Строение коробки передач: Устройство механической коробки передач автомобиля

Устройство механической коробки передач автомобиля

Механическая трансмиссия автомобиля предназначена для изменения крутящего момента и передачи его от двигателя к колесам. Она отсоединяет двигатель от ведущих колес машины. Объясним для начинающих автолюбителей и чайников из чего состоит механическая коробка передач и как работает.

Из чего состоит

• картера, первичного, вторичного и промежуточного валов с шестернями;
• дополнительного вала и шестерни заднего хода;
• синхронизаторов;
• механизма переключения передач с замковым и блокировочным устройствами и рычага переключения.

Схема работы: 1 — первичный вал; 2 — рычаг переключения; 3 — механизм переключения; 4 — вторичный вал; 5 — сливная пробка; 6 — промежуточный вал; 7 — картер.

Картер

Содержит основные детали трансмиссии. Он крепится к картеру сцепления, который закреплен на двигателе. Т.к. при работе шестерни испытывают большие нагрузки, они должны хорошо смазываться. Поэтому картер наполовину своего объема залит трансмиссионным маслом.

Валы

Вращаются в подшипниках, установленных в картере. Они имеют наборы шестерен с различным числом зубьев.

Синхронизаторы

Необходимы для плавного, бесшумного и безударного включения передач, путем уравнивания угловых скоростей вращающихся шестерен.

Механизм переключения

Служит для смены передач в коробке и управляется водителем с помощью рычага из салона авто. При этом замковое устройство не позволяет включаться одновременно двум передачам, а блокировочное устройство удерживает их от самопроизвольного выключения.

Требования к коробке передач

• высокий КПД
• легкость управления и безударное переключение и бесшумность работы
• невозможность включения одновременно двух передач или заднего хода при движении вперед
• надежное удержание передач во включенном положении
• простоту конструкции и небольшую стоимость, малые размеры и массу, удобство обслуживания и ремонта

Чтобы удовлетворить первое требование, необходимо правильно выбрать число ступеней и их передаточные числа. При увеличении числа ступеней обеспечивается лучший режим работы двигателя с точки зрения динамичности и экономии топлива. Но усложняется конструкция, возрастают габаритные размеры, масса трансмиссии. Передачи переключают с помощью подвижных шестерен, зубчатых муфт, синхронизаторов, фрикционных или электромагнитных устройств. Для безударного переключения устанавливают синхронизаторы, которые усложняют конструкцию, а также увеличивают размеры и массу трансмиссии. Поэтому наибольшее распространение получили те, в которых высшие передачи переключают синхронизаторами, а низшие — зубчатыми муфтами.

Как работают шестерни

Разберемся на примере как происходит изменение величины крутящего момента (числа оборотов) на различных передачах.

а) Передаточное отношение одной пары шестерен.

Возьмем две шестерни и сосчитаем число зубьев. Первая шестеренка имеет 20 зубьев, а вторая 40. Значит при двух оборотах первой шестерни, вторая сделает только один оборот (передаточное число равно 2).

б) Передаточное отношение двух шестерен.

На рисунке б) у первой шестерни («А») 20 зубьев, у второй («Б») 40, у третьей («В») — 20, у четвертой («Г») — 40. Дальше простая арифметика.

Первичный вал и шестерня «А» вращаются со скоростью 2000 об/мин. Шестерня «Б» вращается в 2 раза медленнее, т.е. она имеет 1000 об/мин, а т.к. шестерни «Б» и «В» закреплены на одном валу, то и третья шестеренка делает 1000 об/мин. Тогда шестерня «Г» будет вращаться еще в 2 раза медленнее — 500 об/мин. От двигателя на первичный вал приходит — 2000 об/мин, а выходит — 500 об/мин. На промежуточном валу в это время — 1000 об/мин.

В данном примере передаточное число первой пары шестерен равно двум, второй пары шестерен тоже — двум. Общее передаточное число схемы 2х2=4. Т.е. в 4 раза уменьшается число оборотов на вторичном валу, по сравнению с первичным. А если выведем из зацепления шестерни «В» и «Г», то вторичный вал вращаться не будет. Прекращается передача крутящего момента на ведущие колеса авто, что соответствует нейтральной передаче.

Задняя передача, т.е. вращение вторичного вала в другую сторону, обеспечивается дополнительным, четвертым валом с шестерней заднего хода. Дополнительный вал необходим, чтобы получилось нечетное число пар шестерен, тогда крутящий момент меняет направление:

Схема передачи крутящего момента при включении задней передачи: 1 — первичный вал; 2 — шестерня первичного вала; 3 — промежуточный вал; 4 — шестерня и вал передачи заднего хода; 5 — вторичный вал.

Передаточные числа

Поскольку в «коробке» имеется большой набор шестерен, то вводя в зацепление различные пары, имеем возможность менять общее передаточное отношение. Давайте посмотрим на передаточные числа:

Передачи	ВАЗ 2105	ВАЗ 2109
I	3,67	3,636
II	2,10	1,95
III	1,36	1,357
IV	1,00	0,941
V	0,82	0,784
R(Задний ход)	3,53	3,53

Такие числа получаются, в результате деления количества зубьев одной шестерни на число зубьев второй и далее по цепочке. Если передаточное число равно единице (1,00), то значит, что вторичный вал вращается с той же угловой скоростью, как первичный. Передачу, на которой скорость вращения валов уравнена, называют – прямой. Как правило, это — четвертая. Пятая (или высшая) имеет передаточное число меньше единицы. Она нужна для езды по трассе с минимальными оборотами двигателя. Первая и передача заднего хода — самые «сильные». Двигателю не трудно крутить колеса, но машина движется медленно. А при движении в гору на «шустрых» пятой и четвертой передачах мотору не хватает сил. Поэтому приходится переключаться на более низкие, но «сильные» передачи.

Первая передача необходима для начала движения, чтобы двигатель смог сдвинуть с места тяжелую машину. Далее, увеличив скорость и сделав некоторый запас инерции, можете переключиться на вторую передачу, более «слабую», но более «быструю», затем на третью и так далее. Обычный режим движения – на четвертой (в городе) или пятой (на трассе) — они самые скоростные и экономичные.

Какие бывают неисправности

Обычно появляются в результате грубой работы с рычагом переключения. Если водитель постоянно «дергает» рычаг, переводит его из одной передачи в другую быстрым, резким движением — это приведёт к поломке. При таком обращении с рычагом, обязательно выйдут из строя механизм переключения или синхронизаторы.
Рычаг переключения переводится спокойным плавным движением, с микропаузами в нейтральной позиции, чтобы сработали синхронизаторы, оберегающие шестерни от поломок. При грамотном обращении и периодической замене масла в «коробке», трансмиссия не сломается до конца срока службы.

Шум при работе, зависящий в основном от типа установленных шестерен, значительно уменьшается при замене прямозубых шестерен косозубыми. Правильная работа также зависит от обслуживания в срок.

Строение коробки 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. Другим преимуществом трехвальных коробок передач является относительная

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.

Устройство и работа многоступенчатой коробки передач КАМАЗ

Коробка передач МАЗ Устройство коробки передач автомобиля МАЗ

Основные признаки и причины неисправностей коробки передач автомобиля

Диагностика КПП — порядок проведения работ и рекомендации

Диагностика КПП

Коробка передач – это механизм трансмиссии, который увеличивает или уменьшает обороты двигателя и имеет большое значение при управлении автомобилем, так как передает крутящий момент на колеса. Ее активное применение незаменимо при езде по ухабистым дорогам, при необходимости частой смены уровня скорости автомобиля. Водитель путем изменения положения рычага кулисы сообщает определенный импульс, и начинает движение конкретная шестерня. Также коробка передач отвечает и за задний ход автомобиля. Определенные части механизма отвечают за стоянку автомобиля, отвечая за разъединение мотора и колес. Езда с неисправной КПП может закончится плачевно, так что в ваших интересах поддерживать данный узел в исправном состоянии. Регулярная диагностика коробки передач поможет вам в этом.

Общие сведения

Различают следующие типы коробок:

• Механические,
• Автоматизированные,
• Роботизированные,
• Вариаторные.

В первых 2-х типах крутящий момент изменяется постепенно, по такому принципу действия работают механическая (МКПП) и автоматизированная (АКПП) коробки. Поэтому их относят к ступенчатым коробкам.

У роботизированной КПП функция управлением сцеплением лежит на сервоприводах, которые в свою очередь, управляются электроникой. Однако по сути такой тип коробки близок к «механике».

Бесступенчатый принцип работы лежит в основе вариатора. Крутящий момент тут преобразовывается гидравликой либо механически. Поэтому здесь возможно бесконечное количество скоростных режимов.

Внутри коробок расположены несколько зубчатых шестеренок, а сама система включает до 5-8 скоростей вместе с задним ходом. Однако это зависит от типовых характеристик и параметров мотора и иных факторов, которые предусматривают конструкторы.

Меняются скорости благодаря перемещению и зацепу друг за друга шестеренок. Также этот процесс вовлекает синхронизацию крутящего момента и момента движения колес.

Эти шестеренки управляются либо вручную при наличии механической коробки передач, либо автоматически, когда речь идет об автоматической коробке передач (АКПП).

Строение коробки передач

Коробка состоит из нескольких узлов, каждый из которых выполняет определенную функцию, синхронизируясь со следующим в системе.

Первым узлом является непосредственно корпус коробки, соединяя весь механизм в единое целое. В него также входят блоки шестеренок, обгонные муфты, а также блок, обеспечивающий возможность заднего хода.

Все эти детали, а в особенности шестеренки, должны быть обильно смазаны, чтобы избежать ненужного трения. Для этого картер заполняется машинным маслом до определенного уровня.

Существуют также различного рода подшипниковые детали, которые имеют различную комплектацию. Все детали коробки расположены в картере. У каждого такого блока деталей свой пакет шестерней с различным количеством зубьев.

Автомат и механика – самые распространенные типы трансмиссии, поэтому далее речь пойдет о них подробнее.

Отличие механики и автоматики

Механическая коробка передач

Плюсы:

• Более быстрая динамика разгона.
• Экономия топлива при возможности движения «накатом», ускоренном переключении скоростей
• Низкий расход масла (3 литра против 6-8 л на автомат)
• Более быстрый запуск двигателя зимой
• Простой и недорогой ремонт практически в любом сервисном центре
• Пробуксовка в условиях глубокого снега пройдет без перегрева масла

Минусы:

• Определенные трудности при первом знакомстве с МКПП. Непринужденный старт с места и подъем требует сноровки и привычки
• Есть риск сжечь сцепление, особенно для начинающих водителей.
• Уменьшает ресурс двигателя, так как на «механике» вы можете его раскручивать безгранично

Автоматическая коробка передач

Плюсы:

• Если хотите, чтобы разгон был на «уровне», есть 6- и 7-ступенчатые коробки с 2 дисками сцепления. Они не уступают механике в скорости, а где-то и превосходят её.
• Для пониженного расхода топлива выбирайте современные модели с 6 и более ступенями
• Комфортное трогание с места и приятная езда даже для тех, кто за рулем первый раз
• Повышенный ресурс двигателя и трансмиссии за счет точного контроля оборотов и отсутствия перегрева мотора

Минусы:

• Медленный разгон при классической 4-х ступенчатой коробке
• Классическая АКПП – это всего 4 ступени
• Большой расход масла (от 6 литров)
• Завести машину в холодных условиях сложнее, чем при наличии механики
• Модели авто с коробкой-«автомат» дороже
• Дорогостоящий ремонт

Когда нужно проводить диагностику?

Коробка в авто – очень важная деталь, которая делает машину управляемой. Когда вы трогаетесь с места, сдаете задним ходом, буксуете или останавливаетесь, вы задействуете этот узел. Поэтому не стоит пренебрегать диагностическими работами в профилактических целях или при подозрении на неисправность КПП.

Конкретная периодичность проведения таких работ зависит от интенсивности эксплуатации ТС, его возраста, пробега, стиля езды и других факторов.

Признаки неисправностей

Для механической и автоматизированной коробок, конечно, эти признаки разнятся. Например, для водителя, обладателя «автомата», такими предупреждениями станут:

• включение аварийного режима коробки,
• наличие потёков, признаки смазочных составов на корпусе КПП,
• пробуксовка при трогании с места,
• неравномерный набор скорости,
• шумы и посторонние звуки в коробке.

Если вы ездите на «механике», насторожитесь, если:

• стало затруднительно переключать передачи,
• коробка шумит, стоя на «нейтралке»,
• коробка издает шум при включении 1 и/или последующих передач,
• передачи переключаются самопроизвольно,
• подтекает масло.

К чему может привести отсутствие диагностики

Неприятный момент – в АКПП одна неисправность может стать причиной еще 2-3 поломок, поэтому не запускайте ситуацию и проводите осмотр в ближайшее время. Если простые неполадки можно обнаружить и определить самостоятельно при внешнем осмотре авто, то для диагностики более серьезных этого уже будет недостаточно – понадобится специализированное оборудование автомастерских, что влечет за собой расходы и временные, и денежные.

Ездить с неисправной КПП крайне опасно, так как нарушается управляемость автомобилем, и ТС может повести себя на дороге непредсказуемо.

Поэтапное проведение работ

Диагностика КПП проходит в несколько этапов, так как коробка переключения передач – сложный многофункциональный механизм и ваша задача – удостовериться в исправности каждой составляющей. Начать нужно с подготовки. Она включает в себя подготовку места для проведения диагностики и подготовку нужного инструмента.

Для АКПП

Этап 1: проверка уровня и состояния масла. Для этого заводим авто и переключаем коробку в режим «паркинг» (P). На холостых оборотах вытаскиваем щуп, протираем его и вставляем обратно. Вытаскиваем и сверяем по отметкам уровень масла. Протираем щуп белой бумагой и оцениваем чистоту масла – в нем не должно быть стружки, мусора и других включений. Оцените и цвет масла. В идеале оно должно быть красным, если цвет темнее, то его нужно менять.

Этап 2: прослушка. Опытное ухо водителя уловит наличие посторонних шумов в разных рабочих режимах коробки: на стоянке, при старте, при сдавании задним ходом, при ускорении и сбрасывании скорости. Подумайте заранее, где вы сможете сымитировать все эти ситуации. На этом этапе также проверяется шлейф ЭБУ, соленоиды, проводится очистка датчиков от масла.

Как правило, на слух определяются незначительные проблемы, исправить которые можно за час. Однако не стоит пренебрегать этим этапом, так как маленькая, но вовремя не выявленная проблема может разрастись в дорогой ремонт.

Этап 3: прощупывание. Этот этап диагностики наступает, как правило, после того, как были обнаружены проблемы с электроцепью. Самым простым методом в этом случае является снятие поддона. Более сложный – снятие кодов – потребует знания ошибок и умения подключать свой планшет или смартфон к «мозгам» автомобиля. На этом этапе диагностики может быть полезно замерить давление в линиях, проверить исправность проводки,

Этап 4: Stell-тест (стояночный тест).

• Переведите рычаг в режим «P», активируйте и основные, и вспомогательные тормоза.
• Колеса плотно заблокируйте упорами-«башмаками». Обеспечьте отсутствие людей и животных спереди и сзади машины (во избежание жертв при неисправности тормозной системы).
• Переведите селектор в положение «D».
• Выжмите полностью педаль газа.
• Зафиксируйте максимальные обороты двигателя. Сверьте это значение с тем, которое указывается производителем.
• Перейдите на положение «N» («нейтралку») и остудите слегка мотор, дав ему поработать несколько минут вхолостую.

Этап 5: проверка при езде. Заметьте, как коробка ведет себя при движении, выбрав для езды. равномерный участок дороги. Не должно появляться посторонних шумов, передачи должны переключаться своевременно, без задержек или опережения, не должно быть пробуксовок.

Этап 6: разборка. Требуется для тщательного осмотра и обнаружения критических неполадок в работе коробки, например, износе регулировочного троса. Признаками этой проблемы являются преждевременное переключение передач на завышенных или заниженных оборотах.

Для МКПП

Большинство проблем с «механикой» объясняется износом деталей, поэтому диагностика МКПП потребует разборки этого узла:

• Поддомкратьте машину или подвесьте ее при возможности. Отдельно закрепите коробку, что поможет избежать ее падения при отсоединении от двигателя.
• Отсоедините от этого узла все шлейфы, провода и другие элементы, мешающие его демонтажу.
• Слейте масло.
• Если у вас заднеприводная модель, придется отсоединить кардан, на переднеприводных авто – снять колеса, отсоединить шарниры равных угловых скоростей и некоторые элементы подвески.
• Выкрутить болты крепления КПП к мотору.
• Снять крепления подвесных опорных подушек.
• Отсоединить узел, разобрать его и провести диагностику состояния.

Заключение

Диагностика коробки передач в автомобиле позволит своевременно обнаружить неполадки в этом узле. Теперь, когда вы знаете, как проводить такие работы, дорогостоящего ремонта этого узла можно будет избежать. Помните, что коробка отвечает за управляемость и маневренность автомобиля на дороге – важные характеристики, связанные с вашей безопасностью и безопасностью жизни и имущества других участников движения.

Диагностика КПП для марок

Оформить ОСАГО

Оформление диагностической карты

Оформление ОСАГО без похода в офис (полис придет на Email сразу после оплаты)

Большой выбор страховых компаний

Без скрытых комиссии и переплат

Рассчитать стоимость

Другие работы

Прайс обновлен:

05.12.2020

Назначение и общее устройство коробки передач

Категория:

   Устройство эксплуатация камаз 4310

Публикация:

   Назначение и общее устройство коробки передач

Читать далее:

Назначение и общее устройство коробки передач

На автомобиле КамАЗ-4310 установлена коробка передач модели.

Коробка передач предназначена для изменения крутящего момента по величине и направлению, передачи крутящего момента от сцепления на карданный вал привода раздаточной коробки, длительного отключения работающего двигателя от трансмиссии и отбора мощности на дополнительное оборудование.

Коробка передач механическая, пятиступенчатая, трехходовая с синхронизаторами на 2 и 3, 4 и 5 передачах.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Привод управления механический, дистанционный.

Передаточные числа передач: первой — 7,82; второй — 4,03; третьей — 2,50; четвертой—1,53; прямой—1,0; заднего хода — 7,38.

Смазка (8,5 л) комбинированная (под давлением смазываются подшипники шестерен вторичного вала, разбрызгиванием — подшипники валов и зубья шестерен).

Применяемое масло: ТСп-15к (до -30°С), ТМ5-12РК (до — 50 °С), заменитель — смесь масла ТСп-15к с 10…15% топлива А, 3 (до — 45 °С).

Коробка передач прикреплена к картеру сцепления восемью шпильками, по четыре с каждой стороны. Верхние шпильки ввернуты в картер сцепления, нижние — в картер коробки передач.

Она состоит из следующих основных узлов: картера, верхней крышки с механизмом переключения передач, первичного вала в сборе, вторичного вала в сборе, промежуточного вала в сборе, блока шестерен заднего хода.

Управление коробкой передач осуществляется с помощью дистанционного привода.

Рекламные предложения:

Читать далее: Устройство основных узлов коробки передач

Категория: — Устройство эксплуатация камаз 4310

Главная → Справочник → Статьи → Форум

Устройство автомобиля: Автоматическая трансмиссия: История, устройство, применение

Пришедшая к нам из середины прошлого столетия автоматическая трансмиссия значительно потеснила на рынке  легковых автомобилей механическую коробку переключения передач и продолжает уверенно конкурировать с вариаторными и роботизированными трансмиссиями.

При этом высокую стоимость самого агрегата, сложность его обслуживания и повышенный расход топлива по сравнению с механическими КПП сбрасывать со счетов нельзя.  Действительно ли АКПП так хороши, или их успех – лишь следствие стремления водителей к комфорту и недоверия к собственной способности водить на «механике»?

Зачем нужна АКПП

Изначально простейшая АКПП была применена на автомобиле как устройство, освобождавшее автомобилиста от необходимости переключения передач вручную.  Механические коробки переключения передач в 50х годах зачастую не имели синхронизаторов, что требовало двойного выжима сцепления при переключении  —  на этом фоне даже первые двухступенчатые автоматы выглядели очень выгодно.

В данный момент трансмиссии с автоматическим переключением передач уже имеют более четко сформулированные преимущества:

• Гидротрансформаторная АКПП может переключать передачи, не разрывая потока мощности, что важно, например, на бездорожье
• Долговечность двигателя и агрегатов трансмиссии повышается за счет способности гидротрансформатора частично поглощать динамические нагрузки, а самой АКПП – снизить вероятность пользовательской ошибки.
• АКПП легче в освоении начинающим водителем, трансмиссия такого типа позволяет новичку не отвлекаться на переключение передач и сфокусироваться на дорожной ситуации
• АКПП облегчает трогание в сложных условиях – например, в горку

Но, возможно, главным преимуществом автоматической коробки передач перед механической как было, так и осталось отсутствие необходимости постоянно вмешиваться в работу трансмиссии.

История АКПП

Первым запатентовал прототип современной автоматической коробки передач канадский инженер Альфред  Мунро в 1921 году. Впрочем, так как работал Мунро с паровыми машинами, то и система его была использовала в качестве рабочего тела воздух и обладала крайне низким КПД.

Реально первыми разработчиками частично автоматизированной гидравлической КПП были бразильцы Хосе Арарипе и Фернандо Лемос.  Их патент, зарегистрированный в 1932 году, в скором времени был продан компании General Motors и в доработанном виде вышел на рынок как система Hydra-Matic, устанавливавшаяся в автомобили Oldsmobile с  1939 года. Именно в этой системе впервые были объединены все составляющие современной АКПП: гидротрансформатор, планетарный редуктор и гидравлический клапанный механизм управления.

Что примечательно, эта АКПП от General Motors ставилась на участвовавшие во второй мировой войне танки M24 Chaffee и  M5 Stuart, что позволило впоследствии не только доработать трансмиссии с учетом полученного опыта, но и рекламировать их как «проверенные в бою».

Принцип работы АКПП

Автоматическая трансмиссия по сути своей выстроена вокруг главного узла – планетарной передачи. Свойство планетарной передачи изменять передаточное число в зависимости от подтормаживания одного или нескольких её элементов позволяет, в отличие от традиционной МКПП, для всех ступеней «автомата» использовать один и тот же набор шестерней. Типичный планетарный редуктор состоит из следующих элементов:

• Солнечная шестерня – шестерня, установленная ровно в центре редуктора
• Эпицикл, или коронная шестерня – шестерня, зубцами направленная внутрь редуктора, располагается на периферии редуктора, часто с жестким закреплением на внутренней окружности корпуса редуктора.
• Сателлиты – шестерни (как правило – три), расположенные между эпициклом и солнечной шестерней. Закреплены сателлиты на водиле, на осях которого свободно вращаются.

К одному из этих элементов редуктора подводится крутящий момент, а ещё один элемент – подтормаживается. В зависимости от выбранной комбинации меняется и передаточное число редуктора. Если затормозить любые два элемента редуктора, то передача станет прямой (то есть передаточное число станет равно единице).
За остановку вращения каждого из указанных элементов отвечает набор тормозных лент с гидроприводами. 

Устройство АКПП

Хотя основным элементом автоматической коробки передач является именно планетарный редуктор, для использования в качестве трансмиссии он требует большого количества дополнительных систем, одной из которых является гидротрансформатор.

Гидротрансформатор в АКПП используется для передачи крутящего момента с двигателя на приводные валы с обеспечением возможности плавной синхронизации вращения валов, например, при трогании автомобиля с места. 

Для минимизации потерь в гидротрансформаторе с  1980х годов применяется автоматическая его блокировка на высоких скоростях вращения валов – то есть фактически передача крутящего момента от двигателя к элементам АКПП идёт не с помощью гидравлики, а напрямую через жесткую механическую сцепку внутри гидротрансформатора.

Кроме того, гидротрансформатор зачастую используется как  замена  сцеплению и на МКПП – так, на автобусах семейства ЛИАЗ-677 с обычной механической коробкой передач был спарен именно гидротрансформатор, что облегчало работу водителя, но увеличивало расход топлива и снижало крутящий момент на колесах за счет потерь на гидросистеме.  Аналогичную схему применяли автобусах с 1930х годов британцы из компании Self-Changing Gears Уолтера Уилсона и Джона Сидделея.

В данный момент такую частичную автоматизацию работы водителя можно наблюдать на многих видах строительной техники.

В некоторых устройствах, не требующих изменения крутящего момента в широком диапазоне – например, на вилочных погрузчиках и самоходных газонокосилках – гидротрансформатор используется как самостоятельная трансмиссия.

Через гидротрансформатор крутящий момент попадает на валы планетарных редукторов, принцип действия которых мы описали ранее. Сменой используемых входных и выходных валов редукторов (выбором планетарного ряда), а также подтормаживанием отдельных элементов редукторов  занимается система фрикционных муфт и тормозных лент.

Приводит в действие эти механизмы гидравлическая система, управляемая либо электронным способом, либо механической системой, получающей данные из центробежного датчика скорости вращения выходного вала АКПП и датчика нажатия на педаль газа.

Клапанный блок содержит сеть каналов сложной формы для тока трансмиссионной жидкости к золотникам клапанов. Циркуляция жидкости в коробке с целью обеспечения работы поршней гидравлической системы, смазки и охлаждения всей трансмиссии обеспечивается гидравлическим насосом АКПП.

Собственно, сама трансмиссионная жидкость для автоматических коробок передач является единственным расходником, применяемым в системе АКПП. Требования к ней радикально отличаются от требований к смазочной жидкости для традиционных коробок. В разное время для обеспечения необходимых физических свойств приходилось использовать в её производстве даже такие экзотические компоненты, как китовый жир, сейчас же производители перешли на полностью синтетические составы для всех АКПП.

Как пользоваться АКПП

На каждом селекторе (рычаге выбора режима работы АКПП) есть определенный набор символов, обозначающих режимы работы АКПП. Причем порядок положений селектора коробки-автомата не случаен: он строго регламентирован американским законодательством — а именно американцы являются законодателями мод в сфере автоматических коробок.

Типичный порядок режимов работы АКПП таков:

• Park («P») –режим «парковка». В этом положении выходной вал КПП блокируется специальной шпилькой для блокировки вращения ведущих колёс. Кстати, именно поэтому не рекомендуется оставлять автомобиль на стоянке, полагаясь только на эту блокировку и не задействовав ручной тормоз – повышенный износ шпильки и даже возможность её «закусывания» валом – вполне вероятна.
  Для задействования режима P автомобиль должен быть полностью остановлен.  Завести автомобиль (а часто и наоборот – извлечь ключ из замка зажигания), снабженный АКПП, можно только из этого или нейтрального положений АКПП.
  В ряде новых автомобилей вывести селектор из положения Р можно только нажав педаль ножного тормоза.
• Reverse («R») – «Реверс», «Задний ход». Положение селектора обеспечивает возможность движения задним ходом, также автоматически включает сигнальные огни заднего хода. Ни в коем случае нельзя включать задний ход в АКПП до полной остановки автомобиля – повреждения АКПП могут быть катастрофическими. Для исключения возможности такого включения на многих современных коробках установлены механические блокировки, и даже на тех рычагах АКПП, где из положения R на N или D можно переключиться без отжатия стопора рычага,  обратное действие будет невозможно до полной остановки и нажатия стопорной кнопки.
• Нейтраль («N») – нейтральная передача. Фактически, полностью разобщает коробку и двигатель, но буксировать автомобиль в этом положении или двигаться накатом всё же не рекомендуется – напомним, что гидравлический насос АКПП, осуществляющий функции циркуляции в том числе охлаждающей и смазочной жидкости внутри АКПП, работает от приводного вала от двигателя – а именно он и перестаёт вращаться в этом положении. При этом часть механизмов КПП вращается при буксировке, так как приводится в действие от колёс, что при отсутствии охлаждения с смазки приводит к перегреву и отказу.
• Drive («D») – Основное положение селектора, предназначенное для движения вперед. 
• Овердрайв («OD», или  «[D]» в квадратных скобках) —  положение, в котором обеспечивается автоматический переход на пониженную передачу при необходимости, например, ускорения при обгоне.
• Третья («3», «D3») – режим, в котором коробка передач ограничивается первыми тремя передачами из всего ассортимента имеющихся в наличии. Используется, например, для динамичной езды в городе или для торможения двигателем при спуске с горы. Иногда имеется в виду жесткое использование исключительно третьей передачи, а не диапазона из первых трех передач – тут следует всё же уточнить это в руководстве по эксплуатации к автомобилю. В современных авто при достижении опасных для двигателя высоких оборотов переключение на старшие передачи всё же происходит во избежание повреждений.
• Вторая передача («2», «D2» или «S») – то, же, что и прошлый режим, но для второй передачи. На некоторых моделях Форд, Киа и Хонда имеется в виду именно вторая передача. В таком случае данное положение селектора используется для трогания на льду и снегу.
• Первая («1», «D1» , «L» или «[Low]») – используется как пониженная передача для перемещения по нетвердым грунтам, буксировки и торможения двигателем при спуске с горы.

Помимо указанных режимов работы коробки-автомат используются иногда и предлагаемые производителями дополнительные режимы работы, призванные повысить удобство эксплуатации автомобиля в различных условиях.

• «D5» – используется в автомобилях Хонда и Акура для движения по автомагистралям с использованием первых пяти передач в шестиступенчатых коробках передач.
• «D4» – на тех же Хондах и Акурах используется для городского трафика в режиме.
• «S», «Sport» или «Power» — режим, в котором переключения на более высокие передачи происходит несколько позднее, чем в режиме «D», в результате чего машина приобретает более «спортивное» поведение при разгонах. Также этот режим эффективнее при торможении двигателем.
• «+/ −» или «M» – аналогично подрулевым переключателям позволяет вручную выбирать передачу в секвентальном режиме.
• Зима («W») или «Snow» – На ряде автомобилей Вольво, Мерседес-Бенц и Дженерал Моторз позволяет стартовать со второй передачи, снижая риск пробуксовки.
• Торможение («B») – на автомобилях Тойота используется для торможения двигателем. В гибридных автомобилях того же производителя приводит к  переводу штатного электродвигателя автомобиля в режим генератора. На практике это приводит к тому же эффекту, что и торможение двигателем.

На многих автомобилях помимо положений селектора есть и дополнительные органы управления – чаще всего это кнопки включения экономичного режима работы системы управления коробкой и двигателем. Иногда сам рычаг селектора выполняют в виде джойстика или вовсе – набора кнопок.

Преимущества и недостатки АКПП

К недостаткам АКПП традиционно относят стоимость, повышенный расход топлива и низкую – по сравнению с традиционной «ручной» коробкой передач – скорость разгона автомобиля.

Также ремонт автоматический КПП – дело затратное и требующее привлечения специалистов.

При использовании АКПП водитель фактически лишается возможности использования ряда приёмов управления автомобилем – будь то «раскачка» при увязании авто или управляемые заносы.

Нельзя и завести автомобиль с АКПП «с толкача», да и вообще — буксировать его не рекомендуется.

С другой стороны – гидротрансформаторная коробка  позволяет с меньшими нагрузками на двигатель самому кого-то буксировать.  Увлекаться, правда, не стоит – перегрев системы всё же возможен.

Но главный довод в пользу АКПП – это всё же сложность работы с «механикой» в городских пробках. «Автоматы» в двухэтажных британских автобусах появились именно как ответ на необходимость ежеминутных остановок, что уж говорить о современной дорожной ситуации, где в пробках сцеплением приходится работать едва ли не каждый метр.

Повышение количества ступеней в АКПП, усложнение управляющих программ  всё больше и больше приближает «автоматы» к традиционным механическим коробкам в области динамики разгона и расхода топлива. 

Неисправности АКПП и их невысокая ремонтопригодность в условиях гаражей – не проблема на фоне роста количества сертифицированных точек обслуживания, расширенных гарантийных условий и всё повышающейся надёжности агрегатов.

Да и гидротрансформатор, берегущий двигатель от динамических нагрузок, только увеличивает ресурс автомобиля в целом.

Налицо – только плюсы коробки-автомат для обычного потребителя. Более того, с появления в 1939 году первых коммерчески успешных АКПП мы наблюдаем вытеснение механической КПП на легковых автомобилях в область нишевых продуктов, интересных ограниченному кругу лиц.

На данный момент сложно однозначно говорить о том, победила ли автоматическая коробка переключения передач традиционную «механику» или нет. В США есть однозначный ответ на этот вопрос – по разным исследованиям только 3,8%  проданных там в 2012 году новых автомобилей имели МКПП.

В Европе и России отношение автомобилистов к автоматической коробке передач также начало меняться: даже с учетом традиций автомобильной культуры и более высокой стоимости автоматических коробок передач, продажи «механики» уже в 2012 году упали ниже психологического рубежа в 50%, а многие производители и вовсе перестали предлагать свои автомобили в комплекте с механической коробкой передач.

Так что можно бесконечно рассуждать о плюсах или минусах трансмиссий автоматического типа, но факт есть факт: не за горами то время, когда и к нам придут американские реалии, где «ручка» по факту стала отличным противоугонным средством.

Автор

Дмитрий Лонь, корреспондент MotorPage.ru

Издание

MotorPage.Ru

Устройство Механической Коробки Передач (МКПП)

Прошло не так уж много времени с тех пор, когда коробка-автомат являлась для нас диковинкой. Сейчас большинство современных автомобилей имеет АКПП, но механическая коробка переключения передач водителями с большим стажем ценится выше, потому что она имеет больший КПД, более проста в обслуживании и ремонте, дольше служит. Давайте для начала разберемся…

… в чем суть Коробки Переключения Передач?

Двигатель внутреннего сгорания, независимо от своей мощности, работает в узком диапазоне оборотов. Если двигатель будет работать в диапазоне оборотов, превышающих максимальный показатель, то он попросту выйдет из строя. А вот у ведущих колес этот диапазон намного больше. Чтобы оптимально поддерживать определенные обороты при переменной скорости вращения ведущих колес, требуется коробка переключения передач. Мы говорим в данной статье о механической, поэтому определение будет звучать так: это агрегат, который передает, преобразовывает и меняет направление крутящего момента с коленвала на ведущие колеса. Переключение передач в этом механизме возможно посредством передвижения рычага.

Если визуализировать положение трансмиссии в конструкции авто, то будет это выглядеть так: сначала идет двигатель автомобиля, затем сцепление, потом трансмиссия, дальше карданный вал и в самом конце колесо.

В ее состав входит:

• Первичный, вторичный и промежуточные валы, оснащенные шестернями.
• Вал реверсивного движения (задним ходом) с шестернями.
• Синхронизаторы.
• Картер.
• Собственно, сам механизм переключения передач, который оснащен специальными замками и блокираторами.
• Рычаг переключения.

Объясним на примере данного рисунка принцип работы Механической Коробки Переключения Передач (МКПП):

• Первичный вал (зеленым цветом выделен на рисунке) соединяется с двигателем, причем на данном этапе вал муфты сцепления будет иметь одинаковую частоту вращения с двигателем. Многие думают, что сцепление входит в состав коробки передач, однако оно расположено перед самой коробкой, чтобы в нужный момент отключать трансмиссию от ДВС. Другими словами, вал двигателя будет отсоединен от вала коробки передач в тот момент, когда вы нажмете педаль сцепления. Но даже при отпущенной педали сцепления первичный (зеленый) вал будет иметь те же самые обороты, что и двигатель. Первичный вал и примыкающая к нему шестерня – это одно целое.
• Промежуточный вал (на рисунке выделен красным цветом) с примыкающими к нему шестернями тоже представляют собой единое целое. Вы видите на рисунке, что красная шестерня и зеленая шестерня имеют определенную связь, потому что их зубья расположены в тесной связке. Таким образом, через подобную зубчатую передачу связываются промежуточный и первичный валы. Другими словами, при вращении первичного вала при включенном сцеплении обязательно будет вращаться и промежуточный вал.
• Вторичный (на рисунке желтый) вал связан с колесами через дифференциал – если колесо вращается, то вторичный вал в обязательном порядке будет начинать вращение.
• Примыкающие к нему шестерни (синим цветом выделены) расположены на подшипниках, внутри которых вращается вторичный вал (желтым цветом), когда колеса вращаются, но двигатель не работает. Это происходит, когда автомобиль совершает движение накатом.
• На вторичном вале есть кольцо (фиолетовым цветом выделено на рисунке) – он необходимо для подключения одной из двух шестерен, которые на рисунке окрашены в синий цвет. В обычном положении кольцо (фиолетовое) находится в жесткой связке с вторичным валом (желтый), но при его передвижении вилкой (рычаг переключения передач) вправо или влево оно соединяется с одной из двух шестерен (синие), расположенных на вторичном вале. Это кольцо имеет специальные зубья, которые при передвижении его рычагом входят в бока одной из шестерен, где имеются специальные отверстия.

Итак, при включении первой передачи будет происходить следующее: первичный вал (зеленый) через промежуточный вал (красный) вращает одну из шестерен (синяя на желтом валу). Другая шестерня (синяя) свободно вращается на подшипнике, не оказывая никакого влияние на вторичный вал. А другая вырабатываемую энергию напрямую передает вторичному валу, который через карданный вал соединен с колесами.

Наверняка вы когда-либо слышали скрежет на моменте, когда передача была включена неправильно – все дело в том, что это зубья кольца неточно попали или совсем не попали в отверстия шестерни, которая на рисунке выделена синим цветом.

Как устроена современная 5-ступенчатая МКПП?

При передвижении рычага переключения передач, нужное кольцо соединяется зубьями с шестерней, соответствующей той или иной передаче. А вот движение задним ходом обеспечивает идлер, который крутит связанную с ним шестерню в обратном направлении.

Для наглядного представления принципа работы механической коробки передач, предлагаем посмотреть анимационный ролик.

Устройство коробки переключения передач ГАЗ-3309

_________________________________________________________________________________________

Устройство коробки переключения передач ГАЗ-3309

На грузовой автомобиль ГАЗ-3309 устанавливают механическую пятиступенчатую коробку передач. Все передачи, кроме первой и заднего хода, снабжены инерционными синхронизаторами.

Переключение передач осуществляется с помощью рычага. Схема переключения передач расположена в кабине на панели приборов. Масса узла 75 кг (без масла).

Детали 5-ступенчатой коробки передач ГАЗ-3309 собраны в переднем 1 (рис. 1) и заднем 29 картерах, изготовленных из алюминиевого сплава.

Для обеспечения необходимой соосности деталей коробки передач картеры центрируются по двум установочным штифтам, запрессованным в задний картер. Картеры соединены между собой через прокладку двенадцатью болтами с пружинными коническими шайбами.

Рис. 1. Коробка передач ГАЗ-3309

1 — передний картер; 2 — регулировочные прокладки; 3 — промежуточный вал; 4,5,44 — шестерни промежуточного вала; 8,31 — манжеты; 7 — крышка первичного вала; 8 — первичный вал; 9 — роликовый подшипник; 10 — шайба подшипника; 11 — синхронизатор четвертой и пятой передач; 12 — съемный венец первичного вала; 13 — блокирующее кольцо синхронизатора; 14,32 — заглушки; 15,25,28 — вилки включения передач; 16 — шарики фиксатора; 17 — прокладка картера рычага; 18 — рычаг переключения передач; 19 — колпак рычага; 20 — уплотнитель рычага; 21 -прокладка колпака рычага; 22 — картер рычага; 23 — съемный венец шестерен второй и третьей передач; 24 — болт крепления вилок; 26 — синхронизатор второй и третьей передач; 27 — вторичный вал; 29 — задний картер; 30 — ведущая шестерня привода спидометра; 33 — гайка фланца; 34 — фланец вторичного вала; 35,40, 41,45, 46 — шестерни вторичного вала; 36 — ступица муфты включения первой передачи и передачи заднего хода; 37 — муфта сцепления; 38 — съемный венец шестерен первой передачи и передачи заднего хода; 39 — подшипник промежуточного вала; 42 — игольчатый подшипник шестерен вторичного вала; 43 — пробка сливного отверстия

Все шестерни коробки передач косозубые (кроме шестерен заднего хода) и находятся в постоянном зацеплении. Первичный 8 и вторичный 27 валы установлены в картерах на шариковых подшипниках, которые удерживаются от осевого смещения полукольцами 3 и 6 (рис. 2), крепящимися к картерам болтами 1 и 5.

Передний конец вторичного вала КПП ГАЗ-3309 опирается на роликовый подшипник 9 (см. рис. 1), расположенный внутри первичного вала. Промежуточный вал 3 установи картерах на двух одинаковых конических роликовых подшипниках 39.

При сборке коробки передач должен быть обеспечен предварительный натяг подшипников промежуточного вала 0,06-0,16 мм, который достигается подбором и установкой металлических прокладок 2 под торец наружного кольца переднего подшипника. Дополнительной регулировки подшипников при эксплуатации автомобиля не требуется.

Рис. 2. Крепление подшипников КПП ГАЗ-3309

1, 5 — болты; 2 — заклепка; 3 — полукольцо подшипника первичного вала; 4 — шайба переднего подшипника вторичного вала; 6 — полукольцо подшипника вторичного вала; 7 — первичный вал; 8 — вторичный вал; 9 — передний картер; 10 — задний картер

Шестерни промежуточного вала 4, 5 и 44 установлены на вал на прессовой посадке. Шестерни вторичного вала установлены на роликовых игольчатых подшипниках 42 единого типоразмера. Первая передача и передача заднего хода включаются с помощью муфты 37.

Шестерни второй, третьей, четвертой передачи вторичного вала и первичный вал имеют съемные венцы, на конической поверхности которых расположены блокирующие кольца 13 синхронизаторам 11 и 26.

Синхронизаторы имеют по три пружины 4 (рис. 3), фиксатора 1 и сухаря 2. включение передач осуществляется соединением внутренних зубьев-муфт 3 с наружными зубьями съемных венцов.

От самопроизвольного выключения муфта синхронизатора КПП ГАЗ-3309 удерживается благодаря скошенным внутрь под углом 4 градуса к зубьям самой муфты и съемного венца, образующих при включенном положении замок. Три площадки на зубчатом венце муфты ограничивают ее ход при включении передач.

Рис. 3. Синхронизатор КПП ГАЗ-3309

1 — фиксатор; 2 -сухарь; 3 — муфта; 4 — пружина; 5 — распорное кольцо игольчатого подшипника; 6 — вторичный вал

С правой стороны по направлению движения на оси, запрессованной в задний картер, на роликовом подшипнике вращается промежуточная шестерня заднего хода, от которой возможен отбор мощности через специальный люк.

От осевого смещения ось застопорена болтом 6, завернутым в прилив заднего картера. Под головку болта подложены плоская и пружинная коническая шайбы.

Рис. 4. Предохранители включения передач ГАЗ-3309

1,3- пружины предохранителей; 2 — предохранитель включения; 4 — заглушка; 5 — головка включения первой передачи и передачи заднего хода; 6 — штифты; 7 — головка включения второй и третьей передач; 8 — вилка включения четвертой и пятой передач; 9 — болт

Механизм переключения передач содержит три вилки включения, которые крепятся на трех штоках болтами 24 (см. рис. 1) и пружинными коническими шайбами. Вилки имеют стальные съемные сухари, которые расположены в пазах муфт.

Кроме того, на штоках с помощью штифтов 6 (рис. 4) крепятся головки включения 5 и 7, в пазах которых расположен нижний конец рычага переключения передач. В положении включенной передачи и в нейтрали каждый шток зафиксирован шариками 16 (см. рис. 1), поджатыми пружинами.

В заднем картере КПП ГАЗ-3309 расположено блокирующее устройство, состоящее из четырех шариков 1 (рис. 5), расположенных попарно между штоками, и штифта 2, установленного в отверстии среднего штока, что предотвращает одновременное перемещение двух штоков.

Расположенные в верхней части переднего картера подпружиненные предохранители 2 (см. рис. 4) удерживают нижний конец рычага переключения передач в нейтральном положении в головке 7 включения второй и третьей передач.

Рис. 5. Блокирующее устройство коробки передач ГАЗ-3309

1 — шарик; 2 — штифт; 3 — шток переключения четвертой и пятой передач; 4 — заглушка

Рычаг переключения передач с пружиной и седлом установлены в картер 22 (см. рис. 1) рычага и закреплены колпаком 19, под которым установлена прокладка 21.

Уплотнитель 20 предотвращает попадание в коробку передач грязи и воды. Картер рычага установлен сверху на переднем картере коробки передач через прокладку 17.

В отверстии заднего картера установлен штуцер с ведомой шестерней привода спидометра, который крепится в картере болтом. Ведущая шестерня привода спидометра установлена на вторичном валу.

Смазка деталей коробки передач ГАЗ-3309 осуществляется окунанием и разбрызгиванием. К роликовым подшипникам шестерен, переднему подшипнику вторичного вала масло поступает через специальные отверстий шестернях и первичном валу. Для уплотнения валов используются армированные манжеты 6 и 31 (см. рис. 1).

Пробка 4 сливного отверстия снабжена постоянны магнитом для сбора и удерживания продуктов износа. На стенке заднего картер расположен сапун, предназначенный для сообщения внутренней полости коробки передач с атмосферой.

 

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

_________________________________________________________________________________________

Редуктор

Метод проектирования с низким уровнем шума на основе акустического воздействия панели

В этом документе представлена ​​комплексная процедура для расчета устойчивой динамической характеристики и генерируемого шумового излучения редуктора. В этом процессе динамическая модель системы цилиндрической зубчатой ​​передачи строится с учетом изменяющейся во времени жесткости зацепления, погрешностей шестерен и опоры подшипника, в то время как данные о динамической силе подшипника получают путем решения модели. Кроме того, принимая данные о силе подшипника в качестве возбуждения, путем численного моделирования вычисляются вибрации редуктора и шумовое излучение, а затем получают временную диаграмму динамического отклика узла, спектр шума и диапазон резонансных частот редуктора.Наконец, рассчитан акустический вклад панели коробки передач в диапазоне резонансных частот. В соответствии с выводами анализа акустического воздействия панели коробки передач и форм колебаний исследуются два плана повышения жесткости коробки передач. Путем сравнительного анализа шумового излучения коробки передач проверяется эффективность планов улучшения. Исследование дает полезные теоретические рекомендации по конструкции коробки передач.

1. Введение

Обладая многими преимуществами, такими как высокая эффективность, компактная конструкция, стабильное передаточное число и т.д., зубчатая передача широко используется во многих областях промышленности.Когда зубчатый редуктор работает, из-за эффекта динамического усилия зацепления зубчатой ​​пары возникает вибрация коробки передач, которая не только влияет на стабильность системы трансмиссии, но и создает шум. Кроме того, чрезмерный шум, производимый редуктором, вызывает утомление экипажа, затрудненное общение и возможное повреждение слуха. Чтобы обеспечить тихую, плавную и безопасную работу системы зубчатой ​​передачи, необходимо понимать механизмы динамической реакции и шумового излучения зубчатого редуктора; между тем их сокращение весьма желательно.

В связи с ростом спроса на более тихие системы передач, в литературе сообщалось о большом объеме работы по анализу вибрации и шума коробки передач. Abbes et al. построили виброакустическую систему редуктора, используя подход трехмерных конечных элементов (КЭ), и оценили акустический отклик системы [1]. Velex и Maatar вычислили динамические реакции на изменения жесткости зацепления для числовых зубчатых колес [2]. Их результаты показали влияние изменения жесткости сетки на динамический отклик и нагрузки на зубья.Дион и др. разработал экспериментальное и численное исследование динамических явлений, связанных со ударами шестерен с одной незакрепленной шестерней внутри автомобильной коробки передач [3]. Barthod et al. имел дело с дребезжанием, вызванным колебаниями крутящего момента двигателя в особых условиях, которые могли вызвать множественные удары внутри коробки передач [4]. Като и др. смоделировали вибрацию и шумовое излучение одноступенчатого редуктора, объединив анализ вибрации методом конечных элементов (FE) с анализом шума граничных элементов [5].Результаты этого анализа хорошо согласуются с соответствующими данными измерений. Прямозубые и косозубые зубчатые колеса были испытаны на установке NASA для определения шума зубчатых колес для сравнения шума, производимого различными конструкциями зубчатых колес [6]. Сделаны полезные выводы о влиянии конструктивных параметров редуктора на излучаемый шум редуктора. Choy et al. представленный метод прогнозирования как вибрации, так и шума, создаваемого системой зубчатой ​​передачи в нормальных условиях эксплуатации [7], и применение этого метода демонстрируется путем сравнения численных и экспериментальных результатов для испытательного стенда на шум зубчатых колес.Яньян и Жен подтвердили, что зубчатая пара является основным возбуждением зубчатого редуктора, и снизили шум коробки передач за счет согласования класса точности и жесткости зубчатых колес [8]. Кахраман и Бланкеншип экспериментально исследовали влияние коэффициента контакта, используя редуктор с обратной связью. Были измерены амплитуды динамической погрешности передачи (DTE) прямозубых зубчатых пар с различным соотношением контактов. Измерения проводились для возбуждения на и около собственной частоты кручения зубчатой ​​пары.Частота зацепления шестерни использовалась как форма торсионного возбуждения с ограничением, что возбуждение зависит от скорости вращения [9]. Костич и Огнянович обнаружили, что уровень шума редукторов (коробок передач) зависит как от возмущений (зацепление зубчатых колес, работа подшипников и т. Д.), Так и от изоляционных свойств и модального поведения корпуса. Собственные колебания стенок корпуса можно предотвратить или усилить в зависимости от проектных параметров [10]. Тума рассматривает практические методы и процедуры, используемые для снижения шума коробок передач и агрегатов трансмиссии [11].Из-за сложности конструкции коробки передач и зубчатого возбуждения в большинстве предыдущих исследований было сделано чрезмерное упрощение; пока что не найдено эффективного метода снижения вибрации и шума.

В этом исследовании мы представляем комплексную процедуру прогнозирования шумового излучения зубчатого редуктора. В этой процедуре строится динамическая модель с четырьмя степенями свободы, а затем исследуются усилия подшипника при возбуждении, вибрациях и шумовом излучении коробки передач. По результатам анализа акустического воздействия панели на резонансную полосу частот редуктора и формы колебаний предложены эффективные методы снижения вибрации и шума.

2. Процедура анализа излучающего шума

Ошибки передачи и колебания жесткости зацепления могут вызвать возбуждение при зацеплении шестерен; это возбуждение распространяется от валов шестерен к подшипникам и вызывает шум редуктора и генератора, который излучается с поверхности редуктора. Чтобы учитывать как динамические характеристики системы зубчатой ​​передачи, так и динамические характеристики коробки передач, предлагается превосходный метод прогнозирования шумового излучения коробки передач.

Как показано на рисунке 1, разработанный метод состоит из трех отдельных этапов: расчет динамического усилия подшипника путем решения динамической модели системы зубчатой ​​передачи, анализ вибрации редуктора с использованием метода конечных элементов (FEM) и анализ граничных элементов (BEA) звуковое поле. В этом методе коммерческое программное обеспечение LMS.Virtual.lab используется для анализа звукового излучения редуктора. Исходными данными являются основные рабочие параметры зубчатого редуктора, которые состоят из формы редуктора, материала, погрешности редуктора, жесткости подшипника и т. Д.Выходные данные — это результаты анализа вибраций и шума, которые состоят из динамических характеристик, частотного спектра шума, акустического вклада панели и т. Д. Редуктор с низким уровнем шума спроектирован с учетом акустических характеристик панели и динамических характеристик редуктора.

3. Расчет возбуждения коробки передач

В системе передачи мощности зубчатая пара в сборе остается одним из основных источников шума и вибрации в системе. Вибрации системы зубчатой ​​передачи возникают из-за колебаний динамической силы зацепления, на которую влияют изменяющиеся во времени жесткость и погрешности зацепления.

3.1. Зубчатая передача, изменяющаяся во времени жесткость зацепления

Параметры зубчатой ​​системы приведены в таблице 1. Изменение жесткости зацепления для зубчатой ​​пары получено с помощью статического анализа методом конечных элементов, в котором принят контактный алгоритм МКЭ.

Мощность (кВт) Передаточное число Модуль (мм) Угол давления (град) Ширина лица (мм) Скорость вращения (об / мин) 10 20/80 3.0 20 60 1000

FE-модель зубчатой ​​пары и граничные условия показаны на рисунке 2. Во время расчета изменяющейся во времени жесткости зацепления, ведомая шестерня зафиксирована, крутящий момент прикладывается к ведущей шестерне, а контактное ограничение применяется между зацепленным зубом ведущей шестерни и ведомой шестерней.

В результате деформаций контакта Герца и изгиба зуба ведущая шестерня повернется на небольшой угол относительно своего центра.Малый угол получен путем решения FE-модели зубчатой ​​пары; тогда полная деформация линии зацепления определяется как где — радиус основания ведущей шестерни.

Таким образом, жесткость сетки в этом положении представлена ​​уравнением где крутящий момент.

Поскольку вращение шестерни является непрерывным, жесткость зацепления зубчатого зацепления является периодической на частоте зацепления, полный цикл зацепления делится на несколько этапов, а угол поворота и положение шестерен на каждом шаге можно рассчитать в соответствии с теорией зацепления шестерен. .Затем расчет жесткости зацепления повторяется в каждом положении зацепления шестерни. Изменяющаяся во времени функция жесткости сетки формируется интерполяцией кубическим сплайном, как показано на рисунке 3 (а). При изменении числа пар зубьев в контакте происходит резкое изменение жесткости зубчатой ​​пары (зацепление прямозубых шестерен с двумя контактирующими парами зубьев примерно в два раза жестче, чем при контакте одной пары зубцов).

(a) Изменяющаяся во времени жесткость сетки
(b) Производственная ошибка
(a) Изменяющаяся во времени жесткость сетки
(b) Производственная ошибка

3.2. Ошибки зубчатых колес

На колебания зубчатых пар в значительной степени влияют амплитуда и фаза отклонений профиля зуба от истинно эвольвентного профиля, вызванных ошибками изготовления и установки зубчатых колес. Между тем, из-за влияния ошибок передачи на мгновенное передаточное отношение, столкновение и удар происходят во время работы зубчатой ​​пары [12]. В результате ошибки передачи должны быть включены в модель системы зубчатой ​​передачи. Обычно предполагается, что отклонения достаточно малы, чтобы контакты зубьев оставались на теоретической линии действия [2].Функция ошибки, представляющая сумму ошибок шага, профиля, угла давления и биения, предполагается как возбуждение смещения вдоль профиля зуба как синусоидальная волна в модели. Гармоническая функция используется для моделирования изменения погрешности передачи, которое показано на рисунке 3 (b). Функция ошибки записывается как где — амплитуда ошибки, — цикл зацепления, — угловая скорость ведущей шестерни, — фазовый угол.

3.3. Модель динамики системы зубчатой ​​передачи

Предлагаемая динамическая модель зубчатой ​​пары показана на рисунке 4, который представляет ведущую шестерню (нижний индекс), зацепленную с ведомой шестерней (нижний индекс).В формулировке модели сделаны следующие допущения. (A) Прогиб вала не учитывается, поскольку размах подшипников невелик. (B) Масса и инерция вала сосредоточены в шестернях. (C) Тела, представляющие собой Предполагается, что два корпуса шестерен представляют собой жесткие диски [13]. (d) Соединения шестерни с валом считаются жесткими, без учета жесткости соединений и любого последующего относительного крутильного движения между валом и ступицей шестерни. (e) Шестерня Гибкость пар сетки и гибкость других частей заключены в форме линейной пружины.Жесткость зубчатого зацепления зависит от времени; жесткость опоры постоянна.

А именно, и обозначает жесткость подшипника ведущей шестерни и ведомой шестерни и обозначает изменяющуюся во времени жесткость зацепления. Угловые смещения ведущей шестерни и ведомой шестерни имеют обратное направление; при этом учитываются поперечные смещения и в направлении линии зацепления.

Угловые смещения и поперечные смещения шестерен влияют на состояние зацепления зубчатой ​​пары, поэтому смещение преобразуется в линию действия.Смещение на линии действия записывается как где — радиус основной окружности ведущей шестерни, а — радиус основной окружности ведомой шестерни.

Сила зацепления и демпфирующая сила зубчатых пар записываются как где — погрешность передачи, — радиус основной окружности ведущей шестерни, — радиус основной окружности ведомой шестерни, — коэффициент демпфирования зацепления зубчатой ​​пары, — масса ведущей шестерни и — масса ведомой шестерни ведомой шестерни. механизм.Диапазон коэффициента демпфирования составляет.

Следовательно, динамическая сила сетки определяется как Точно так же опорная сила пружины (опорная сила) определяется как В соответствии с законом механики Ньютона устанавливаются следующие дифференциальные уравнения системы зубчатых колес, которые содержат эффекты изменяющейся во времени жесткости зацепления и возбуждения ошибок. Общее количество степеней свободы модели — 4: Здесь — входной крутящий момент. — момент нагрузки. инерция вращения ведущей шестерни.инерция вращения ведомой шестерни.

Уравнение (6) вместе с (8) дает 4 связанных однородных обыкновенных дифференциальных уравнения в виде

В математической модели угловые перемещения и являются независимыми переменными. Для решения уравнений угловые перемещения необходимо преобразовать в независимую переменную. Следовательно, ошибка передачи вводится в модель, определенная; затем устраняется смещение твердого тела; модель можно записать как где — эквивалентная масса зубчатой ​​пары,,,,, и.

Уравнение движения задается в матричной форме как где — матрица масс, — матрица демпфирования, — матрица жесткости, — вектор смещения, — вектор нагрузки. Матрица масс, матрица демпфирования, матрица жесткости и вектор нагрузки задаются, соответственно, как

3.4. Dynamic Bearing Force

Уравнение (11) решается с использованием метода интегрирования по времени Ньюмарка. Метод Ньюмарка является обобщением метода линейного ускорения [14].Этот последний метод предполагает, что ускорение изменяется линейно в пределах интервала (). Это дает

Отклик во времени получается путем оценки уравнения движения во времени. Таким образом, метод Ньюмарка является неявным.

Метод Ньюмарка безусловно стабилен при условии

Это можно найти и привести к приемлемым результатам для большинства задач, и они всегда используются в этой статье для упрощения.

Динамическое усилие подшипника показано на рисунке 5.Динамическая опорная сила представляет собой периодические колебания, а основные компоненты в 4, 5 и 6 раз превышают частоту зацепления (333 Гц).

4. Анализ вибрации и шума редуктора Radiaton

4.1. Коробка передач FE-Model

Модель зубчатого редуктора показана на рисунке 6. Чтобы предсказать уровень шума трансмиссии во время работы, необходимо точно рассчитать вибрацию коробки передач. Модель конечных элементов реалистичной коробки передач персонажей построена с использованием коммерческого программного обеспечения ANSYS и показана на рисунке 7.Модель состояла из 146238 элементов и 38634 узлов. Материал коробки передач — литая сталь, модуль упругости которой ГПа, коэффициент Пуассона и плотность кг / м ³ . Отверстия под болты в нижней части коробки передач фиксируются за счет соединения коробки передач с основанием через отверстия. Для удобства приложения динамической нагрузки в центре отверстия подшипника создается узел; затем центральный узел соединяется с узлом на внутренней поверхности отверстия подшипника и прикладывается динамическая нагрузка.

4.2. Модальный анализ вибрации коробки передач

Метод Ланцоша используется при модальном анализе коробки передач. Восемь режимов в диапазоне частот от 0 до 3000 Гц, показанных на рисунке 8, выбраны для представления вибрации редуктора. Вибрация нижней половины коробки передач не такая сильная, как верхняя половина, потому что в нижней части коробки передач имеются болтовые зажимы и опора ребер жесткости.

4.3. Исследования динамического отклика редуктора

В процессе решения динамического отклика динамическая нагрузка, действующая на подшипник, должна быть преобразована в дискретную ударную нагрузку; затем шаг за шагом рассчитывается реакция конструкции на ударную нагрузку, пока она не достигнет установившегося состояния.

Для метода модального наложения используется метод расчета динамического отклика; должны быть рассчитаны все режимы, влияющие на динамический отклик; иначе результат будет неточным из-за отсутствия режимов. В расчетах используется около 200 колебательных мод; максимальная собственная частота — 20000 Гц.

На рисунке 9 показан сигнал динамического отклика во временной области и соответствующие частотные спектры сигнала для узла на верхней поверхности коробки передач. На рисунке 9 (а) показан динамический отклик (смещение) узла при рабочей скорости 1000 об / мин.Отметим, что наибольшая амплитуда отклика 1,6 мкм м.

(a) Отклик на смещение узла
(b) Частотный спектр колебаний
(a) Отклик на смещение узла
(b) Частотный спектр колебаний

На рисунке 9 (b) показаны частотные составляющие ответ. Основные составляющие вибрации возникают в 3, 4 и 5 раз превышающих частоту сетки (333 Гц). Очень большая амплитуда частотных составляющих в диапазоне от 1550 Гц до 1700 Гц связана с тем, что собственная частота четвертого редуктора близка к 5-кратной (1650 Гц) частоте зацепления, а форма моды искажает верхнюю частоту. половина редуктора.Основная составляющая и составляющая двукратной частоты зацепления существенно меньше из-за отсутствия каких-либо собственных частот редуктора около 333 Гц и 666 Гц.

4.4. Частотный спектр шума коробки передач

Частотные характеристики, соответствующие вычисленным скоростям вибрации поверхности коробки передач, вводятся в BEM для анализа распределения уровней звукового давления вокруг коробки передач. Чтобы гарантировать правильность передачи данных о вибрации, как BE-модель, так и FE-модель объединены в сетку одинаковым образом, где узлы двух моделей взаимно соответствуют.

Полусферическое звуковое поле определяется вне коробки передач и показано на рисунке 6. В звуковом поле выбраны три репрезентативные точки поля; они расположены в верхней части коробки передач (полевая точка a), а также с левой и правой сторон редуктора (полевые точки b и c). Частотная характеристика уровня звукового давления показана на рисунке 10. Шум в точке поля на верхнем редукторе ниже, чем с правой и левой стороны, из-за того, что большинство форм колебаний представляют собой колебательные или крутильные колебания, которые вызывают нормальную вибрацию Боковая пластина коробки передач более жесткая, чем верхняя поверхность.Амплитуды и общая форма кривых b и c аналогичны; частотные составляющие значительной величины наблюдаются на сеточной частоте 333 Гц и удвоение частоты с тремя очень большими составляющими при 2-кратной сеточной частоте, 4-кратной сеточной частоте и 5-кратной сеточной частоте; максимальное пиковое значение — 50 дБ. Когда частота возбуждения больше 1665 Гц, уровень звукового давления уменьшается с увеличением частоты.

5. Влияние скорости вращения на вибрацию и шум

При изменении скорости вращения изменяется не только состояние зацепления зубчатой ​​пары, но и частота различных гармоник одновременно.Чтобы исследовать влияние скорости вращения, рассчитываются динамическое усилие подшипника, вибрация редуктора и шумовое излучение, когда скорость вращения находится в диапазоне от 500 до 3000 об / мин.

5.1. Влияние скорости вращения на динамический отклик коробки передач

Постепенно увеличивая входную скорость с 500 об / мин до 3000 об / мин, получается семейство спектра вибрации и шума. Таким образом, были созданы две диаграммы водопада, как показано на рисунке 11 (обозначает частоту сетки; и обозначает вторую и четвертую частоту характера коробки передач).

Спектральная карта показывает, как различные гармоники падают вдоль радиальных линий и, таким образом, могут быть отделены от составляющих постоянной частоты из-за чрезмерного усиления структурным резонансом. Возбуждение состоит из гармонических составляющих, частота которых кратна частоте вращения соответствующей шестерни, поэтому основные составляющие отклика падают по радиальным линиям. Между тем, коробка передач производит сильную вибрацию около 1664 Гц при различных скоростях вращения, поскольку в 2 раза выше частота переключения при 2500 об / мин, в 3 раза выше частота переключения при 1600 об / мин, в 4 раза выше частота переключения при 1250 об / мин, и 5-кратная частота сетки в 1000 об / мин равна четвертой собственной частоте; то же явление происходит около второй и третьей собственных частот.Таким образом, это означает, что второй, третий и четвертый частота собственных колебаний чувствительны к динамической несущей силы.

5.2. Влияние скорости вращения на излучение шума коробки передач

Спектральная карта шума коробки передач в дБ показана на рисунке 12. Обратите внимание, что частотные составляющие спектра шума коробки передач не интенсивны на низкой скорости, поскольку скорость вращения увеличивается, и шум радиация постепенно усиливалась. Распределение звукового давления и динамический отклик одинаковы при различных скоростях; Полоса резонансных частот формируется в диапазоне 670 Гц, 1300–1700 Гц и 3000–4000 Гц, которые близки к собственной частоте редуктора.Таким образом, чтобы уменьшить вибрацию редуктора и шумовое излучение, необходимо уменьшить вибрацию в резонансной полосе частот на этапе проектирования редуктора.

6. Улучшение коробки передач

6.1. Звукоизоляция панели коробки передач

Вибрация и шум коробки передач зависят от формы и конструкции ее корпуса. Необходимо определить вклад шума каждой панели в резонансной области, который обеспечивает прочную основу при улучшении конструкции редуктора.

Для того, чтобы количественно оценить долю шума каждой плиты во всей конструкции, мы вводим понятие коэффициента акустического вклада панели, который представляет собой отношение шумового давления, создаваемого вибрацией панелей, к общему шумовому давлению: где — сопряженное комплексное число звукового давления для точки, — его действительная часть.

Если разность фаз между звуковым давлением панели и общим звуковым давлением меньше 90 °, общее звуковое давление будет увеличиваться с увеличением скорости вибрации панели, и коэффициент вклада определяется как положительный; в противном случае — отрицательный.Излучающий шум можно эффективно уменьшить, если уменьшить вибрацию панелей с положительным акустическим вкладом и большими значениями.

Каждая замкнутая поверхность редуктора определяется как панель, а та часть, площадь излучения которой слишком мала, не учитывается, например, область резки углов. Вся внешняя поверхность коробки передач разделена на 16 панелей, как показано на Рисунке 13.

Коэффициент акустического вклада панели показан на Рисунке 14, где отмечается, что вклад панели крыши, передней и задней панелей больше, чем у других панелей. панели при частоте возбуждения 1665 Гц.При частоте возбуждения 667 Гц вклад крыши и боковых пластин верхней половины коробки передач больше. Дальнейший анализ показывает, что шум в основном вызван панелями верхней половины коробки передач. Снижение интенсивности вибрации панелей 2, 3, 4, 15 и 16 важно для снижения шума зубчатого редуктора.

(a) Участие панели при 1665 Гц
(b) Участие панели при 667 Гц
(a) Участие панели при 1665 Гц
(b) Участие панели при 667 Гц

6.2. Улучшение коробки передач

Для того, чтобы уменьшить интенсивность вибрации верхней половины коробки передач и исключить частоту зацепления собственной частоты коробки передач в 2 и 5 раз превышающую частоту зацепления, предлагаются два проекта с низким уровнем шума. Первый план увеличивает толщину боковых пластин нижней половины коробки передач на 4 мм. Другой, жесткость коробки передач была усилена за счет использования ребер на боковых пластинах, как показано на Рисунке 15. Собственная частота показана в Таблице 2.

Шаги режима Исходная модель План 1 План 2 1-й 716.5 791,2 770,7 2-й 1518,8 1684,4 1631,8 3-й 1682,3 1847,2 1800,1 4-й 1843,7 2138,4 5-я 2459 2887 2765,3 6-я 2881,6 3178,4 3010,8 7-я 2887.3 3431,6 3259,4 8-й 3043,9 3434,3 3276,9

Частотно-шумовые спектры перед и после улучшения коробки передач показаны Рисунок 16, где кривые a, b и c представляют собой распределение уровня звукового давления для исходной модели и улучшенной модели соответственно. Как видно, различия в удвоении частоты сетки значительны.Шум улучшенной коробки передач заметно снижается, когда частота гашения ниже 1700 Гц. Уровень звукового давления снижается примерно на 12 дБ при 665 Гц и примерно на 9 дБ при 1332 Гц по величине.

При сравнительном анализе двух планов проектирования с низким уровнем шума, влияние увеличения толщины редуктора и ребер на снижение шума и вибрации почти такое же, но план 1 увеличит вес и займет больше внутреннего пространства, поэтому он Более реализуемо предусмотреть ребра жесткости на коробке передач.

7. Выводы и резюме

Разработана процедура прогнозирования вибрации и шума зубчатого редуктора, в которой рассматриваются как динамические характеристики системы зубчатой ​​передачи, так и динамические характеристики коробки передач. За возбуждение принимается динамическая опорная сила; вибрации редуктора и излучаемый шум рассчитываются с помощью МКЭ / БЭМ. Получается резонансная полоса частот коробки передач. Затем был разработан малошумный редуктор на основе результатов модального анализа и анализа влияния акустических панелей.Он доступен для уменьшения шумового излучения коробки передач за счет увеличения жесткости конструкции коробки передач и уменьшения вибрации панелей, коэффициенты акустической отдачи которых положительны, а значения большие.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов относительно публикации данной статьи.

Методология анализа коробки передач и системы крепления авиационного двигателя одновременно с использованием анализа методом конечных элементов на JSTOR

Abstract

Несколько партнеров проектируют одновинтовой самолет, который приводится в движение парой газотурбинных двигателей, передающих мощность через общую коробку передач.Одна из проблем при проектировании и анализе состоит в том, чтобы учесть итерации конструкции и несколько вариантов нагружения, которые влияют на систему крепления силовой установки. Возможность быстрого анализа изменений конструкции и нескольких вариантов нагрузки снизит риск отказа и упростит оптимизацию конструкции. Разработана методика для систематического анализа всей системы крепления двигательной установки с различными конфигурациями крепления, такими как случаи отказа или геометрические изменения и маневры в полете. В этой установке точки крепления силовой установки находятся на опорных площадках коробки передач.Коробка передач, в свою очередь, поддерживает два газотурбинных двигателя с помощью двух торсионных трубок, прикрепляющих передние рамы двигателей к входным фланцам коробки передач, и сварной пространственной рамы, которая поддерживает кронштейны крепления двигателей на опорных площадках коробки передач. Пропеллер полностью поддерживается коробкой передач за счет внутренних подшипников и внутренней конструкции. Следовательно, все внешние нагрузки, действующие на двигательную установку, такие как инерционные, осевые, крутящие, гироскопические и т. Д., Реагируют на опорные площадки коробки передач.Сложность при анализе напряжений в коробке передач возникает из-за нескольких источников: нагрузки на стойку, подвески двигателя и реакции ферм подвески самолета. Сложность прогнозирования напряжений в картере коробки передач от нагрузки гребного винта связана с необходимостью правильно распределять нагрузки на подшипники и осевые нагрузки через зубчатые колеса с косозубой головкой, роликовые подшипники и упорные подшипники, поддерживаемые внутри коробки передач. Нагрузка на опору двигателя увеличивает нагрузку на коробку передач на входных фланцах и опорных площадках через конструктивно дублированную систему.Монтажная конструкция самолета, поддерживающая коробку передач, представляет собой сложную статически неопределимую систему кронштейнов, стоек, конических хомутов и эластомерных изоляторов. Следовательно, была создана система анализа, позволяющая приложить одноточечную нагрузку к воздушному винту вместе с инерционными нагрузками, чтобы автоматически учитывать перечисленные выше сложности и точно распределять нагрузку от точек ввода на опорные площадки. В этой статье обсуждаются методы, используемые для моделирования всей системы крепления двигателя, такой как кронштейны, рычаги, стойки, крутящий момент, коробка передач, зубчатое зацепление, шлицевое зубчатое колесо и конические хомуты для анализа напряжений.Кроме того, в документе показано сравнение аналитических и фактических данных испытаний.

Информация для издателя

SAE International — это глобальная ассоциация, объединяющая более 128 000 инженеров и технических экспертов в аэрокосмической, автомобильной и коммерческой промышленности. Основные направления деятельности SAE International — обучение на протяжении всей жизни и разработка добровольных согласованных стандартов. Благотворительным подразделением SAE International является SAE Foundation, который поддерживает множество программ, включая A World In Motion® и Collegiate Design Series.

NSK разрабатывает высоконадежные подшипники для редукторов, не требующие технического обслуживания | Новости | Компания

Опираясь на долгую историю успеха в железнодорожной отрасли, компания NSK Ltd. (NSK; штаб-квартира: Токио, Япония; президент и главный исполнительный директор: Тосихиро Учияма) разработала новые высоконадежные подшипники коробки передач с использованием передовых технологий, которые еще больше повышают надежность по сравнению с предыдущими моделями.

Сюда входят новые подшипники для больших и малых шестерен (валов-шестерен и т. Д.) В редукторах подвижного состава. Подшипники для малых валов шестерен обеспечивают совершенно новый уровень стоимости благодаря еще большей надежности и сокращению требований к специализированному обслуживанию. Подшипники для больших валов шестерен обеспечивают еще более высокую надежность, а стандартный модельный ряд был расширен, чтобы предложить больший диапазон размеров для удовлетворения разнообразных потребностей клиентов.

Высокая надежность незаменима для подшипников редукторов, которые подвергаются тяжелым условиям эксплуатации с частыми сотрясениями и вибрациями.В новых подшипниках используется набор технологий NSK, которые значительно упрощают обращение (только для малых шестеренчатых подшипников), увеличивают интервалы технического обслуживания и способствуют снижению общих затрат в течение жизненного цикла.

Крупные железнодорожные операторы в более чем 20 странах мира доверяют железнодорожным подшипникам NSK, доказавшим свою эффективность и надежность, основанным на более чем 100-летнем опыте в области подшипников, материалов и трибологии. Компания NSK добилась значительных успехов в железнодорожной отрасли и планирует удвоить объем продаж к 2026 финансовому году (по сравнению с 2018 финансовым годом).

Развитие

осуществляется в рамках концепции NSK Vision 2026: «Мы задаем будущее в движении», которая отражает решимость компании создавать новые ценности в области мобильности, способствуя развитию более процветающего общества и повышая ценность для всех заинтересованных сторон, со стороны сотрудников и их семьи конечному пользователю.

Предпосылки разработки

Тенденции в железнодорожной отрасли подчеркивают строгое управление и сокращение общих затрат в течение жизненного цикла.Подшипники редукторов подвергаются одним из самых тяжелых условий эксплуатации среди железнодорожных компонентов, что приводит к значительному спросу на продукцию с еще более высокой надежностью.

Коробка передач передает усилие, создаваемое тяговым электродвигателем, на колесную пару (колесо-ось в сборе) и напрямую соединяется с осью оси. Такая конструкция приводит к тому, что подшипники коробки передач подвергаются сильным ударам и вибрациям, возникающим из-за грохота колес по гусеницам. Тяжелые условия эксплуатации требуют регулярного технического обслуживания подшипников, что стимулировало спрос на решения, которые способствуют увеличению интервалов технического обслуживания и снижению общей нагрузки, связанной с техническим обслуживанием.

Установка и обслуживание конических роликоподшипников, которые часто использовались для поддержки валов-шестерен, требует трудоемкой регулировки зазора в осевом зазоре опытными инженерами по техническому обслуживанию. Это приводит к значительным временным и трудовым затратам, которые увеличивают общую стоимость жизненного цикла для железнодорожных операторов.

В свете этих потребностей компания NSK разработала новые подшипники с использованием передовых технологий. Характеристики продуктов подробно описаны ниже.

1.Характеристики подшипников малых шестерен (валов-шестерен и т. Д.)

и. Конструкция, не требующая обслуживания (экономия времени и труда)

Использование комбинации новых цилиндрических роликоподшипников и шарикоподшипников с четырехточечным контактом устраняет необходимость в регулировке осевого люфта, упрощая монтаж и обслуживание.NSK поставляет эти подшипники с предварительно установленным зазором, что позволяет легко достичь оптимальных результатов, просто установив их. Решение NSK позволяет значительно снизить затраты на техническое обслуживание

ii. Значительно увеличенная прочность клетки

Подшипники

коробки передач подвергаются сильным ударам и вибрации от гусениц, поэтому прочность сепаратора жизненно важна для обеспечения высокой надежности работы. Опираясь на обширный опыт проектирования подшипников для железнодорожного транспорта, NSK разработала специальный сепаратор с кольцевыми направляющими и оптимизированными карманами с использованием «R-образных углов.«Новая конструкция снижает напряжение в конструкции клетки на 75%.

iii. Улучшенное подавление ползучести подшипников

Внутреннее кольцо подвергается специальной термообработке для обеспечения стабильности размеров даже в условиях длительного использования при высоких температурах. Чрезвычайно высокая стабильность размеров обеспечивает отличные характеристики противодействия проскальзыванию, предотвращая смещение подшипника по валу.

2.Расширенный модельный ряд подшипников больших шестерен (валов)

В связи с растущим спросом NSK расширяет количество типоразмеров, предлагаемых в стандартной линейке высоконадежных конических роликоподшипников для больших шестерен.Производители подвижного состава могут быстро и легко интегрировать эти широко проверенные стандартные модели в новые конструкции. Все модели отличаются высокой надежностью конструкции.

3. Обзор стандартной линейки подшипников для малых / больших передач подвижного состава

NSK поставляет продукцию как для высокоскоростного, так и для низкоскоростного подвижного состава.Вся железнодорожная продукция отличается высоконадежными технологиями и дизайном NSK. Свяжитесь с нами, чтобы узнать о наличии других размеров и спецификаций.

4. Преимущества новых подшипников для клиентов

Набор технологий NSK значительно упрощает обслуживание, увеличивает интервалы технического обслуживания (снижает нагрузку на техническое обслуживание) и способствует снижению общих затрат в течение жизненного цикла.

О компании NSK

Компания NSK начала свой путь с производства первых подшипников в Японии в 1916 году и с тех пор превратилась в глобальную организацию, занимающуюся исследованиями, проектированием и производством решений Motion & Control ™, необходимых для мобильных и промышленных приложений.NSK — ведущий поставщик подшипников в Японии и третий по величине поставщик в мире по доле рынка.

Наши гибкие продукты и технологии повышают производительность автомобилей и промышленную производительность, снижая потребление энергии до беспрецедентно низкого уровня. В начале 1960-х годов мы нацелились за пределами Японии и открыли более 200 офисов в 30 странах, а также обширную сеть совместных предприятий и партнерств во всех уголках мира.

Корпоративная философия NSK

NSK вносит свой вклад в создание более безопасного и стабильного общества и помогает защитить глобальную окружающую среду благодаря своей инновационной технологии, объединяющей Motion & Control.Как действительно международное предприятие, мы работаем, преодолевая национальные границы, для улучшения отношений между людьми во всем мире.

»Промышленные редукторы прошли долгий путь

Конструкция редуктора часто связана с противоречивыми требованиями к основным компонентам — корпусу, валам, шестерням и подшипникам — и все влияния на эти элементы следует учитывать как можно раньше в процессе разработки. Максимальная передача мощности, требуемые передаточные числа и учет геометрических ограничений влияют на характеристики шестерни, в то время как рабочие характеристики вала в большей степени зависят от результирующих крутящих моментов, изгибающих моментов и касательных напряжений. Подшипники определяются в соответствии с расчетными требованиями к сроку службы, основанными на реальных условиях эксплуатации редуктора и его геометрии.

Традиционно подшипники рассматривались как жесткие шарниры, а валы — как негибкие балки с результирующими силами на опорах, рассчитанными в соответствии с классическими методами изостатического разрешения.

Первым шагом в утверждении общей конструкции редуктора является предположение, что подшипники являются нелинейными податливыми элементами и что валы являются гибкими. Это позволяет учитывать линию прогиба вала и влияние прогибов вала и подшипников на результирующие силы на опорах.

При более продвинутом подходе к анализу можно также рассмотреть ряд других важных параметров, таких как внутренняя геометрия подшипника, зазор или предварительный натяг подшипника, фактическое количество тел качения под нагрузкой и, для роликовых подшипников, распределение контактного давления вдоль образующая тела качения.

Выбор подшипника также осуществляется с учетом конкретных свойств подшипника, включая поведение при несоосности внутреннего и внешнего кольца во время работы. В этом случае все же предполагается, что подшипники установлены в жестких корпусах. По этой причине, чем жестче фактический корпус, тем ближе расчеты к реальным ситуациям.

Крупносерийные конструкции

Использование легких материалов и компактных корпусов характерно для больших коробок передач малой и средней мощности.В таких случаях оптимизированная конструкция важна для конкурентоспособности продукта.

Система корпус-вал-подшипник в целом должна быть проанализирована с учетом всех факторов взаимодействия, чтобы создать надежную и подходящую конструкцию корпуса, которая точно будет соответствовать ее эксплуатационным требованиям.

SKF разработала ряд компьютерных программ, которые могут рассчитывать параметры таких конструкций. Например, одна программа может прогнозировать поведение подшипника и вала под нагрузкой.Часто ограничивающий фактор, снижающий точность таких программ, возникает, когда жесткость корпуса начинает влиять на положение подшипника. Кроме того, более точный способ оценки рабочих характеристик зубчатого колеса требует правильного определения несоосности.

Одна из последних компьютерных программ SKF может обрабатывать очень сложное взаимодействие таких систем. Эта программа использует модель метода конечных элементов и может быть основана на экспериментальных измерениях деформации под нагрузкой.

Методы моделирования

FEM могут быть применены ко всем компонентам — подшипникам, валам, шестерням, корпусу, пружинам, шайбам — в этой программе.

В этой статье мы не будем описывать МКЭ более глубоко, а только скажем, что он позволяет разбить структуру каждого компонента на такие маленькие «конечные элементы», что форма их полей смещения и напряжений может быть аппроксимирована с некоторой точностью. , оставляя рассчитывать только величину.

Каждый элемент описывается числом «узлов» и поведением каждого узла (т.е. его влиянием на другие узлы), которое затем математически выражается матрицей, называемой матрицей жесткости.

Все матрицы каждого элемента затем объединяются таким образом, чтобы создать матрицу жесткости для всей системы, которую можно решить, и все смещения узлов и связанные с ними силы могут быть оценены.

В последней программе SKF FEM валы представлены простыми балочными элементами, в то время как шестерни имеют несколько узлов — один, который определяет центральную точку, и по одному с каждой стороны боковых сторон шестерни.

Представление подшипника в виде модели FEM представляет собой большую проблему.Это связано с тем, что теория Герца показывает, что существует нелинейная зависимость между силами и перемещениями в зоне контакта. Также необходимо учитывать дополнительные параметры — внутреннюю геометрию подшипника, зазор, предварительный натяг и перекосы между кольцами. Для роликовых подшипников распределение давления по контактной линии, профилю ролика и т. Д.

Каждый подшипник может быть смоделирован одним узлом на кольцо — каждый узел расположен в центре кольца и имеет шесть степеней свободы.Внутреннее распределение нагрузки описано в специальном модуле.

Это позволяет нам учитывать влияние относительных смещений и перекосов подшипника на срок его службы. Однако возникает вопрос, как должно быть представлено жилье. Огромное разнообразие форм корпусов делает невозможным поиск единого параметрического представления, поэтому иногда можно найти подходящую модель от поставщика программного обеспечения. В некоторых случаях производитель коробки передач может уже иметь модель корпуса FEM в рамках своей собственной работы по оптимизации.Затем оба источника можно использовать для решения матрицы для всей конструкции.

Матрица жесткости корпуса также может быть получена из физических измерений реальных моделей, хотя это нецелесообразно, если только на более поздней стадии разработки или при наличии ограниченного количества подшипников. Такие измерения также требуют навыков и соответствующего оборудования. Также при определении любого FEM для использования с программой SKF необходимо соблюдать ряд простых «правил» для достижения успешных результатов.

Редукторы

Полный анализ системы корпус-вал-подшипник был проведен на этапе разработки конструкции редуктора на заводе Bonfiglioli Riduttori в Италии (см. Рисунок 1).Этот редуктор представляет собой небольшой по размеру агрегат большого объема (см. Рис. 2) с алюминиевым корпусом. Этот фактор оправдал исследование его поведения в условиях нагрузки.

Важным фактором успеха окончательного проектирования было тесное сотрудничество между инженерами SKF и Bonfiglioli Riduttori на ранней стадии процесса разработки. Модель жилья должна была развиваться таким образом, чтобы ее можно было успешно интегрировать в программу расчетов SKF.

В этой заявке каждый подшипник в системе был представлен двумя узлами, при этом модель корпуса состояла из твердых элементов, каждый с шестью степенями свободы для каждого узла.

Для каждого положения подшипника в корпусе требовалось кольцо узлов (расположенных на равном расстоянии и лежащих в плоскости, перпендикулярной оси подшипника), расположенных в центре положения подшипника. Это означает, что узел размещается в центре положения подшипника, а затем соединяется с узлами, размещенными в седле, с помощью уравнений «ограничения».

Показанная модель имеет около 8 000 узлов и 14 000 отдельных элементов. Однако для оценки влияния прогиба корпуса на подшипники и валы достаточно знать поведение шести узлов, представляющих центры посадочных мест подшипников.Это достигается за счет уменьшения исходной большой матрицы жесткости до меньшей, более управляемой.

Этот метод известен как процедура «суперэлемента». В этом приложении была создана матрица уменьшенной жесткости, и 36 строк по 36 столбцов были загружены в программу SKF, которая решает всю систему (см. Рисунок 3).

На рис. 4 показана линия отклонения входного вала как для жесткого, так и для гибкого корпуса. Смещения по валу больше у гибкого корпуса по сравнению с жесткой посадкой подшипника.В этом случае, однако, разница между ними недостаточно велика, чтобы отрицательно повлиять на характеристики шестерни, в то время как наиболее ценный эффект возникает из-за несоосности как подшипников, так и шестерен (см. Рисунок 5).

Поскольку редуктор оснащен радиальными шарикоподшипниками, различные смещения не оказывают значительного влияния на срок службы подшипника (см. Рис. 6), поскольку фактические максимальные значения намного ниже рекомендуемых пределов для этого типа подшипников.

Кроме того, на срок службы подшипников влияет различное распределение нагрузки по телам качения.Это объясняет, почему нельзя установить прямую связь между несоосностью подшипников и соответствующей ожидаемой продолжительностью жизни.

Этот метод также позволяет лучше моделировать поля напряжений в корпусе за счет распределения нагрузки в гнезде подшипника при определенных условиях эксплуатации.

В критических случаях возможен более глубокий и сложный анализ, моделируя подшипники с двумя узлами для каждого тела качения и рассматривая кольца как гибкие.Таким образом можно учесть эффект овальности.

Этот полный анализ системы корпус-вал-подшипник позволил оптимизировать все отдельные компоненты. Кроме того, были проверены корпус и валы, и все их деформационные эффекты были включены в расчет срока службы подшипников и колес.

В этом конкретном приложении заключительный расширенный анализ подтвердил оптимизированную конструкцию и полную интеграцию компонентов коробки передач.

Эцио Мильетта
и Гуальтьеро Монтини ,

SKF Industrial Sales Division,

Турин, Италия

Схема внутреннего устройства прецизионного планетарного редуктора с косыми зубьями.

• 10 25, 2020
• Новости
• 0 комментариев

Прецизионный планетарный редуктор с косыми зубьями является одним из многих планетарных редукторов. Прецизионные планетарные редукторы с наклонными зубьями широко используются в крупном оборудовании автоматизации из-за их высокой точности, низкого уровня шума и плавной работы. GearKo представит концепцию прецизионного планетарного редуктора с косыми зубьями, схему внутренней конструкции и принцип работы прецизионного планетарного редуктора с наклонными зубьями.
Прецизионный планетарный редуктор с косыми зубьями.
Планетарные коробки передач представляют собой зубчатые передачи, а шестерни для зубчатых редукторов включают прямые и косые передачи. Планетарная передача косой передачи называется планетарным редуктором с косой зубчатой ​​передачей, планетарной коробкой передач с косыми зубьями и прецизионной планетарной коробкой передач с косыми зубьями.
Основными конструкциями трансмиссии прецизионного планетарного редуктора с косыми зубьями являются: планетарное колесо, солнечное колесо, внешнее зубчатое колесо.
Поскольку набор планетарных шестерен не может соответствовать большему передаточному отношению, иногда требуются 2 или 3 комплекта для удовлетворения требований большего передаточного отношения пользователя.По количеству комплектов планетарного колеса внутри его можно разделить на один, два и три уровня.
По мере увеличения количества планетарных шестерен длина ступени 2 или 3 коробки передач увеличивается, а КПД снижается.
Конструкция планетарного редуктора очень компактна, и мы видим, что конструкция планетарного редуктора также очень проста, включая: соединительную пластину, муфту, нижнюю крышку, солнечную шестерню, планетарное колесо, внутреннее кольцо, верхнюю крышку. и планетарный трансстрат.
Как работает прецизионный планетарный редуктор с косыми зубьями.
Источник привода запускает солнечную шестерню в прямом узле или соединении, а солнечная шестерня объединяется с планетарной шестерней на планетарной раме для управления работой. Весь набор планетарных зубчатых передач автоматически вращается вдоль внешнего зубчатого венца, а планетарная рама соединяет выход силового вала для достижения замедления. Более высокий коэффициент замедления накапливается путем умножения множителей многоступенчатых шестерен и планетарных шестерен.

% PDF-1.5 % 4 0 obj > эндобдж 7 0 объект (Абстрактный) эндобдж 8 0 объект > эндобдж 11 0 объект (Акронимы) эндобдж 12 0 объект > эндобдж 15 0 объект (Содержание) эндобдж 16 0 объект > эндобдж 19 0 объект (Список рисунков) эндобдж 20 0 объект > эндобдж 23 0 объект (Список таблиц) эндобдж 24 0 объект > эндобдж 27 0 объект (Вступление) эндобдж 28 0 объект > эндобдж 31 0 объект (Научно-исследовательские цели) эндобдж 32 0 объект > эндобдж 35 0 объект (Определение объема) эндобдж 36 0 объект > эндобдж 39 0 объект (Фасилитаторы исследований) эндобдж 40 0 объект > эндобдж 43 0 объект (Стратегия исследования) эндобдж 44 0 объект > эндобдж 47 0 объект (Моделирование) эндобдж 48 0 объект > эндобдж 51 0 объект (Экспериментальная проверка) эндобдж 52 0 объект > эндобдж 55 0 объект (Используемое программное обеспечение) эндобдж 56 0 объект > эндобдж 59 0 объект (Основные вклады) эндобдж 60 0 объект > эндобдж 63 0 объект (Обзор диссертации) эндобдж 64 0 объект > эндобдж 67 0 объект (Введение в ветряные турбины и шум ветряных турбин) эндобдж 68 0 объект > эндобдж 71 0 объект (Вступление) эндобдж 72 0 объект > эндобдж 75 0 объект (Изменение климата и возобновляемые источники энергии) эндобдж 76 0 объект > эндобдж 79 0 объект (Ветряные турбины) эндобдж 80 0 объект > эндобдж 83 0 объект (Макет) эндобдж 84 0 объект > эндобдж 87 0 объект (Рабочий диапазон) эндобдж 88 0 объект > эндобдж 91 0 объект (Шум ветряной турбины) эндобдж 92 0 объект > эндобдж 95 0 объект (Шумовые характеристики ветряной турбины) эндобдж 96 0 объект > эндобдж 99 0 объект (Источники шума ветряных турбин) эндобдж 100 0 объект > эндобдж 103 0 объект (Восприятие шума ветряной турбины и раздражение) эндобдж 104 0 объект > эндобдж 107 0 объект (Правила по шуму ветряных турбин) эндобдж 108 0 объект > эндобдж 111 0 объект (Планирование ветряной электростанции) эндобдж 112 0 объект > эндобдж 115 0 объект (Местонахождение площадки) эндобдж 116 0 объект > эндобдж 119 0 объект (Макет сайта) эндобдж 120 0 объект > эндобдж 123 0 объект (Редукторы ветряных турбин) эндобдж 124 0 объект > эндобдж 127 0 объект (Дизайн) эндобдж 128 0 объект > эндобдж 131 0 объект (Источники возбуждения) эндобдж 132 0 объект > эндобдж 135 0 объект (Пути передачи шума ветряных турбин) эндобдж 136 0 объект > эндобдж 139 0 объект (Выводы) эндобдж 140 0 объект > эндобдж 143 0 объект (Моделирование силовой передачи ветряной турбины, обзор) эндобдж 144 0 объект > эндобдж 147 0 объект (Расчетные модели нагрузки привода ветряной турбины) эндобдж 148 0 объект > эндобдж 151 0 объект (Модели шума и вибрации) эндобдж 152 0 объект > эндобдж 155 0 объект (Редукторы без ветряных турбин) эндобдж 156 0 объект > эндобдж 159 0 объект (Моделирование шума и вибрации привода ветряной турбины) эндобдж 160 0 объект > эндобдж 163 0 объект (Ограничения и недостатки текущих моделей для прогнозирования поведения NV) эндобдж 164 0 объект > эндобдж 167 0 объект (Моделирование и экспериментальная проверка отдельных компонентов редуктора ветряных турбин) эндобдж 168 0 объект > эндобдж 171 0 объект (Вступление) эндобдж 172 0 объект > эндобдж 175 0 объект (Многотельное моделирование) эндобдж 176 0 объект > эндобдж 179 0 объект (Корпус коробки передач) эндобдж 180 0 объект > эндобдж 183 0 объект (Отдельные компоненты) эндобдж 184 0 объект > эндобдж 187 0 объект (Сборка отдельных компонентов) эндобдж 188 0 объект > эндобдж 191 0 объект (Использование в модели MB) эндобдж 192 0 объект > эндобдж 195 0 объект (Планетарные носители) эндобдж 196 0 объект > эндобдж 199 0 объект (Моделирование) эндобдж 200 0 объект > эндобдж 203 0 объект (Экспериментальная проверка) эндобдж 204 0 объект > эндобдж 207 0 объект (Выводы) эндобдж 208 0 объект > эндобдж 211 0 объект (Подшипники) эндобдж 212 0 объект > эндобдж 215 0 объект (Определение жесткости подшипника) эндобдж 216 0 объект > эндобдж 219 0 объект (Введение несущей силы) эндобдж 220 0 объект > эндобдж 223 0 объект (Валы и шестерни) эндобдж 224 0 объект > эндобдж 227 0 объект (Валы) эндобдж 228 0 объект > эндобдж 231 0 объект (Шестерни) эндобдж 232 0 объект > эндобдж 235 0 объект (Выводы) эндобдж 236 0 объект > эндобдж 239 0 объект (Моделирование и экспериментальная проверка редуктора ветряной турбины) эндобдж 240 0 объект > эндобдж 243 0 объект (Вступление) эндобдж 244 0 объект > эндобдж 247 0 объект (HSH и MC) эндобдж 248 0 объект > эндобдж 251 0 объект (Модель) эндобдж 252 0 объект > эндобдж 255 0 объект (Измерения) эндобдж 256 0 объект > эндобдж 259 0 объект (Корреляция) эндобдж 260 0 объект > эндобдж 263 0 объект (Выводы) эндобдж 264 0 объект > эндобдж 267 0 объект (Полная коробка передач — структурная модель) эндобдж 268 0 объект > эндобдж 271 0 объект (Модель) эндобдж 272 0 объект > эндобдж 275 0 объект (Измерения) эндобдж 276 0 объект > эндобдж 279 0 объект (Корреляция) эндобдж 280 0 объект > эндобдж 283 0 объект (Выводы) эндобдж 284 0 объект > эндобдж 287 0 объект (Полная коробка передач — акустическая модель) эндобдж 288 0 объект > эндобдж 291 0 объект (Необходимость акустического моделирования) эндобдж 292 0 объект > эндобдж 295 0 объект (Акустическая модель) эндобдж 296 0 объект > эндобдж 299 0 объект (Структурно-акустическая связь) эндобдж 300 0 объект > эндобдж 303 0 объект (Моделирование акустического разгона) эндобдж 304 0 объект > эндобдж 307 0 объект (Выводы) эндобдж 308 0 объект > эндобдж 311 0 объект (Моделирование и экспериментальная проверка двух редукторов ветряных турбин на конечном испытательном стенде) эндобдж 312 0 объект > эндобдж 315 0 объект (Моделирование) эндобдж 316 0 объект > эндобдж 319 0 объект (Влияние гибкой несущей конструкции на глобальных динамиках) эндобдж 320 0 объект > эндобдж 323 0 объект (Влияние нагрузки на глобальную динамику) эндобдж 324 0 объект > эндобдж 327 0 объект (Исследование чувствительности) эндобдж 328 0 объект > эндобдж 331 0 объект (Измерения) эндобдж 332 0 объект > эндобдж 335 0 объект (Корреляция) эндобдж 336 0 объект > эндобдж 339 0 объект (Выводы) эндобдж 340 0 объект > эндобдж 343 0 объект (Методология виртуального прототипирования для активного предотвращения тонального шума ветряных турбин) эндобдж 344 0 объект > эндобдж 347 0 объект (Метод моделирования) эндобдж 348 0 объект > эндобдж 351 0 объект (Источники механического шума) эндобдж 352 0 объект > эндобдж 355 0 объект (Механические пути передачи) эндобдж 356 0 объект > эндобдж 359 0 объект (Акустическое излучение) эндобдж 360 0 объект > эндобдж 363 0 объект (Обязательный анализ) эндобдж 364 0 объект > эндобдж 367 0 объект (Выводы) эндобдж 368 0 объект > эндобдж 371 0 объект (Случаи оптимизации) эндобдж 372 0 объект > эндобдж 375 0 объект (Случай оптимизации 1: Влияние подшипников на результирующие амплитуды колебаний редуктора ветряной турбины) эндобдж 376 0 объект > эндобдж 379 0 объект (Использование анализа пути передачи, чтобы получить представление о передаче возбуждения шестерни через различные положения подшипников) эндобдж 380 0 объект > эндобдж 383 0 объект (Влияние жесткости подшипников \ 046 значений демпфирования на передачу возбуждения шестерен) эндобдж 384 0 объект > эндобдж 387 0 объект (Влияние положения подшипника на передачу возбуждения шестерни) эндобдж 388 0 объект > эндобдж 391 0 объект (Выводы) эндобдж 392 0 объект > эндобдж 395 0 объект (Вариант оптимизации 2: режимы изгиба корпуса редуктора ветряной турбины) эндобдж 396 0 объект > эндобдж 399 0 объект (Выводы) эндобдж 400 0 объект > эндобдж 403 0 объект (Выводы) эндобдж 404 0 объект > эндобдж 407 0 объект (Выводы) эндобдж 408 0 объект > эндобдж 411 0 объект (Обзор и основные статьи) эндобдж 412 0 объект > эндобдж 415 0 объект (Рекомендации для будущих исследований) эндобдж 416 0 объект > эндобдж 419 0 объект (Источники) эндобдж 420 0 объект > эндобдж 423 0 объект (Пути передачи) эндобдж 424 0 объект > эндобдж 427 0 объект (Шумовое излучение) эндобдж 428 0 объект > эндобдж 431 0 объект (Femtools) эндобдж 432 0 объект > эндобдж 435 0 объект (Считыватель модели Simpack) эндобдж 436 0 объект > эндобдж 439 0 объект (Автор модели Simpack) эндобдж 440 0 объект > эндобдж 443 0 объект (Решатель Simpack \ считыватель результатов 046) эндобдж 444 0 объект > эндобдж 447 0 объект (Модель с роликовым подшипником) эндобдж 448 0 объект > эндобдж 451 0 объект (Расчет расстояния) эндобдж 452 0 объект > эндобдж 455 0 объект (Расчет силы ролика) эндобдж 456 0 объект > эндобдж 459 0 объект (Обзор экспериментальных проверочных кампаний) эндобдж 460 0 объект > эндобдж 463 0 объект (Отдельные компоненты коробки передач ветряных турбин) эндобдж 464 0 объект > эндобдж 467 0 объект (Моментный рычаг) эндобдж 468 0 объект > эндобдж 471 0 объект (Низкоскоростное кольцевое колесо) эндобдж 472 0 объект > эндобдж 475 0 объект (Корпус промежуточного подшипника, сторона низких оборотов) эндобдж 476 0 объект > эндобдж 479 0 объект (Высокоскоростной корпус и основная крышка) эндобдж 480 0 объект > эндобдж 483 0 объект (Собран картер коробки передач) эндобдж 484 0 объект > эндобдж 487 0 объект (Коробка передач в сборе) эндобдж 488 0 объект > эндобдж 491 0 объект (Высокоскоростной корпус и основная крышка) эндобдж 492 0 объект > эндобдж 495 0 объект (Коробка передач в сборе) эндобдж 496 0 объект > эндобдж 499 0 объект (Библиография) эндобдж 500 0 объект > эндобдж 503 0 объект (Список публикаций) эндобдж 504 0 объект > эндобдж 508 0 объект> транслировать x ڥ TMs0W6 @ IdcC]! 0 # ey ) # vDž * 4z? gn˭R) \ | 3pX 0 (-Hmbx8% KĹ = «S» 2eL! =}? * ֩ Hxjm ㆑ a / 1X ‘ E /! C $ 4].% hr2t5 ܆ O`81 Ɠ | aON # ~ O (7AUʥ-CLl ֔; GBRą

Структурированная сеть коннекционистов | Машиностроение и промышленная инженерия

Структурная диагностика неисправностей редукторов вертолетов

---

Аннотация:

Структурная сеть соединений (SBCN)
Для коробок передач вертолетов представлен метод диагностики, использующий сведения о конструкции коробки передач и характеристиках вибрации для определения влияния неисправностей на характеристики.Для определения структурных влияний редуктор представлен моделью с сосредоточенной массой, так что среднеквадратичное значение вибрации из этой модели используется для определения влияний. Структурные влияния затем преобразуются в нечеткие переменные, чтобы учесть приблизительный характер модели с сосредоточенной массой, и использоваться в качестве весов коннекционистской сети. Диагностика в этой структурно-ориентированной сети подключений (SBCN) выполняется путем распространения аномальных характеристик, полученных из неконтролируемого классификатора шаблонов (однокатегориальный классификатор (SCBC)), через веса SBCN для получения значений вероятности неисправности для каждого компонента в коробке передач. .В части I данной статьи описывается предлагаемый метод диагностики, а в части II эффективность предложенного метода оценивается экспериментально с применением его к двум редукторам вертолетов: OH-58A и S-61.

Схема редуктора вертолета OH-58A.

Классификатор на основе одной категории

Введен новый классификатор неконтролируемых шаблонов для оперативного обнаружения отклонений в характеристиках вибрации, которые используются для диагностики неисправностей редукторов вертолетов.Этот классификатор, который реализуется сетью коннекционистов, классифицирует особенности вибрации, присваивая им значение в [0, 1], чтобы отразить степень их аномалии. Его характерной особенностью является то, что он выполняет классификацию, рассматривая только нормальные значения функций, и поэтому не требует значений функций, связанных с ошибочными случаями, для выявления отклонения от нормы. Чтобы справиться с шумом и изменениями в условиях эксплуатации, включен алгоритм адаптации, который постоянно обновляет нормальные значения функций.Предложенный классификатор протестирован на экспериментальных вибрационных характеристиках редуктора несущего винта ОН-58А. Чтобы оценить производительность этого классификатора, функции масштабирования отклонений интегрированы для обнаружения неисправностей. Результаты обнаружения неисправностей, полученные с помощью этого классификатора, сравнимы с результатами, полученными от ведущих неконтролируемых нейронных сетей: Кохонена Feature Mapping и Adaptive Resonance Theory (ART2).

Схема вертолетной коробки передач С-61

Применение структурной сети подключений (SBCN)

Общая система диагностики неисправностей для коробок передач, Structure-Based Connectionist Network (SBCN), которая объединяет функции классификации шаблонов и глубокие экспертные системы для устранения необходимости контролируемого обучения, была экспериментально оценена с использованием данных вибрации от двух коробок передач вертолетов: OH58A и S- 61.Результаты диагностики показывают, что SBCN может диагностировать большое количество неисправностей в коробках передач OH-58A и S-61, что примечательно, учитывая, что результаты получены независимо от какого-либо контролируемого обучения. Кроме того, для проверки структурных влияний они сравнивались с полученными из экспериментальных значений RMS и весов сети, подобной SBCN, обученной посредством контролируемого обучения.

Основные публикации:

• В. Б. Джамму, К. Данаи, Д.Г. Левицки, «Неконтролируемый классификатор шаблонов для масштабирования отклонений от нормы вибрации для диагностики редуктора вертолета», Вибрация машин, 1996, том 5, № 3, стр. 154-162.
• В. Б. Джамму, К. Данаи и Д. Г. Левицки, «Структурированная сеть коннекционистов для диагностики неисправностей редукторов вертолетов», ASME Journal of Mechanical Design, Vol. 120, № 1, с. 100-105 ..
• В. Б. Джамму, К. Данай и Д. Г. Левицки, «Экспериментальная оценка структурной коннекционистской сети для диагностики неисправностей редукторов вертолетов», ASME Journal of Mechanical Design, Vol.