться приведенных ниже правил, которые позволят увеличить ресурс агрегата:
- использование прямой передачи (обычно четвертой) позволит значительно уменьшить потребление топлива;
- переключение скоростей на механической коробке передач следует выполнять строго в соответствии с разработанной производителем инструкцией;
- включение задней передачи производить только после полной остановки автомобиля;
- педаль сцепления выжимается быстро и до упора ее в пол, отпускать же следует плавно без рывка;
- на обледенелой или мокрой дороге движение накатом недопустимо;
- при прохождении поворотов не рекомендуется производить переключений передач;
- эффективным на свободной дороге является приемом торможения двигателем путем последовательного понижения передачи до минимальной;
- периодический контроль уровня масла в коробке и своевременная замена в процессе технического обслуживания обеспечит увеличение ее ресурса.
Видео — советы как переключать скорости на механической коробке передач:
Освоение приемов управления автомобилем требует постоянной практики. Действия инструктора показаны в мельчайших подробностях, наблюдение за ними позволит сформировать правильные мышечные реакции у начинающего водителя.
Масло для механической коробки передач
Техническое обслуживание агрегатов трансмиссии производится в соответствии с сервисной книжкой. В большинстве коробок МКПП замена эксплуатационной жидкости осуществляется через каждые 50-60 тысяч км пробега. За этот период в ней накапливаются продукты износа и теряются смазывающие свойства.
При ТО следует лить специальное трансмиссионное масло для механической коробки передач, указанное в руководстве по эксплуатации. Особенно это касается машин иностранного производства, применение несоответствующего масла может привести к износу и даже поломке агрегата.
Для ответа на вопрос какое масло в МКПП следует ознакомиться с записями в сервисной книжке, где делаются отметке о марке технической жидкости.
Специалисты рекомендуют использовать один ее вид при замене, что позволит свести к минимуму негативное воздействие на резиновые сальники. Замена масла в МКПП процедура несложная и может осуществляться самостоятельно без привлечения специалистов из автотехцентров. Это позволит сократить издержки на эксплуатацию автомобиля.
Механическая коробка передач отличается простотой конструкции и, как следствие, высокой надежностью. В Европе почти 80 процентов автомобильного парка оснащены МКПП, в нашей стране их доля еще выше.
Помимо высокой надежности, водителей привлекают и такие достоинства, как меньший расход топлива при одинаковых характеристиках двигателя. Неудобство, связанное с необходимостью ручного переключения передач, становится незаметным по мере выработки автоматизма действий.
Согласно отзывам владельцев Пежо 308, им нравится управлять автомобилем, укомплектованным механической коробкой передач.
Удобно вести поиск запчастей по VIN коду автомобиля (как), но не всегда это происходит в онлайн режиме.
Об автомобиле Renault Sandero Stepway New (https://voditeliauto.ru/poleznaya-informaciya/auto/renault/sandero-stepvej.html) сказано много лестных слов.
Видео — как переключать скорости на механической коробке передач:
Может заинтересовать:
Сравнить стоимость ОСАГО для своего авто
Добавить свою рекламу
Сканер для самостоятельной диагностики автомобиля
Добавить свою рекламу
Выбрать видеорегистратор: незаменимый гаджет для водителя
Добавить свою рекламу
Некоторые водители предпочитают видеорегистратор в виде зеркала
Добавить свою рекламу
Коробка передач.
Коробка передач
Назначение и основные функции коробок передач
Коробка передач предназначена для изменения крутящего момента, передаваемого от двигателя на ведущие колеса по величине и направлению.
Это позволяет обеспечить оптимальную силу тяги и скорость движения автомобиля, а также движение задним ходом.
Кроме того, коробка передач позволяет разобщать коленчатый вал двигателя от ведущих колес во время остановки или стоянки автомобиля или при движении накатом с работающим двигателем.
От коробки передач может производиться отбор мощности на привод дополнительного оборудования.
Преобразующие свойства коробки передач характеризуются величиной передаточных чисел.
Передаточным числом называют отношение числа зубьев ведомого зубчатого колеса к числу зубьев ведущего зубчатого колеса или отношение частоты вращения ведущего зубчатого колеса к частоте вращения ведомого колеса. Общее передаточное число какой-либо передачи определяется как произведение передаточных чисел всех пар зубчатых колес, участвующих в передаче крутящего момента на данной передаче, или как отношение частоты вращения входного вала (ωвх) к частоте вращения выходного вала (ωвых):
Uкп i = ωвх/ ωвых i.
Изменение передаточного отношения позволяет:
- при постоянной мощности двигателя увеличивать силу тяги на ведущих колесах пропорционально увеличению сил сопротивления движению и тем самым обеспечивать проходимость и улучшать топливную экономичность автомобиля;
- двигаться с малыми скоростями, которые не могут быть обеспечены двигателем внутреннего сгорания, с максимальными или заданными скоростями движения;
- обеспечивать интенсивный разгон автомобиля.
Высокие тяговые качества и экономичность автомобиля обеспечиваются заданным диапазоном и плотностью ряда передаточных чисел коробки передач.
Диапазоном передаточных чисел называется отношение общего передаточного числа низшей передачи к общему передаточному числу высшей передачи, который на современных автомобилях высокой проходимости может быть от 10 до 13.
Отношение передаточных чисел соседних передач называется плотностью ряда передаточных чисел. Чем больше число передач, тем выше плотность ряда.
Увеличение числа передач, с одной стороны, сопровождается лучшим использованием мощности двигателя, повышением топливной экономичности, с другой стороны, увеличением массы, усложнением конструкции и снижением надежности, а также затруднением выбора оптимальной для данного режима движения передачи.
***
Классификация коробок передач
По характеру изменения передаточных чисел коробки передач подразделяются на бесступенчатые, ступенчатые и комбинированные.
Бесступенчатые коробки передач применяются в бесступенчатых трансмиссиях. В качестве бесступенчатых коробок передач на автомобилях применяют гидравлические трансформаторы, вариаторы, гидрообъемные и электрические передачи. Они способны плавно изменять величину крутящего момента в автоматическом режиме.
Однако диапазон изменения передаточного числа у таких коробок передач невелик, поэтому чаще их применяют в сочетании с механическими ступенчатыми коробками передач для расширения диапазона передаточных чисел. Такие коробки передач называются комбинированными.
Механические ступенчатые коробки передач отличаются простотой, надежностью и удобством в техническом уходе, но с их помощью можно изменять крутящий момент лишь ступенчато (скачкообразно). Это сопряжено с определенными динамическими нагрузками на двигатель и трансмиссию, особенно, если управляет автомобилем водитель недостаточной квалификации.
В механических ступенчатых коробках передач выбор оптимального передаточного числа (оптимальной передачи) осуществляется водителем вручную. Каждая передача способна обеспечивать движение автомобиля в узком интервале тяговых усилий, передаваемых ведущим колесам, определяемых частотами вращения коленчатого вала, близкими к номинальной частоте.
Тем не менее, в настоящее время ступенчатые коробки передач широко применяются на многих автомобилях.
К отдельному типу механических КПП относятся роботизированные коробки передач, или коробки-роботы. От обычных ступенчатых механических коробок передач классического типа их отличает то, что управление сцеплением и переключением передач осуществляется автоматически при помощи специальных сервоустройств и приводов, которые, чаще всего, управляются электроникой.
Такие коробки сочетают в себе достоинства автоматических КПП, освобождая водителя от обязанностей по управлению, и механических КПП, отличающихся простотой конструкции, низкой стоимостью, надежностью и способствующих топливной экономичности и динамичности автомобиля.
***
Ступенчатые коробки передач
Главная страница
Дистанционное образование
Специальности
Учебные дисциплины
Олимпиады и тесты
Идентификация и классификация неисправностей коробки передач с помощью сверточных нейронных сетей
Сигналы вибрации коробки передач чувствительны к наличию неисправности. Основываясь на сигналах вибрации, в этой статье представлена реализация сверточной нейронной сети (CNN) алгоритма глубокого обучения, используемой для идентификации и классификации неисправностей в коробках передач. Рассмотрены различные комбинации шаблонов условий на основе некоторых основных условий неисправности. Используются 20 тестовых примеров с различными комбинациями шаблонов условий, где каждый тестовый пример включает 12 комбинаций различных базовых шаблонов условий.Сигналы вибрации предварительно обрабатываются с использованием статистических измерений сигнала во временной области, таких как стандартное отклонение, асимметрия и эксцесс. В частотной области спектр, полученный с помощью БПФ, делится на несколько полос, и для каждой из них рассчитывается среднеквадратичное значение (RMS), чтобы энергия сохраняла свою форму на пиках спектра. Достигнутая точность свидетельствует о высокой надежности предлагаемого подхода и его применимости при диагностике неисправностей промышленного поршневого оборудования.По сравнению с одноранговыми алгоритмами настоящий метод показывает лучшие характеристики при диагностике неисправностей коробки передач.
1. Введение
Редукторы играют решающую роль в системах механической трансмиссии, используются для передачи мощности между валами и, как ожидается, будут работать в производственной системе 24 часа в сутки. Любые сбои в работе редукторов могут привести к нежелательным простоям, дорогостоящему ремонту и даже человеческим жертвам. Поэтому очень важно обнаруживать и диагностировать неисправности на начальной стадии [1–4].Как эффективный компонент технического обслуживания по состоянию, диагностика неисправностей привлекла большое внимание для обеспечения безопасной работы редукторов [5, 6].
Идентификация неисправностей машины может выполняться с помощью различных методологий, таких как анализ сигнатуры вибрации, анализ сигнатуры смазки, анализ сигнатуры шума и мониторинг температуры. Состояние редуктора может быть отражено с помощью таких измерений, как вибрационные, акустические, тепловые, электрические и масляные сигналы [7–12]. Из вышеперечисленного диагностика по вибрации является наиболее распространенной по той причине, что каждая машина считается имеющей нормальный спектр до тех пор, пока не произойдет неисправность, при которой спектр изменится [13, 14].Доказано, что вибрационные сигналы отражают исправное состояние вращающегося оборудования. При диагностике неисправностей коробки передач на основе вибрации Wang et al. В [15] предложено применение локальной средней декомпозиции сигнала вибрации для диагностики тихоходной косозубой коробки передач. Hong et al. [16] исследовали измерения вибрации для обнаружения неисправности планетарного редуктора. Характеристики вибрации как во временной, так и в частотной областях были проанализированы Lei et al. [17] для диагностики планетарных редукторов.
Существуют различные исследования алгоритмов обнаружения и диагностики неисправностей в коробках передач; Среди них — опорные векторные машины и искусственная нейронная сеть. Спектр огибающей на основе опорных векторных машин был предложен Guo et al. [18], чтобы классифицировать три состояния здоровья планетарных редукторов. Для диагностики неисправностей коробки передач была предложена модель интеллектуальной диагностики, основанная на машине опорных векторов вейвлетов (SVM) и иммуногенетическом алгоритме (IGA) [19]. IGA был разработан для определения оптимальных параметров SVM вейвлета с максимальной точностью и возможностью обобщения.Tayarani-Bathaie et al. [20] предложили динамическую нейронную сеть для диагностики неисправности газовой турбины. Искусственная нейронная сеть в сочетании с эмпирической модовой декомпозицией была применена для автоматической диагностики неисправностей подшипников на основе сигналов вибрации [21]. Среди всех типичных классификаторов семейство классификации опорных векторов (SVC) (то есть стандартный SVC и его варианты) привлекло большое внимание из-за их выдающихся характеристик классификации. Согласно исследованиям, семейство SVM получило хорошие результаты по сравнению с одноранговыми классификаторами.
Недавно глубокое обучение получило большой успех в области классификации. Глубокое обучение получило лучшую классификацию благодаря более глубокому представлению дефектных функций. До сих пор были представлены различные сети глубокого обучения, такие как сеть глубоких убеждений [22], глубокие машины Больцмана (DBM) [23], глубокий автокодировщик [24] и сверточные нейронные сети [25], но немногие из них использовались для случаи диагностики неисправностей. Tran et al. [26] представили применение сетей глубокого доверия для диагностики клапанов поршневых компрессоров.Тамилсельван и Ван [27] использовали классификацию состояния здоровья, основанную на глубоком обучении, для набора данных радужной оболочки глаза, набора данных о вине, набора данных диагноза рака груди Висконсина и набора данных кишечной палочки. В ограниченных отчетах для диагностики неисправностей использовалась структура глубокого обучения, обычно с одной функцией.
В этой статье представлено исследование применения сверточной нейронной сети для идентификации и классификации неисправностей редукторов. Сверточная нейронная сеть (CNN) — это тип искусственной нейронной сети с прямой связью.Его отдельные нейроны расположены так, что они реагируют на перекрывающиеся области в поле зрения [28]. CNN и его разновидности — широко используемые модели для распознавания изображений и видео [29, 30]. В данной работе он используется как классификатор для диагностики неисправностей коробки передач.
Наиболее успешные методы диагностики неисправностей на основе вибрации состоят из двух основных этапов: выделения чувствительных признаков и классификации шаблонов состояний. В диагностике неисправностей на основе вибрации наиболее часто используемые функции были сгенерированы из временного [31], спектрального [32], вейвлетного [33] и других представлений сигналов.Различные представления можно рассматривать как разные наблюдения за сигналами вибрации [34]. В этой работе статистические измерения, такие как стандартное отклонение, асимметрия и эксцесс, вычисляются на основе полученных данных во временной области. В частотной области спектр, полученный с помощью БПФ, делится на несколько полос. Для каждой полосы рассчитывается среднеквадратичное значение, чтобы энергия сохраняла свою форму на пиках спектра. Формируются векторы признаков предварительно обработанного сигнала, которые используются в качестве входных параметров для CNN.Важно отметить, что тестирование проводится при пяти различных частотах вращения, и для каждого из них применяются четыре различных режима нагрузки, что имитирует наиболее вероятный сценарий промышленного применения.
Остальная часть этого документа имеет следующую структуру. Модель CNN и метод извлечения статистических признаков представлены в разделе 2; Раздел 3 объясняет механические условия для эксперимента; В разделе 4 представлена реализация классификатора на основе модели CNN; а в разделе 5 показаны полученные результаты и их оценка.Наконец, сделаны некоторые выводы.
2. Методологии
В этом разделе мы сначала представляем представления сверточной нейронной сети. Затем вводится метод извлечения чувствительных признаков, при котором некоторые классические статистические параметры рассчитываются на основе времени и частоты.
2.1. Глубокое обучение с помощью сверточной нейронной сети
Сверточная нейронная сеть была вдохновлена структурой зрительной системы [35] и, в частности, ее моделями, предложенными [36].Первые вычислительные модели основаны на локальной связи между нейронами и на иерархически организованных преобразованиях изображения в неокогнитроне Фукусимы [37]. ЛеКун и его сотрудники, развивая эту идею, спроектировали и обучили сверточные сети с использованием градиента ошибок, в которых были получены самые современные характеристики [38, 39] для нескольких задач распознавания образов. Современное понимание физиологии зрительной системы согласуется со стилем обработки, обнаруженным в сверточных сетях в литературе [40].На сегодняшний день системы распознавания образов, основанные на сверточных нейронных сетях, являются одними из самых эффективных систем [41]. Это было ясно продемонстрировано для распознавания рукописных символов [38], которое на протяжении многих лет служило эталоном машинного обучения.
Типичная сверточная нейронная сеть [38] состоит из слоев двух типов: сверточные слои и слои субдискретизации. Каждый слой имеет топографическую структуру.
В каждом месте каждого слоя есть несколько разных нейронов.У каждого есть свой набор входных весов, связанный с нейронами в прямоугольной области на предыдущем слое. Тот же набор весов, но другой входной прямоугольный участок связан с нейронами в разных местах.
На рисунке 1 представлена архитектура типичных сверточных нейронных сетей, в которых ранний анализ состоит из чередующихся операций свертки и подвыборки, в то время как последний этап архитектуры состоит из общей многослойной сети: несколько последних слоев (ближайших к выходам) будут полностью связаны одномерные слои.CNN работают с двумерными данными, так называемыми картами, напрямую, в отличие от обычных нейронных сетей, которые объединяют их в векторы. Обычно сверточные слои перемежаются слоями подвыборки, чтобы сократить время вычислений и постепенно создать дополнительную пространственную и конфигурационную инвариантность. Небольшой коэффициент подвыборки желателен для одновременного сохранения специфичности.
Сверточные слои продвигаются вперед с получением обновлений обратного распространения в сети, которые составляют карты признаков путем свертки ядер по картам признаков в слоях под ними.В сверточном слое карты характеристик предыдущего слоя связываются с обучаемыми ядрами и проходят через функцию активации для формирования выходной карты характеристик. Каждая выходная карта может комбинировать свертки с несколькими входными картами. В общем, он рассчитывается следующим образом [41]: где представляет собой набор входных карт характеристик; — й слой в сети, представляет собой матрицу; здесь — размер сверточных ядер; — активная функция нелинейности, обычно гиперболический тангенс или сигмовидная функция.Каждой выходной карте дается аддитивное смещение; для конкретной выходной карты входные карты будут свёрнуты с разными ядрами. То есть, если output map и map оба суммируются по входной карте, то ядра, применяемые к map, различны для выходных карт и.
Слой субдискретизации создает субдискретизированные версии входных карт. Если есть входные карты, то будут именно выходные карты, хотя выходные карты будут меньше. Более формально [41], где представляет функцию субдискретизации.Обычно эта функция суммирует по каждому отдельному блоку на входной карте функций, так что выходная карта функций будет в раз меньше по обоим пространственным измерениям. Каждой выходной карте дается собственное мультипликативное смещение и аддитивное смещение.
Чтобы различать классы, добавлен полностью связанный выходной слой с нейронами. Выходной слой принимает в качестве входных данных объединенные карты признаков слоя под ним, обозначающие вектор признаков, где — вектор смещения, а — матрица весов.
,, и модели — параметры, доступные для обучения. Обучение осуществляется с использованием градиентного спуска, который может быть эффективно реализован с использованием сверточной реализации алгоритма обратного распространения ошибки, как показано в [41]. Должно быть ясно, что, поскольку ядра применяются ко всем входным картам, в модели гораздо больше связей, чем весов; то есть веса общие. Это упрощает изучение глубинных моделей по сравнению с обычными нейронными сетями с прямой связью и обратным распространением, так как здесь меньше параметров, а градиенты ошибок стремятся к нулю медленнее, поскольку каждый вес имеет большее влияние на конечный результат.
2.2. Статистические характеристики сигналов вибрации редуктора
Состояние редуктора может быть отражено с помощью информации, содержащейся в различных характеристиках в частотной и временной области. Из набора сигналов, полученных в результате измерений вибраций при различных скоростях и нагрузках, получаются характеристики в частотной и временной области. Из группы графиков выбираются значения, которые можно использовать в качестве входных параметров для CNN. Шестьдесят процентов набора образцов используются для обучения CNN, а сорок процентов — для тестирования.
2.2.1. Статистические характеристики временных данных
Обычно статистические параметры являются хорошими показателями для извлечения информации о состоянии. В этом исследовании используются статистические измерения, такие как стандартное отклонение, асимметрия и эксцесс для каждого узла. Стандартное отклонение, асимметрия и эксцесс вычисляются из полученных данных во временной области; формулы, используемые для этого, показаны в таблице 1, где — ожидаемое значение. Корректирующее смещение используется для оценки асимметрии и эксцесса.Стандартное отклонение, асимметрия и эксцесс, оцениваемые для каждого из сигналов вибрации, используются для обучения и тестирования CNN. Их оценка выполняется с использованием стандартных функций MATLAB.
| ||||||||||||||||||||