Что лучше автомат или механика коробка передач
Каждый автовладелец, выбирая свой очередной автомобиль, зачастую задаётся вопросом — коробка передач, что лучше автомат или механика, и иногда этот вопрос стоит так остро, что в итоге склонит к покупке той машины, коробка передач которой наиболее подходит будущему автовладельцу. На сегодняшний день существует да вида основных КПП — это – механическая коробка передач та, которую переключает сам водитель посредством рычага, находящегося в салоне и автоматическая КПП – это та, которая переключается сама при наборе автомобилем скорости.
Коробка передач, что лучше автомат или механика
Механическая коробка передач это относительно простой агрегат автомобиля, если сравнивать его с автоматической КПП.
- Механика хороша тем, что это, как правило, долговечные агрегаты, которые в основном до 200 тысяч пробега не имеют, как правило, проблем вообще
- Довольно легко обслуживается
- Стоит не дорого если сравнивать с автоматической, что конечно же отражается существенно на цене автомобиля
- В большинстве случаев механика потребляет топлива процентов на 20-30 меньше чем автоматическая коробка
Из минусов, по сути, только один – это непосредственное и очень активное участие водителя в переключении передач автомобиля, что некоторым дается довольно сложно особенно на первых порах водительской практики. Так же замечу, что большинство женщин просто ненавидят механику, а зачастую им так и не удаётся её освоить, и они практически все и всегда выбирают автоматическую коробку передач при покупке автомобиля.
Чем же хороша автоматическая коробка передач:
Самое главное это, конечно же, что при езде на автомобиле с коробкой автомат можно забыть про рычаг переключения скоростей. Единственное вы будете его трогать при старте автомобиля и при остановках на светофоре, да и то можно просто держать на светофоре, на тормозе, не переключаясь в нейтраль. То есть при использовании АКПП вы попросту забываете о ручке, управление автомобилем будет осуществляться двумя педалями газ и тормоз.
Надо ехать — дави газ, надо остановиться или притормозить — давишь тормоз – вот собственно и все, как на детский электромобилях, которые сейчас очень распространены.
Но у такой удобной коробки есть и достаточно минусов
- Сложность реализации самого механизма коробки – что конечно отразилось на стоимости всего авто с такой КПП
- Как правило, до капитального ремонта такой коробки вы проедете не более 200 тысяч пробега, а зачастую гораздо меньше
- Расход топлива выше, чем на механике до 30%
- Дороговизна обслуживания и ремонта
- Зачастую невозможность буксировки – кроме как на эвакуаторе
- Так же на автомате масло, точнее жидкость ATF за счет которой и работает вся коробка придется менять, как правило, каждые 50 тысяч пробега. В то время на механике есть вообще необслуживаемые коробки
Качество жидкости ATF (масла) в коробке автомат играет ключевое и решающее значение в её работе. В АКПП сила вращения передаётся не жестко как в механике напрямую через вал или шестерни, в АКПП усилие передаются через так называемый гидротрансформатор. Что уже из названия наталкивает на мысль гидро — жидкость, трансформатор – преобразует, то есть тут роль передачи усилия ложиться на жидкость ATF. Которая имеет свойство перегреваться, испаряться, подтекать, быстро терять свои свойства
Что же можно сказать в сухом остатке насчёт извечного вопроса, какая коробка передач лучше автомат или механика, вот некоторое субъективное мнение
- Механика неудобна – но дешевле при эксплуатации в разы
- Автомат КПП – очень удобна, не напрягает водителя вечными переключениями – но в разы дороже в обслуживании и менее долговечна без нужды кап ремонта
- И основным отличием этих агрегатов, конечно же, я является разница в расходе топлива – в некоторых моделях достигаемая в 30%
- Что как говорится сказать – если с финансами вообще нет никаких проблем, и все обслуживание будете делать только на авторизированных СТО вовремя и только самыми качественными материалами то автоматическая коробка однозначно
- Если с финансами не так гладко и главным фактором выступает дешевизна обслуживания или вообще возможность самообслуживания – то конечно механика, тут вы экономите как на самой стоимости коробки, обслуживании её и так же ещё экономите и на расходе топлива – платите вы за это вечным дерганием рычага
- Это основные моменты для обычного автовладельца, гонщиков мы тут не рассматриваем которые выбирают механику в виду особенности специфики вождения автомобиля и предъявляемых к нему требований для участия в гонках или так называемом дрифте (длительный управляемый занос с постоянным вращением или пробуксовкой колёс на низкой скорости при большом вращательном моменте)
Какая коробка лучше автомат или механика
По автоматической коробке можно ещё добавить, что есть различные виды её реализации:
Просто автомат КПП – это как правило гидромеханические(гидравлическая) и электронные коробки передач. По сути, вся система автоматической коробки переда автомобиля состоит из пакета золотников, которые контролируют потоки и давлением масла. Эти самые золотники регулируются с помощью переключения селектора водителем, а также и в автоматическом режиме.
Гидравлическая – использует давление масла и данные от центробежного регулятора педали газа – вследствие чего в коробке масло передается через специальный золотник под определенным давлением что в итоге и приводи к сжатию фрикционов и пакета дисков поршнем, а в это время обгонная муфта в сам момент сжатия пакета дисков и проскакивает в специальное освободившееся пространство и соединяется с нужной передачей.
В электронной же коробке, используются соленоиды, которые перемещают золотники в необходимое место.
Какая коробка передач лучше автомат или робот
Роботизированная (по сути та же механика, так же выжимается сцепление и происходит механическое усилие для переключения передачи – только делает его не человек а автоматизированные механизмы так называемые актуаторы, по сути они делают то что и вы в механике, но только тут за вас действо выполняет «моторчик – сцепление + переключение» вы же только отдаете команду когда переключится – например нажатием кнопочек плюс и минус на руле, под рулем или на рычаге – по сути, та же механика, но без задействования ног водителя для выжимания сцепления. Расход при этот будет такой же практически, как и на обычной механической коробке передач
Какая коробка передач лучше автомат или вариатор
Вариаторная коробка передач – тут нет ступенчатой передачи – первая, вторая и так далее. Усилие в такой коробке передается плавно, нет рывков так называемых переключений, просто увеличивается сила и скорость вращательного момента – очень плавно и совершенно не ощущается в салоне – не рывков, не подтормаживаний. Смысл устройства вариатора внешне прост сам шкив на которые посажен как правило ремень, передающий усилие колесам или межколесному блоку – сделать из двух конусов при их по сути сближении и расширении меняется диаметр этого шкива из за чего и происходит разница вращательного усилия, как правило там два таких устройства с шкивом изменяемым свой диаметр ведущий и ведомый. Ведущий берет усилий с двигателя передаёт на ведомый, а ведомый уже на колеса
На этой ноте мы и заканчиваем наш пост под название коробка передач, что лучше автомат или механика, у каждого, думаю есть своё мнение по этому поводу и свои доводы и факты из реальной практики, которые мы и просим вас отобразить внизу под этой статьёй в виде комментариев.
https://youtu.be/NtHXx8mGOOk
https://youtu.be/dIYRvPO5jJI
коробка-автомат или механическая коробка передач?
В нашем обществе сложился стереотип о том, что коробка-автомат – это круто, а механическая (ручная) коробка передач значительно уступает ей. Эти убеждения не всегда соответствуют действительности. У каждой из модификаций есть свои преимущества и недостатки.
К примеру, коробка-автомат уступает механике по целому ряду позиций. Механика более экономно передаёт крутящий момент и позволяет получить от двигателя большую мощность. Детали механической коробки не так быстро изнашиваются и легко могут быть отремонтированы. Недостатков у ручного управления передачами тоже немало. Во-первых, управлять автомобилем в ручном режиме значительно труднее. Во-вторых, выбор передачи, подходящей для той или иной дорожной ситуации, осуществляется часто интуитивно. В-третьих, элементы механизма сцепления подвержены большему износу. Помимо этого, ручной режим управления часто приводит к перегрузкам двигателя, а его ремонт увеличивает эксплуатационные расходы.
Имеет свои особенности эксплуатации и коробка-автомат. Безусловно, управлять автомобилем на автоматике очень легко. Об этом хорошо знают владельцы автомобилей, проживающие в городах. У них нет проблем с перегрузками, а двигатель работает всегда в нужном режиме. Правда, при передаче крутящего момента часты существенные потери силы, а также иногда ощущается, что пинается коробка-автомат. Но с этим можно мириться. А вот сделать разгон такого автомобиля до предельной скорости просто невозможно, потому что автоматика «не согласится» с таким намерением водителя. Также при поломке автоматики придётся очень дорого заплатить за её ремонт. Ниже и прочность автоматической коробки передач (по сравнению с механической).
Что же лучше: коробка-автомат или механическая коробка передач? Дамам и водителям, недавно севшим за руль, лучше выбирать автоматическое управление передачами. Это особенно важно, если они ездят по улицам большого города и часто попадают в пробки. Жителям сельских регионов и мужчинам-лихачам, живущим как в городе, так и за городом, лучше выбрать более сложное ручное управление передачами.Надежность этих вариантов приблизительно одинакова. Если автоматика и содержит много деталей, которые относительно часто ломаются, то большинство из них, все же, не подвержены быстрому износу (при бережном управлении автомобилем). Своевременная замена масла и осторожность при эксплуатации – вот условия, необходимые для того, чтобы коробка-автомат долго не выходила из строя. Инструкция, прилагающаяся к автомобилю, должна соблюдаться и в отношении качества масла, условий его замены.Что касается механической коробки, то, несмотря на её большую прочность, привод, диск, корзина и накладки сцепления у автомобиля «горят» даже при очень бережном вождении. Обычно без замены накладок можно проехать не больше восьмидесяти тысяч километров. Каждый раз, переключая скорости и выжимая сцепление в бесчисленно меняющихся дорожных условиях, водитель невольно создаёт обстоятельства, благоприятные для выхода из строя той или иной части механизма сцепления. Поэтому ответить однозначно на вопрос о том, какая короба передач лучше, просто невозможно! Выбирайте то, что вам по вкусу! Но помните: чтобы у вас была исправная коробка-автомат, инструкция по ее использованию должна соблюдаться неукоснительно!
Что лучше — автомат или механика: плюсы и минусы
Автоматические коробки передач уже не являются привилегией дорогих машин премиального класса. Уже и на микролитражке DAEWOO Matiz производители устанавливают недорогую автоматическую трансмиссию, поэтому выяснить, что лучше автомат или механика, могут даже покупатели бюджетных авто.
Такое сравнение не все водители считают корректным, ведь поведение машин с разными способами переключения передач в некоторых ситуация отличается. Однако, попробуем провести параллели между выбранными КПП, а также найти точки пересечения.
«Автомат» для ленивых?
Наиболее популярным аргументом в пользу автоматических коробок передач называют более комфортное вождение. Водители с АКПП приводят довод в виде меньшего количества педалей и ненужности регулярного переключения ступеней с помощью рычага. Городские автовладельцы, привыкшие к длительным пробкам будут согласны с таким обоснованием положительной стороны.
Постоянное дергание ручки КПП и выжимание сцепления негативно влияет на данный узел.
Также считается, что большое количество выполнения процессов за рулем в течение непродолжительного времени повышает уровень стресса. А ведь спокойное и сосредоточенное состояние влияет на безопасность движения.
Водители однозначно уверены в том, что автомобиль должен повышать уровень комфорта, поэтому выбирая, какая коробка передач лучше автомат или механика, предпочтения часто на стороне автомобилей без педали сцепления. При таком варианте даже обе руки остаются на рулевом колесе, не отвлекаясь на ручку КПП.
Любителям агрессивного вождения
Любители ручного переключения передач уверяют в том, что только с таким способом можно выпустить наружу всю мощь силовой установки, управляя резким ускорением мотора. Однако, не все автоматические КПП одинаково плавно выполняют свою работу. Например, вариаторные агрегаты действительно «задумчиво» выполняют команды водителя. Зато в плавности хода с ними тяжело тягаться, выбирая автомат или механику, плюсы и минусы конструкций.
Живее работают роботизированные и гидротрансформаторные узлы, но в этом процессе ответственность перекладывается на интеллект электронных алгоритмов. В качестве компенсации плавности набора скорости водитель получает бережное отношение к мотору и сниженный расход без излишнего впрыскивания топлива в камеру сгорания. При этом передаточные числа будут с короткими интервалами, чтобы тахометр не уходил в красную зону высоких оборотов, а автомобиль был экономичнее.
Компенсировать агрессивный стиль вождения на автоматах помогает спортивный режим современных АКПП. Дополнительным бонусом служат ставшие привычными подрулевые лепестки. Хотя это и не полноценная компенсация механической коробки, но ощущение управляемости они смогут дать.
Примером высококлассного использования автоматики являются Jaguar, Ferrari, Porsche, на которых производители ставят уже даже 8-ми ступенчатые автоматические трансмиссии, способные
Для бюджетных машин предусмотрены обычно 5-ти ступенчатые агрегаты. Они не выдадут ультра скоростных характеристик, но зато уберегут мотор от перегрева, перегрузок и быстрого износа, что важно для экономных автовладельцев начинающих водителей обоих полов.
Топливный вопрос
Сравнивая паспортные характеристики расходов топлива у аналогичных марок, отличающихся между собой лишь трансмиссионными агрегатами, можно уловить, чем отличается механика от автомата, и в чью пользу будет эта разница. Хотя часто расчетный параметр, указанный производителем для смешанного режима езды с МКПП, бывает на 0,5-1 л меньше, чем у машины с АКПП, практика часто показывает немного большую разницу.
Прогресс заставляет инженеров бороться с такой разницей, и иногда делается это успешно. Не зря внедряются разные экономные опции, например, Старт-Стоп системы.
Случается, что водители на «механике» расходуют бензин в большем количестве, чем на «автомате», но причиной является манера езды, частые перегазовки при смене передачи, необоснованные разгоны и резкие торможения.
Наиболее эффективным примером удачной конструкции автоматической коробки являются агрегаты с немецкой VW Group классификацией DSG. Аббревиатура скрывает преселективную роботизированную коробку с двумя сцеплениями. Такая конструкция обеспечивает поддержание высоких оборотов двигателя при быстрых и частых переключениях передач. Удачным примером служит VW Polo, имеющий агрегат DSG и потребляющий по паспорту меньше топлива, чем его аналог с механикой.
Проходимость в любых условиях и транспортировка авто
При разборе поведения автомобилей с разными коробками на песке считается, что выигрывает механика, у которой технические возможности для данной экстремальной ситуации более приспособлены. Опытный водитель сможет грамотно распорядиться таким ресурсом.
Среднестатистическая автоматическая коробка передач будет использовать универсальный алгоритм поведения в такой ситуации. Он не всегда эффективен для закопавшегося авто. В дорогих марках авто, например, английском Land Rover высокоинтеллектуальная автоматика приходит на помощь водителям. Перераспределение усилий, блокировки и другие способы управления способствуют решению проблем загрузшего в зыбучей почве автомобиля.
С некоторых пор в помощь водителям автомобилей среднего класса на эти транспортные средства перекочевывают дополнительные режимы, пример, «зимний», который снижает тягу ведущих колес, чтобы сильное нажатие на педаль акселератора не повлекло за собой ненужной пробуксовки. Иногда даже включается возможность трогаться на второй или третьей передаче.
Каких-то явных ограничений на буксировку машины с «механикой» автопроизводители не дают, в отличие от «автоматики». Для АКПП не рекомендуется использовать буксировку. Приходится только вызывать эвакуаторы. Хотя если вызвать помощь не удастся, то допускается использование буксира с небольшой скоростью до 40-50 км/ч на недалекое расстояние до 30 км. При этом должен быть установлен нейтральный (N) режим.
С севшим аккумулятором владельцы МКПП просто расталкивают машину, а водитель может потом завести ее на ходу. Владельцам АКПП такой трюк провернуть не удастся.
Финансовая выгода
Выбирая новое транспортное средство с автоматической коробкой передач, владелец должен заплатить большую сумму, чем при покупке такого же авто, но с «механикой». Разница составляет примерно около 1000 долларов. На этом не останавливаются, так как обслуживание АКПП обойдется дороже, чем МКПП.
Например, масло требуется менять в «автоматах» в среднем уже при 60 тыс. пробега, а на «механике» можно и до 90 тыс. кататься на одной и той же смазке. Также и объем смазывающей жидкости в автоматических коробках требуется от 6 до 9 литров. В отличие от «механики», которой достаточно 3-4 литра более дешевой смазки. Любой ремонт соответственно дороже у более сложной конструкции. Поэтому автоматическая трансмиссия хороша в качестве нового агрегата.
Вывод
Прогресс, перекладывающий на плечи автоматики большинство процессов вряд ли удастся остановить в разных секторах, в том числи и в автомобильной отрасли. Процент автоматических коробок в авто растет вместе с качеством таких агрегатов. Некоторые предсказатели оставляют «механику» лишь для автоспорта в будущем. Даже в ПДД отдельным пунктом выделили графу для водителей с «автоматом», понимая, что пересесть на него с МКПП несложно, а вот обратный процесс может вызвать значительные затруднения.
Интересное по теме:
загрузка…
Вконтакте
Одноклассники
Google+
Что лучше: «механика» или «автомат»
Что лучше: «механика» или «автомат»?
Что лучше: механика или автомат? Споры по этому поводу не утихают. Но, возможно, сам вопрос поставлен неправильно? Вернее было бы спрашивать: что Вам подходит больше: механика или автомат. Итак, есть несколько аспектов, которые необходимо учитывать при выборе коробки передач.
Простота
Благодаря автомату передвижение в пробке намного проще. Только газ и тормоз, никаких переключений, третьих педалей и лишних движений. Да и на свободной дороге: всего две педали делают вождение проще и комфортнее.
Наперегонки с ветром
А вот что касается динамики, тут явных фаворитов нет. Механика всем известна своей скоростью реакции на приказы водителя. Конечно, первые автоматические коробки передач не могли сравниться в динамике с механическими. Но времена поменялись, современные автоматические КПП способны посоревноваться за звание самых динамичных. Все зависит от того, какие цели ставил производитель. Экономичные и плавные вариаторы не позволят стрелке тахометра попасть в красную зону, их динамические показатели не будут на высоте. Но гидротрансформаторная и роботизированная КПП позволят разогнать достаточно быстро.
От заправки до заправки
Автоматическая КПП потребует больше топлива, чем механическая. Например, Skoda Octavia A5 с 1,6-литровым двигателем на сотню километров расходует с автоматом на 0,5 литра топлива больше, чем с механикой. Но расход топлива зависит не только от автомобиля, но и от водителя. Современные технологии, к примеру, «Старт-Стоп» позволяют значительно сократить разрыв в расходе.
Коробка передач с двумя сцеплениями, чаще всего скрывающаяся под буквами DSG, позволяет ощутить достоинства автомата, при этом не перерасходовать топливо. Суть такой коробки заключается в двух дисках: пока один диск сцепления передает тягу, второй уже готов его сменить. В итоге переключение передач практически неощутимы. Автомобиль плавно и быстро набирает скорость. В таких коробках 6, 7 или даже 8 передач, что позволяет двигателю работать оптимально и экономить топливо.
В случае форс-мажора
На автомобиле с механикой легче выехать из песка или грязи, конечно, если правильно с ней обращаться. Но и автоматы, напичканные электроникой, могут удивить. К примеру, Land Rover всегда готов к приключениям.
Буксировка автоматов овеяна мифами. Автомат буксировать можно, но осторожно: на скорости 50 км в час на нейтралке, желательно не больше 30 км. Но завести автомат с толкача или при помощи буксира не удастся.
Финансы
Чем лучше автоматическая коробка передач, тем она дороже. В любом случае, автомобиль с автоматом обойдется дороже, чем аналогичный с механикой. В процессе эксплуатации автомата придется чаще менять недешевое масла. Ну и ремонт автомата обойдется недешево.
Если бы было так просто сказать, что хорошо, а что плохо, зачем была бы радуга? Было бы все, к примеру, красного цвета, и всем бы нравилось. Но нет, все люди разные, и всем нравится что-то свое. Кто-то приверженец агрессивной езды и любит механику, кому-то комфорт автомата гораздо важнее. В любом случае, не стоит от чего-либо не испробовав это. Современные автоматы способны на многое. И они постепенно вытесняют механику.
Многое зависит от того, для чего Вам нужен автомобиль. Для размерной езды или авторалли? Разные стили жизни требуют разных автомобилей. А учиться ездить, на всякий случай, можно и на механике.
Frontiers | Компактные редукторы для современной робототехники: обзор
Введение
Промышленные роботы составляют основу нескольких крупных традиционных производств, включая автомобилестроение или электронику. Сегодня многие регионы мира видят реальную возможность возродить обрабатывающую промышленность, внедряя роботов на малых и средних предприятиях (МСП) и в вспомогательные услуги, как правило, в здравоохранении (SPARC, 2015).
Для крупномасштабных промышленных сред с высокой степенью автоматизации преимущество роботизированных решений по сравнению с людьми-операторами в основном заключается в (i) большей доступности и (ii) способности перемещать — обычно большие — полезные нагрузки с исключительной точностью позиционирования и с высокой скоростью.Эти аспекты имеют решающее значение при разработке и выборе подходящих технологий для промышленного робота, особенно для первичных двигателей и трансмиссий, обеспечивающих движение этих устройств.
Применения в производстве и персональном обслуживании МСП бросают вызов этой традиционной парадигме робототехники. Ключ к успеху в этих новых приложениях лежит в очень высокой степени гибкости, необходимой для обеспечения безопасного и эффективного прямого сотрудничества с людьми для достижения общих целей.Эта цель требует, чтобы роботы сначала развили способность безопасно взаимодействовать с людьми в дисциплине, обычно называемой pHRI — физическое взаимодействие человека и робота.
pHRI оказывает широкое влияние на срабатывание роботов. Опыт, накопленный за последние десятилетия, в основном в области робототехники в здравоохранении, показывает, что для безопасного и эффективного взаимодействия с людьми роботы должны в основном двигаться, как люди, а значит жертвовать некоторыми из своих традиционных преимуществ с точки зрения полезной нагрузки, точности и скорости.Эта ситуация привела к обширным исследованиям в последние годы, охватывающим оптимальный выбор первичных двигателей и передач для срабатывания HRI (Zinn et al., 2004; Ham et al., 2009; Iqbal et al., 2011; Veale and Xie, 2016 ; Verstraten et al., 2016; Groothuis et al., 2018; Saerens et al., 2019).
Эти работы относятся к более широкой области исследований, изучающих оптимизацию связи между первичным двигателем и коробкой передач для данной задачи в автоматических машинах. Краткий обзор основных разработок в этой области дает полезные сведения, позволяющие понять влияние редуктора на общую производительность системы.Паш и Серинг (1983) определили важность инерции при срабатывании и предложили использовать передаточное число для согласования инерции двигателя и отраженной нагрузки в качестве средства минимизации потребления энергии для чисто инерционной нагрузки. Чен и Цай (1993) применили эту идею к области робототехники и определили результирующую способность к ускорению конечного эффектора как определяющий параметр. Ван де Стрете и др. (1998) разделили характеристики двигателя и нагрузки, чтобы распространить этот подход на общую нагрузку, и предоставили метод определения подходящих передаточных чисел для дискретного набора двигателей и редукторов.Roos et al. (2006) изучали выбор оптимального привода для трансмиссий электромобилей, добавляя вклад КПД коробки передач. Giberti et al. (2010) подтверждают, что инерция ротора, передаточное отношение, КПД коробки передач и инерция коробки передач являются наиболее важными параметрами для выбора срабатывания, и предлагают графический метод оптимизации этого выбора для динамической задачи. Петтерссон и Олвандер (2009) снова сосредоточились на промышленных роботах и представили метод, моделирующий коробку передач с упором на массу, инерцию и трение.Резазаде и Херст (2014) используют очень точную модель двигателя и включают фундаментальный критерий выбора полосы пропускания в дополнение к минимизации энергии. Дрессчер и др. (2016) исследуют влияние трения на планетарный редуктор, в котором кулоновское трение является доминирующим механизмом трения, и демонстрируют, как КПД редуктора обычно становится преобладающим над КПД двигателя при высоких передаточных числах.
По сравнению с исходными моделями коробок передач, использовавшихся в этих работах, где коробки передач моделировались как идеальные передаточные числа, сложность моделей постепенно возрастала.Тем не менее, необходимо сделать важные — и нереалистичные — упрощения, чтобы добиться хорошей практической применимости этих методов. Таким образом, не учитываются такие важные эффекты, как жесткость на кручение и потерянное движение, в то время как модели инерции коробки передач и эффективности сильно упрощены. Это оправданный подход для множества приложений, где упрощенные методы могут помочь инженерам выбрать подходящие трансмиссии. Однако в HRI эти свойства слишком важны для пригодности коробки передач, и их нельзя так сильно упростить.
Следовательно, необходим другой подход для предоставления полезных рекомендаций по выбору коробки передач в HRI, позволяющий избежать чрезмерной сложности задач оптимизации в этой области. Предоставление подробных сведений об эксплуатационных свойствах и характеристиках различных технологий редукторов для обоснованного выбора — еще один вариант, следуя традициям таких работ, как Schempf and Yoerger (1993) или Rosenbauer (1995). Следуя этому подходу, Siciliano et al. (2010), Ли (2014), Шейнман и др.(2016), а также Фам и Ан (2018) предоставляют интересные обзоры высокоточных редукторов для современной робототехники. Однако технологии не анализируются достаточно подробно, чтобы получить хорошее представление о сложных механизмах, в которых они влияют на выполнение роботизированной задачи.
Основная цель этого обзора — соответственно дополнить эти работы подробным анализом основных принципов, сильных сторон и ограничений доступных технологий. Помимо возможности прогнозирования будущего технологий редукторов в робототехнике, этот подход может помочь неспециалистам в области редукторов определить подходящие технологии компактных редукторов для многофакторных требований новых робототехнических приложений (López-García et al., 2018). Для специалистов по коробкам передач из других областей этот анализ может помочь им получить полезную информацию о конкретных потребностях приложений HRI.
Это исследование начинается с краткого описания основных требований к будущим роботизированным трансмиссиям, чтобы затем представить систему оценки, предназначенную для оценки пригодности и потенциала конкретной технологии коробок передач для этой области. Эта структура включает сильную перспективу pHRI и включает новый параметр — коэффициент скрытой мощности — для оценки внутренней эффективности определенной топологии редуктора.Эта новая структура используется в первую очередь для обзора традиционных технологий редукторов, используемых в промышленных роботах, и новых технологий передачи, которые в настоящее время находятся в процессе выхода на рынок. Наконец, в конце документа приводится краткое изложение результатов этого обзора вместе с нашими выводами и рекомендациями.
Система оценки роботизированных трансмиссий с расширенными возможностями HRI
Контроль
Управление роботизированными устройствами — очень широкая и сложная тема, которая является предметом обширной исследовательской литературы.В этом разделе мы ограничимся введением основных принципов линейности и отраженной инерции, которые являются основными для понимания влияния коробки передач на управление.
Хотя в целом скорость и точность являются противоречивыми требованиями, обычные робототехнические устройства превосходны в достижении высокой точности позиционирования на высокой скорости благодаря использованию жестких приводов с очень линейным поведением (Cetinkunt, 1991). Включение роботизированной трансмиссии влияет на сложность управления в основном двумя способами: вносит дополнительную нелинейность и сильно влияет на отраженную инерцию.
Нелинейности, вызванные включением трансмиссии, принимают в основном форму люфта и / или трения и уменьшают полосу пропускания системы, создавая важные проблемы управления (Schempf, 1990). Утверждение о зубчатых колесах приводит к люфту, трению и (нежелательному) соответствию, что затрудняет точное управление. (Hunter et al., 1991) сегодня так же актуально, как и почти 30 лет назад. Для некоторых технологий большие кинематические погрешности передачи и особенно нелинейное трение также могут вызывать значительные нелинейности.
Коробки передач также сильно влияют на отраженную инерцию системы. В роботизированном устройстве инерция первичного двигателя обычно на несколько порядков меньше, чем у полезной нагрузки, что делает систему нестабильной и создает серьезные проблемы с управлением. Добавление трансмиссии сильно снижает инерцию полезной нагрузки, которую видит первичный двигатель и которая отражается на него, на коэффициент, равный квадрату передаточного отношения трансмиссии. Таким образом, тщательный выбор трансмиссии может привести к более сбалансированной инерции с обеих сторон трансмиссии, способствуя минимизации энергопотребления и созданию более надежной, стабильной и точной системы (Pasch and Seering, 1983).
Отраженная инерция особенно важна, когда рабочие органы претерпевают быстрые и частые изменения скорости и / или крутящего момента, что очень часто встречается в задачах автоматизации и робототехники. В этих случаях вводится перспектива полосы пропускания, чтобы подтвердить способность системы отслеживать эти изменения (Sensinger, 2010; Rezazadeh and Hurst, 2014). Это лежит в основе принципа управляемости задним ходом, способности системы демонстрировать низкий механический импеданс, когда она приводится в действие с естественной выходной мощности (с обратным приводом).Это особенно важно при частом двунаправленном обмене энергией между роботом и его пользователем, что типично для реабилитационных устройств или экзоскелетов. Как демонстрируют Ван и Ким (2015), управляемость коробки передач задним ходом включает в себя комбинированный эффект отраженной инерции, отраженного демпфирования и кулоновского трения, и, следовательно, она тесно связана с эффективностью коробки передач.
Это подчеркивает важность для оценки управляющего воздействия определенной технологии коробки передач как ее возможностей передаточного числа, так и нелинейностей (люфт, трение), которые она вносит.
Безопасность
Промышленные роботы традиционно размещаются за забором в хорошо структурированной среде, где они могут использовать преимущества своих быстрых и точных роботизированных движений, не подвергая опасности сотрудников-людей.
Безопасный pHRI, включающий возможность безопасного перемещения в неструктурированной / неизвестной среде, обязательно тесно связан с управляемостью. Текущая стратегия, используемая робототехниками для достижения этой цели, состоит из формирования механического импеданса (Calanca et al., 2015), то есть позволяя контроллеру соответствия управлять сложным динамическим соотношением между положением / скоростью робота и внешними силами (Hogan, 1984).
Принцип прост: чтобы обеспечить хорошую адаптацию к неопределенной среде, а также целостность человека-оператора / пользователя во время взаимодействия с роботизированным устройством, последний должен двигаться в соответствии с требованиями человека (Karayiannidis et al. др., 2015). Это подчеркивает важность импеданса и внутреннего соответствия (De Santis et al., 2008) и объясняет появление нового типа внутренне гибких приводов для pHRI (Ham et al., 2009), где требуется высокая степень соответствия (Haddadin and Croft, 2016).
С точки зрения управления, инерция полезной нагрузки, отраженная к первичному двигателю, уменьшается на коэффициент, соответствующий квадрату передаточного числа. Таким же образом обычно небольшая инерция ротора первичного двигателя усиливается тем же фактором при отражении в сторону полезной нагрузки, который должен быть добавлен к инерции, возникающей в результате движения роботизированного устройства и груза по соображениям безопасности, а также ограничение рабочих скоростей.
Хотя в большинстве актуаторов pHRI сегодня используются редукторы с высоким передаточным числом, некоторые известные робототехники Seok et al. (2014), Sensinger et al. (2011) видят большой потенциал робототехники в использовании двигателей с высоким крутящим моментом (бегунок), требующих очень малых передаточных чисел. Новые производители робототехнических решений, такие как Genesis Robotics из Канады или Halodi Robotics AS из Норвегии, предлагают актуаторы для робототехники, основанные на этих принципах. По их мнению, увеличение инерции двигателя и уменьшение передаточного числа должно приводить к снижению инерции двигателя, отражаемой на рабочий орган, что позволяет повысить рабочие скорости и / или полезную нагрузку без ущерба для целостности оператора.Низкие передаточные числа также имеют дополнительное преимущество в пропускной способности: они имеют меньшее трение и люфт, уменьшая вклад нелинейностей от коробки передач. С другой стороны, умеренное передаточное число не может компенсировать нелинейные условия сцепления — обычно зубчатый крутящий момент (Siciliano et al., 2010).
При более внимательном рассмотрении технических характеристик этих новых двигателей возникают некоторые вопросы с точки зрения достижимой эффективности, веса или компактности, а также последствий для оборудования, возникающих из-за чрезмерной тяги к высоким электрическим токам (HALODI Robotics, 2018; GENESIS Robotics, 2020).
Подводя итоги, нет полного согласия о том, как лучше всего подойти к безопасному срабатыванию для робототехники. Тем не менее, сильные естественные связи между безопасностью и управляемостью столь же очевидны, как и ключевое значение передаточного числа трансмиссии и ее нелинейностей.
Вес и компактность
Легкая конструкция имеет первостепенное значение для обеспечения совместимости безопасности и хороших характеристик в новых приложениях робототехники (Albu-Schäffer et al., 2008). Новейшие коллаборативные роботы (коботы), такие как облегченный робот KUKA, разработанный в сотрудничестве с Институтом робототехники и мехатроники Немецкого аэрокосмического центра (DLR), живут по этому принципу и, следовательно, очень отличаются от тяжелых и громоздких традиционных промышленных роботов.Благодаря более низкой инерции, легкие коботы обеспечивают более высокую производительность — более высокие скорости — без ущерба для безопасности пользователя.
Этот выгодный аспект облегченной конструкции имеет и другие преимущества. Для мобильных робототехнических систем меньший вес означает большую автономность. В носимых вспомогательных роботизированных устройствах, включая протезы и экзоскелеты, легкий вес также является ключевым аспектом для повышения комфорта (Toxiri et al., 2019).
Высокая компактность — еще одна характерная черта этих новых роботизированных устройств: от коботов до вспомогательных устройств, компактность дает преимущества в маневренности и удобстве взаимодействия.
В роботизированных приложениях, предполагающих тесное сотрудничество с людьми или предоставление мобильных услуг, позиции по своей природе весьма неопределенны. Легкие и компактные конструкции особенно выгодны (Loughlin et al., 2007) для этих применений с двумя последствиями: первичные двигатели и трансмиссии — обычно самые тяжелые элементы в роботизированном устройстве — должны быть легкими и компактными, но легкие конструкции имеют тенденцию требовать меньший крутящий момент
В отличие от веса коробки передач, определение подходящего критерия для оценки вклада коробки передач в компактность системы является более сложной задачей.Физический объем определенно играет роль, но наш опыт показывает, что реальная форма коробки передач имеет тенденцию иметь большее влияние. Еще один аспект, о котором стоит упомянуть, — это наличие в некоторых конфигурациях редукторов свободного пространства для размещения материала или движущихся частей, таких как электродвигатели или выходные подшипники, также могут представлять особый интерес. Поэтому мы решили включить в нашу схему оценки приблизительную форму (диаметр × длина) выбранной коробки передач, в то время как наличие дополнительного места можно напрямую оценить с помощью предоставленных цифр для каждой из конфигураций.
Эффективность и виртуальная мощность
КПД
В таких областях, как автомобильные или ветряные турбины, эффективность редукторов долгое время находилась в центре внимания. В робототехнике, с другой стороны, эффективность до недавнего времени не становилась ключевым параметром принятия решения при выборе подходящей коробки передач (Arigoni et al., 2010; Dresscher et al., 2016).
Более высокая эффективность — более низкие потери — позволяют снизить потребление энергии и прямо положительно влияют как на эксплуатационные расходы, так и на экологический след машины или устройства.Для мобильных и носимых роботизированных устройств повышение эффективности также помогает снизить вес системы (требуются батареи меньшего размера) и, в конечном итоге, приводит к большей автономности и лучшему удобству использования (Kashiri et al., 2018).
В коробках передач есть одно дополнительное преимущество в снижении потерь: большинство механических трансмиссий, используемых в робототехнике, имеют замкнутую форму и используют какой-либо контакт зубьев для передачи крутящего момента и движения между первичным двигателем и рабочим органом. Благодаря этому кинематическое соотношение между входной ω In и выходной скоростями ω Out заблокировано количеством зубцов и определяет его передаточное отношение i K .В коробке передач без потерь передаточное отношение i τ между выходным и входным крутящими моментами τ точно соответствует обратному передаточному отношению кинематической передачи с противоположным знаком. Но в реальной коробке передач наличие потерь изменяет это равенство, и поскольку кинематическое передаточное число блокируется числом зубьев, абсолютное значение передаточного числа должно уменьшаться пропорционально потерям:
ωInωOut = iK = — η iτ = -ητOutτIn; где η — КПД системы.Следовательно, высокие потери в коробке передач означают, что меньший крутящий момент доступен для рабочего органа и требуются более высокие передаточные числа для достижения такого же усиления крутящего момента.
Коробки передач подвержены нескольким видам потерь. Чтобы классифицировать их, мы принимаем критерии, предложенные Talbot and Kahraman (2014), и разделяем их на зависимые от нагрузки (механические) потери мощности, возникающие из-за скольжения и качения контактных поверхностей, как в контактах шестерен, так и в подшипниках, и нагрузки -независимые (спиновые) потери мощности — возникают из-за взаимодействия вращающихся компонентов с воздухом, маслом или их смесью.
Виртуальная сила
Термин виртуальная мощность, насколько известно авторам, был первоначально введен Ченом и Анхелесом (2006), но это явление, объясняющее аномально высокие потери, присутствующие в некоторых планетных топологиях, долгое время было известно под разными названиями, включая Blindleistung (Wolf, 1958; Mueller, 1998) и скрытая или бесполезная мощность (Macmillan and Davies, 1965; Yu and Beachley, 1985; Pennestri and Freudenstein, 1993; Del Castillo, 2002).
Из-за своего принципа действия коробка передач всегда включает в себя сторону с высокой скоростью и низким крутящим моментом и сторону с высоким крутящим моментом и низкой скоростью. Следовательно, его внутренние зубчатые зацепления обычно подвержены либо высокому крутящему моменту и низкой скорости, либо условиям высокой скорости и низкого крутящего момента. Однако в некоторых коробках передач из-за их особой топологии некоторые зацепления шестерен могут одновременно встречаться с высокой скоростью и с большим крутящим моментом. Зубчатые зацепления могут легко достичь КПД выше 98%, но поскольку генерируемые потери приблизительно пропорциональны произведению относительной скорости двух зубчатых элементов и крутящего момента, передаваемого через зацепление (Niemann et al., 1975), на этих высоконагруженных сетках появляются неожиданно большие потери. Виртуальная мощность обеспечивает основу для оценки вклада этого явления, которое в дальнейшем мы будем называть топологической эффективностью коробки передач.
Некоторые из вышеупомянутых авторов предлагают методы оценки топологической эффективности данной конфигурации и определения ее влияния на общую эффективность системы. В рамках Chen and Angeles (2006) виртуальная мощность определяется как мощность, измеренная в движущейся — неинерциальной — системе отсчета.Скрытая мощность , представленная Ю и Бичли (1985), соответствует виртуальной мощности, когда опорная система является несущим элементом коробки передач, а виртуальное передаточное число мощности — это соотношение между виртуальной мощностью и мощностью, генерируемой внешним крутящим моментом. применяется по ссылке. Используя эти элементы, мы определяем Latent Power Ratio топологии коробки передач как отношение между суммой скрытых мощностей во всех зацеплениях и мощностью, потребляемой коробкой передач.Таким образом, большой коэффициент скрытой мощности соответствует низкой топологической эффективности и указывает на сильную тенденцию к возникновению больших потерь при зацеплении.
Чтобы облегчить понимание практического воздействия на общую эффективность топологической эффективности, характеризующейся скрытым коэффициентом мощности, данной конфигурации редуктора, мы используем на этом этапе уравнения, предложенные Макмилланом и Дэвисом (1965) для расчета упрощенный пример.
Полная коробка передач робототехники обычно включает в себя несколько зацепляющих контактов, каждый из которых имеет разные рабочие условия и параметры, что приводит к различной эффективности зацепления.Эти КПД очень высоки в оптимизированных зубчатых зацеплениях — часто выше 99% — и позволяют упростить наши расчеты, учитывая общую уникальную эффективность зацепления η м = 99% во всех зацепляющих контактах в нашем редукторе.
Во-первых, эталонный редуктор, идеальный с точки зрения топологической эффективности, имел бы только одно зацепление и коэффициент скрытой мощности L = 1. Таким образом, потери мощности внутри этого эталонного редуктора можно легко рассчитать как функцию входной мощности. как:
Таким образом, общая эффективность зацепления всего редуктора соответствует эффективности одиночного зацепляющего контакта:
ηsys, идеально = PIN-PLossPIN = ηm = 99%;Неидеальный редуктор с таким же типовым η м во всех его зацеплениях и со скрытым коэффициентом мощности L, характеризующим его топологический КПД, указывает на то, что общие потери в редукторе могут быть приблизительно определены как:
Ploss, L≈ PIN * L * (1-ηm)И общая эффективность зацепления всей коробки передач теперь составляет:
ηsys, L = PIN-PLoss, LPIN≈L * ηm + (1-L)Что для η м = 99% и для значения L = 50 дает:
Этот результат следует частично релятивизировать, потому что накопленные потери в первых зацеплениях, задействованных вдоль различных внутренних потоков мощности в коробке передач, приводят к тому, что меньшая виртуальная мощность, как предсказано этими уравнениями, будет течь через последующие зацепления.Эффект от этого заключается в том, что КПД обычно будет падать немного медленнее с коэффициентом скрытой мощности, а более реалистичное значение для предыдущего расчета обычно будет между 55 и 60%.
Чтобы частично компенсировать это большое влияние топологической эффективности на общую эффективность, конфигурации с большим скрытым коэффициентом мощности требуют чрезвычайно высокой эффективности зацепления: для достижения эффективности системы> 70% системе с L = 100 требуется средняя эффективность зацепления. выше 99.5%.
Поэтому в нашем дальнейшем анализе мы сосредоточимся только на оценке вклада топологической эффективности в эффективность коробки передач. Это позволяет нам использовать упрощенный метод для расчета коэффициента скрытой мощности, который, в первую очередь, не учитывает влияние на потери, вызванные уменьшением крутящего момента. Соответствующие расчеты, использованные для определения скрытого передаточного отношения различных конфигураций редукторов, проанализированных в этой работе, включены в Приложение I.
Подводя итог, чтобы охарактеризовать важный эффект КПД коробки передач, мы оценим порядок величины трех параметров: (i) потери, зависящие от нагрузки, (ii) пусковой момент без нагрузки и (iii) коэффициент скрытой мощности.Хотя на него дополнительно влияет статическое трение, а не только кулоновское и вязкое трение, мы выбрали пусковой крутящий момент без нагрузки (относительно номинального крутящего момента) в качестве практического способа характеристики потерь, не зависящих от нагрузки. Наши обмены с производителями коробок передач показывают, что это обычная практика, она не зависит от входной мощности и легко доступна в технических данных производителя.
Производительность
По сравнению со специальными машинами и машинами для автоматической сборки промышленные роботы не могут достичь тех же стандартов точности и скорости.Оба аспекта пришлось скомпрометировать, чтобы обеспечить большую степень гибкости и мобильности, а также рабочего пространства (Rosenbauer, 1995). С этой точки зрения HRI — это всего лишь еще один шаг в том же направлении: чтобы удовлетворить дальнейшие потребности в гибкости и мобильности в неструктурированной среде, необходимы дополнительные компромиссы с точки зрения точности и скорости. Этот переход отражен на рисунке 1.
Рисунок 1 . Графическое описание перехода основных задач задач от машин через промышленных роботов и коботов к людям-операторам.
Точность и повторяемость
Множество аспектов редуктора влияют на общую точность полного роботизированного устройства. Эти аспекты долгое время находились в центре внимания традиционной робототехники и сегодня хорошо изучены, поскольку работы, подобные работам Майра (1989), Шемпфа и Йоргера (1993) или Розенбауэра (1995), содержат очень хорошие ссылки для понимания этих сложных влияний. Эти исследования указывают на особо важную роль, которую играют потерянный ход и жесткость на кручение.
Lost Motion — это дальнейшее развитие принципа люфта, который описывает полное вращательное смещение, создаваемое приложением ± 3% от номинального входного крутящего момента.
Жесткость на кручение характеризует податливость на кручение всех элементов редуктора, задействованных во всем потоке сил, под действием внешнего крутящего момента. Это устанавливается посредством блокировки входа коробки передач и постепенного увеличения крутящего момента, прилагаемого на выходе, при этом регистрируются изменения жесткости на кручение, приводящие к отклонениям от идеально линейного поведения.
По своей природе точные — малые потери движения и линейная высокая жесткость на кручение — редукторы упрощают задачу управления и обеспечивают высокую точность, идеально подходят для управления положением, в то время как менее точные редукторы создают более серьезные проблемы для управления положением и могут использоваться для более гибкого управления . В технологиях редукторов, где скорость оказывает сильное влияние на потери или с особенно нелинейным трением, также необходимо учитывать вклад этих элементов в точность.
Чтобы охарактеризовать возможности точности, наша конструкция включает потерю движения и жесткость на кручение, а также субъективную оценку изменения эффективности, вызванного изменениями скорости / крутящего момента.
Скорость и полезная нагрузка
Промышленные роботы могут обрабатывать большие полезные нагрузки за счет большой инерции. Для коботов, с другой стороны, соображения безопасности подразумевают, что они не должны обрабатывать такие большие полезные нагрузки, но благодаря более легкой конструкции они действительно могут достичь большего отношения полезной нагрузки к весу.
Соображения безопасности также ограничивают степень, в которой это снижение массы может использоваться для увеличения рабочих скоростей (Haddadin et al., 2009). Тем не менее, более низкий крутящий момент способствует использованию более легких и быстрых электродвигателей, что в принципе требует больших передаточных чисел для этих приложений.
Критерий для характеристики вклада коробки передач в скорость и характеристики полезной нагрузки должен отражать эти аспекты и мотивировать нас использовать в нашей структуре (i) максимальную входную скорость, (ii) максимальный воспроизводимый выходной крутящий момент — так называемый момент ускорения — и номинальный крутящий момент, (iii ) передаточное число и (iv) отношение крутящего момента к массе как для номинального, так и для момента ускорения.
Сводка
Определение характеристик роботизированных коробок передач — сложная задача: высокая универсальность этих устройств и их сложное взаимодействие с первичными двигателями и системами управления делают прямое сравнение их характеристик особенно сложным.
Передаточное число продемонстрировало сильное влияние на производительность робототехнической системы. Это объясняет его предпочтительную роль в литературе, посвященной оптимизации срабатывания роботов, и растущий интерес робототехников к возможностям использования переменных передач (Kim et al., 2002; Карбон и др., 2004; Stramigioli et al., 2008; Жирар и Асада, 2017). Хотя мы убеждены, что трансмиссии с регулируемой передачей очень многообещающие и, безусловно, будут способствовать формированию будущего ландшафта робототехники, мы ограничили наш анализ здесь компактными коробками передач с постоянным передаточным числом. На данный момент мы считаем, что нам лучше всего подойдет этот ограниченный объем, который также может способствовать выявлению потенциальных областей применения и подходящих технологий для трансмиссий с переменным передаточным числом.
На основе этого анализа мы предлагаем схему оценки будущих роботизированных коробок передач на основе следующих параметров:
• Передаточное число
• Ускорение и номинальный выходной крутящий момент
• Вес
• Форма: диаметр × длина
• Ускорение и номинальный крутящий момент к массе
• КПД: пиковое значение и субъективная зависимость от скорости и крутящего момента
• Топологическая эффективность: коэффициент скрытой мощности
• Пусковой момент при прямом и обратном движении без нагрузки в% от номинального входного крутящего момента
• Потери, не зависящие от нагрузки
• Lost Motion
• Максимальная входная скорость
• Жесткость на кручение
Наша структура включает также эталонный вариант использования, характерный для множества задач pHRI согласно нашему собственному опыту: моменты ускорения более 100 Нм и передаточные числа более 1: 100, для которых необходимо оптимизировать вес, компактность и эффективность.
Обзор технологий передачи данных, используемых в настоящее время в промышленных роботах
Электродвигатели, оборудованные механическими трансмиссиями, обычно выбираются в качестве исполнительных механизмов в робототехнике (Rosenbauer, 1995; Scheinman et al., 2016), а также в промышленных роботах. Эти механические трансмиссии почти неизбежно основаны на какой-то зубчатой передаче (Sensinger, 2013).
Благодаря их большей способности снижать общий вес и поскольку электродвигатели имеют тенденцию иметь более высокий КПД на высоких рабочих скоростях, другой характеристикой промышленных роботизированных трансмиссий является использование относительно больших коэффициентов передачи (передаточных чисел), обычно более 1:40 (Розенбауэр, 1995).
Планетарные редукторы: чрезвычайно универсальная платформа
Планетарные зубчатые передачи(PGT) — это компактные, универсальные устройства, широко используемые в силовых передачах. Благодаря характерной коаксиальной конфигурации и хорошей удельной мощности они особенно подходят для вращающихся первичных двигателей, таких как электродвигатели.
PGTмогут использовать две дифференцированные стратегии для достижения высоких коэффициентов усиления: (i) добавление нескольких ступеней обычных, высокоэффективных PGT — здесь называемых редукторами и представленных на рисунке 2 — или (ii) использование особенно компактных конфигураций PGT с возможностью получения высоких передаточные числа.
Рисунок 2 . Внутреннее устройство редуктора Neugart с указанием его основных элементов, адаптировано из Neugart (2020) с разрешения © Neugart GmbH. Он также включает схему базовой топологии.
Хотя использование нескольких ступеней редукторов позволяет наилучшим образом использовать эффективность зацепления высоких передач и приводит к высокоэффективным редукторам, это обычно приводит к тяжелым и громоздким решениям. Компактные конфигурации PGT с другой стороны могут обеспечить высокие передаточные числа в очень компактных формах, но они страдают от удивительно высоких потерь, связанных с высокой виртуальной мощностью (Crispel et al., 2018).
Особенно компактная конфигурация PGT для высоких передаточных чисел была впервые изобретена Вольфромом (1912) и использовалась в редукторах серии RE компании ZF Friedrichshafen AG (ZF), предназначенных для промышленных роботов (Looman, 1996). Эта конфигурация, показанная на Рисунке 3, сильно зависит от Virtual Power, и ZF представляет собой единственное известное коммерческое применение конфигураций PGT, отличное от обычных редукторов. Хотя производство серии RE было прекращено в 90-х годах, Wolfrom PGT в последнее время пользуются растущим интересом исследовательского сообщества робототехники, как мы резюмировали в предыдущей статье авторов (López-García et al., 2019а).
Рисунок 3 . Внутреннее устройство ZF серии RG Wolfrom PGT для роботизированных приложений адаптировано из Looman (1996) с разрешения © 1998 Springer-Verlag Berlin Heidelberg. Он также включает схему базовой топологии.
В таблице 1 представлена оценка PGT. Несмотря на завышенные размеры для нашего теста, мы использовали ZF RG350 Wolfrom PGT, чтобы попытаться оценить потенциал конфигураций PGT с высоким коэффициентом, на основе имеющихся доказательств его пригодности для достижения высоких коэффициентов (Арнаудов и Караиванов, 2005; Mulzer, 2010 ; Капелевич и AKGears LLC, 2013).Для редукторов мы выбрали — при поддержке производителей — подходящие решения из портфолио Wittenstein и Neugart. Стоит отметить важную роль, которую играет максимальное передаточное число на ступень редуктора: в то время как Виттенштейн ближе к максимуму осуществимости, определяемому избеганием контакта между соседними планетами, Нейгарт выбирает в своей серии PLE (серия PLFE может достигать 1: 100 соотношений только в два этапа) более ограничительный подход и, следовательно, для достижения общего усиления 1: 100 требуется три этапа вместо двух для Виттенштейна.Это приводит к менее компактным решениям и более низкой эффективности для приложения 1: 100, но позволяет Neugart достичь более высокого выигрыша — до 1: 512 — без фундаментальных изменений веса, размера или эффективности.
Таблица 1 . Схема оценки решений с планетарной зубчатой передачей.
Редукторыимеют вес около 4 кг, что не может быть напрямую сравнено с увеличенным RG350. RG350 имеет форму с большим диаметром и меньшей длиной, чем редукторы.Что касается отношения крутящего момента к весу, значения обоих решений кажутся относительно близкими.
Редукторыимеют сильное преимущество в их хорошем КПД (выше 90%), который также менее чувствителен к изменениям рабочих условий, а пусковые моменты холостого хода очень низкие. Конфигурации с высоким коэффициентом передачи показывают, насколько сильно ограничивается топологическая эффективность, что приводит к снижению эффективности. Это, вероятно, объясняет, почему редукторы сегодня являются доминирующей технологией PGT в робототехнике.
PGTпоказывают самые высокие входные скорости (до 8 500 об / мин), но их потери хода также самые большие (4–6 Arcmin) в обычных редукторах. В робототехнике PGT широко использовались в первых промышленных роботах, в то время как в последние десятилетия их использование сильно сократилось, в основном из-за их ограничений, связанных с уменьшением люфта. Несмотря на то, что существуют механизмы, ограничивающие изначально более значительную обратную реакцию PGT, на практике они основаны на введении определенной предварительной нагрузки, отрицательно влияющей на их эффективность (Schempf, 1990).
Гармонические приводы: без люфта, легкий редуктор деформационной волны
Редуктор Strain Wave был изобретен Массером (1955) и нашел широкое применение в 70-х годах, первоначально в аэрокосмической отрасли. Его основное космическое применение было в качестве элемента механической передачи в аппарате лунохода на Аполло-15 в 1971 году (Schafer et al., 2005).
Его название происходит от характерной деформации его Flexspline , нежесткой, тонкой цилиндрической чашки с зубьями, которые служат выходными.Flexspline входит в зацепление с фиксированным сплошным круглым кольцом с внутренними зубьями шестерни Circular Spline , в то время как он деформируется вращающейся эллиптической заглушкой — волновым генератором , как это видно на рис. 4. Редукторы этого типа являются наиболее распространенными. обычно называют Harmonic Drive © (HD) из-за очень эффективной стратегии защиты IP.
Рисунок 4 . Внутренняя конфигурация коробки передач Harmonic Drive CSG (слева), адаптированная из Harmonic Drive (2014) с разрешения © 2019 Harmonic Drive SE, и коробки передач E-Cyclo (справа), адаптированная из SUMITOMO (2020) с разрешения © Sumitomo Drive, 2020 Germany GmbH.Также включена схема их базовой топологии KHV, используемая для расчета его скрытого коэффициента мощности в Приложении I.
Для нашего сравнительного анализа мы выбрали два подходящих редуктора Harmonic Drive, CSD-25-2A, предназначенный для интеграции в роботизированное соединение для обеспечения адекватных структурных граничных условий, и сверхлегкий редуктор CSG-25-LW, представляющий конструктивно достаточное решение. что может быть более прямо по сравнению с другими технологиями. Совсем недавно SUMITOMO представила новый редуктор E-CYCLO, работающий также на принципе действия волны деформации.SUMITOMO предоставил нам доступ к своему самому последнему каталогу (SUMITOMO, 2020), что позволило нам включить его в наш тест (Таблица 2). Еще одна интересная волна деформации, очень похожая на Harmonic Drive, недавно была также представлена GAM в своей серии коробок передач для робототехники, которая также включает планетарные зубчатые передачи и циклоидные приводы (GAM, 2020).
Таблица 2 . Схема оценки решений волн деформации.
Выбранная модель CSG имеет значительно больший крутящий момент, чем предполагалось в нашем тесте.Форма имеет больший диаметр, чем длина, а вес значительно ниже, чем у других технологий, и обеспечивает лучшее соотношение крутящего момента к весу среди проанализированных технологий. Действительно, характерное зацепление с несколькими зубьями обеспечивает большее сопротивление крутящему моменту, чем в PGT, что делает эту технологию очень подходящей для соединений, расположенных ближе к рабочему органу, где они часто встречаются в современных промышленных роботах.
Пиковый КПД ниже, чем у редукторов, и ближе к RG350, а КПД особенно чувствителен к условиям эксплуатации.Поезда Strain Wave демонстрируют большие потери, не зависящие от нагрузки, и пусковые моменты без нагрузки, особенно в условиях обратного движения, которые становятся особенно критическими для высоких скоростей и / или низких крутящих моментов (Harmonic Drive, 2014). Для роботизированных устройств HRI, подверженных частым изменениям скорости и полезной нагрузки в сочетании с обменом энергией между роботизированным устройством и пользователем, это означает, что средняя эффективность быстро падает ниже 40–50% (López-García et al., 2019b). Стоит также отметить их большой коэффициент скрытой мощности, указывающий на одновременное присутствие высоких крутящих моментов и скоростей в зацеплении зубьев, что также помогает объяснить относительно низкий КПД.
Еще раз, благодаря зацеплению с несколькими зубьями, можно достичь потерянных движений ниже 1 угловой минуты, что дает этому редуктору большое преимущество, которое помогает гармоническим приводам находить широкое применение в промышленных роботах. Они смогли вытеснить PGT из многих приложений, особенно после значительного улучшения характеристик в результате использования новой геометрии зубьев, представленной этой компанией в 90-х годах, что также улучшило линейность их жесткости (Slatter, 2000).
Максимальная входная скорость раньше была сильным ограничением для использования редукторов HD (Schempf, 1990), но новые достижения и улучшения конструкции позволяют теперь достигать 7500 об / мин.
Циклоидные приводы: для высокой прочности и крутильной жесткости
С момента своего изобретения Лоренцем Брареном в 1927 году (Li, 2014) циклоидные приводы нашли применение в основном в лодках, кранах и некотором крупном оборудовании, таком как прокатные стальные полосы или станки с ЧПУ. В циклоидных приводах эксцентричное входное движение создает колеблющееся циклоидальное движение одиночного большого планетарного колеса, которое затем преобразуется обратно во вращение выходного вала и приводит к высокой редукционной способности (Gorla et al., 2008), см. Рисунок 5.
Рисунок 5 . Внутренняя конфигурация циклоидных приводов SUMITOMO Fine Cyclo F2C-A15 и Fine Cyclo F2C-T155, идентифицирующая их основные элементы, адаптирована из SUMITOMO (2017) с разрешения © Sumitomo Cyclo Drive Germany GmbH, 2017. Он также включает схему лежащих в основе топологий.
Таблица 3 включает лидера рынка (NABTESCO RV) в этом сегменте и основных претендентов (SPINEA и SUMITOMO). RV от NABTESCO и серия Fine-Cyclo T от SUMITOMO включают в себя обычную ступень PGT с предварительным зацеплением.Полезная нагрузка этих устройств больше, чем требуется для нашего теста, и приводит к большому весу. Это уже дает ценную информацию: более компактные решения недоступны на рынке и, согласно информации, предоставленной некоторыми производителями, менее интересны, поскольку для них потребуется высочайшая точность производства и, в конечном итоге, приведет к высоким затратам.
Таблица 3 . Схема оценки решений для циклоидных приводов.
Формы аналогичны коробкам передач с волновой деформацией, а вес больше и ближе к весу PGT по вышеупомянутым причинам.Отношение крутящего момента к массе больше, чем у PGT, но немного ниже, чем у редукторов с деформационной волной. Основное преимущество циклоидных приводов заключается именно в их способности выдерживать большие нагрузки и особенно ударные нагрузки, а также в минимальных требованиях к техническому обслуживанию.
Пиковый КПД выше, чем у редукторов с волновой деформацией, и ближе к КПД PGT, но КПД сильно зависит от условий эксплуатации (Mihailidis et al., 2014), и пусковые моменты холостого хода, и коэффициент скрытой мощности высоки. аналогично редукторам с деформационной волной.
Хотя они, как правило, имеют некоторый люфт, который часто компенсируется в их конструкции для достижения уровней, сопоставимых с уровнями редукторов с волновой деформацией, вероятно, за счет немного более высокого трения. Их жесткость на кручение — самая большая из проанализированных технологий редукторов.
ПриводыCycloid имеют неотъемлемое ограничение на работу с высокими входными скоростями, вызванное наличием большого и относительно тяжелого планетарного (кулачкового) колеса, что приводит к большим инерциям и дисбалансу.Это мотивирует использование, как правило, двух планетарных колес, расположенных последовательно и смещенных на 180 градусов друг к другу, для устранения дисбаланса, уменьшения вибраций и увеличения входной скорости. Это объясняет, как благодаря объединению циклоидных приводов со ступенями предварительного зацепления, состоящими из обычных ступеней PGT, циклоидные приводы получили широкое распространение в робототехнике. Такое расположение повышает эффективность, снижает чувствительность к высоким входным скоростям и обеспечивает легкую настройку их передаточных чисел.В 90-х годах гармонические приводы доминировали на рынке роботизированных коробок передач, но усовершенствования циклоидной технологии позволили циклоидным приводам начать покорять бездорожье, сначала в Японии, а затем в других местах (Rosenbauer, 1995). В настоящее время производители, такие как NABTESCO, SUMITOMO или NIDEC, предлагают циклоидные гибриды с интегрированным передаточным механизмом PGT, покрывающие более 60% рынка роботизированных коробок передач, и поэтому стали новой доминирующей технологией, особенно для проксимальных суставов, подверженных более высоким нагрузкам и меньшим ограничениям по весу (WinterGreen Исследования, 2018).
Наконец, также стоит упомянуть наличие относительно большой пульсации крутящего момента, которая вносит нелинейности и усложняет их регулирование. Эта пульсация крутящего момента связана с необходимостью использования циклоидных профилей зубьев, чтобы избежать столкновения зубьев между большим планетарным колесом (-ами) и зубчатым венцом, что делает эти устройства чрезвычайно чувствительными к изменениям межцентрового расстояния, возникающим даже из-за небольших производственных ошибок. Существует несколько попыток улучшить эту ситуацию, используя эвольвентные зубья, менее чувствительные к изменениям межцентрового расстояния, с уменьшенными углами давления и / или коэффициентами контакта, чтобы минимизировать радиальные силы и повысить эффективность (Morozumi, 1970), а также использовать другие формы не -инволютные зубы (Коряков-Савойский и др., 1996; Хлебаня и Куловец, 2015).
Обзор новейших технологий передачи для робототехники
Усилитель крутящего момента REFLEX
Genesis Robotics привлекла большое внимание в сообществе робототехники с появлением их двигателя с прямым приводом, LiveDrive © . Согласно Genesis, LiveDrive в двух доступных топологиях — радиальном и осевом потоках — обеспечивает сравнительные характеристики в соотношении крутящего момента к весу. Двигатель с осевым магнитным потоком может достигать 15 Нм / кг, в то время как радиальный поток ограничивается максимум 10 Нм / кг.
Чтобы расширить спектр применения, Genesis Robotics представила совместимую коробку передач под названием Reflex , показанную на рис. 6. Эта литая под давлением сверхлегкая пластиковая коробка передач предназначена для легких роботов, и хотя изначально она была разработана для совместной работы с LiveDrive. и поэтому он нацелен на передаточные числа ниже 1:30, он также способен обеспечивать передаточные числа большего размера до 1: 400 (GENESIS, 2018).
Рисунок 6 . Внутренняя конфигурация и основные элементы редуктора Reflex адаптированы из GENESIS Robotics (2020) с разрешения © Genesis Robotics, 2019.Он также включает схему базовой топологии.
Базовая топология — топология Wolfrom PGT с несколькими меньшими планетами (Klassen, 2019), в которой реактивное (неподвижное) зубчатое колесо разделено на две части для балансировки в соответствии с конструкцией, первоначально предложенной Россманом (1934) и используемой в качестве хорошо в передаче Hi-Red Tomcyk (2000).
В редукторе Reflex выходное кольцо также разделено для облегчения сборки с косозубыми зубьями. Еще одним интересным аспектом этой конструкции является заклеенная лентой форма планет, которая, как подозревают авторы, связана с возможностью предварительной нагрузки системы для достижения нулевого люфта, который, как утверждает Genesis, возможен с этой коробкой передач.По заявлению компании, гибкость пластиковых планетарных колес также дает преимущество для уменьшения люфта.
К сожалению, пока нет независимых тестов, подтверждающих данные характеристики, и никаких официальных данных, особенно по эффективности, на данный момент от Genesis нет, поэтому в Таблицу 4 включено только значение Latent Power Ratio, вытекающее из его топологии.
Таблица 4 . Система оценки новых технологий редукторов.
Таким образом, хотя лежащая в основе топология Wolfrom указывает на то, что эффективность, безусловно, будет сложной задачей, эта инновационная коробка передач демонстрирует большой потенциал, доступный для переосмысления существующих технологий и их адаптации к будущим потребностям робототехники. Genesis Robotics недавно вступила в интересное партнерство с известными промышленными компаниями, такими как Koch Industries Inc. и Demaurex AG.
Проезд Архимеда
IMSystems из Нидерландов является дочерней компанией Делфтского технологического университета, созданной в 2016 году для использования изобретения Archimedes Drive (Schorsch, 2014).
Привод Архимеда снова повторяет топологию редуктора Wolfrom (также с разрезным реактивным зубчатым венцом в некоторых его конструкциях), но включает в себя революционное нововведение в использовании роликов вместо шестерен для замены зубчатых контактов контактами качения, см. Рисунок 7. Контролируемая деформация планетарных роликов позволяет передавать крутящий момент между планетами аналогично колесам транспортного средства.
Рисунок 7 . Внутренняя конфигурация привода Архимеда с детальным изображением его планет Flexroller адаптирована из IMSystems (2019) с разрешения © 2019 Innovative Mechatronic Systems B.V., со схемой лежащей в основе топологии.
Характеристики, представленные в таблице 4, взятой из брошюры компании (IMSystems, 2019) и доступной по запросу, показывают, что использование топологии Wolfrom дает этому устройству возможность достигать очень высоких передаточных чисел в компактной форме, но это также приводит к низкой топологической эффективности. Согласно IMSystems, замена контакта зубчатого колеса на контакт качения способствует минимизации потерь в контакте, которые, в частности, при передаче крутящего момента между планетарной передачей и кольцевыми роликами должны компенсировать высокое латентное соотношение мощности и приводить к максимальной эффективности. около 80% (IMSystems, 2019).Никаких данных о пусковых моментах или потерях, не зависящих от нагрузки, не приводится.
Чтобы обеспечить передачу высокого крутящего момента без скольжения, необходимо строго контролировать деформацию роликов планетарного механизма, а также производственные допуски коробки передач. Это представляет собой одну из основных технологических проблем, и это ядро инноваций, вносимых этой технологией (Schorsch, 2014).
NuGear
STAM s.r.l. — частная инженерная компания из Генуи, которая помогла разработать роботизированный сустав для гуманоидного робота I-Cub.Их NuGear — это нутирующая коробка передач, которая изначально была задумана (Барбагелата и Корсини, 2000) для космических приложений, но могла бы развить свой потенциал и для робототехники за счет исследования альтернативных производственных средств.
Пока нет общедоступной информации о рабочих характеристиках этой коробки передач, что означает, что мы можем предоставить здесь только предварительный анализ ее топологии и результирующих характеристик, которых можно ожидать на основе ограниченной информации, доступной в основном из проекта Caxman EU ( CAxMan, 2020), для которого NuGear был вариантом использования, и из доступных патентов (Barbagelata et al., 2016).
На рисунке 8 внутренняя структура NuGear представлена с использованием эквивалентной конфигурации PGT — для облегчения понимания абстрагируется аспект нутации. Таким образом становится ясно, что NuGear напоминает два PGT Wolfrom, для которых несущая используется в качестве входа, соединенных последовательно, и где каждый из них соответствует одному из двух этапов, определенных в Barbagelata et al. (2016). Это еще раз указывает на то, что в этой коробке передач будет присутствовать относительно высокий коэффициент скрытой мощности.Для передаточного числа 1: 100 и при условии сбалансированного усиления 1:10 на каждой из двух ступеней, как предложено в Barbagelata et al. (2016), мы получаем, используя уравнения, выведенные в Приложении I, коэффициент скрытой мощности 32, что указывает на топологическую эффективность, аналогичную таковой у Wolfrom PGT.
Рисунок 8 . Внутренняя конфигурация двухступенчатой коробки передач NuGear для версии с оппозитными контактами планет адаптирована из CAxMan (2020) с разрешения © Stam S.r.l. Он также включает схему базовой топологии.
Еще предстоит подтвердить, в какой степени использование методов аддитивного производства может помочь STAM s.r.l. снизить большие затраты на производство конических зубчатых колес и определить, сможет ли операция нутации достичь достаточной надежности и более компактной формы, которые могли бы открыть дверь для его использования в области робототехники (CAxMan, 2020).
Двусторонний привод
Компания FUJILAB в Иокогаме предложила в Fujimoto (2015) коробку передач с высокой степенью управляемости для робототехники, которая особенно подходит для работы без датчика крутящего момента (Kanai and Fujimoto, 2018).
Как видно на Рисунке 9, конфигурация этого устройства снова аналогична PGT Wolfrom. При такой топологии Fujimoto et al. смогли достичь при передаточном числе 1: 102 КПД при движении вперед 89,9% и КПД при движении назад 89,2%. Пусковой крутящий момент без нагрузки в обратном направлении составил 0,016 Нм в коробке передач с внешним диаметром ~ Φ50 мм (Kanai and Fujimoto, 2018). Стратегия достижения такой высокой эффективности с топологией Wolfrom заключается в оптимизации коэффициентов смещения профиля (Fujimoto and Kobuse, 2017).
Рисунок 9 . Внутренняя конфигурация двустороннего привода, высокоэффективной коробки передач, способной обеспечивать передаточное число 1: 102 с использованием топологии Wolfrom, любезно предоставлено © Yasutaka Fujimoto.
Эти многообещающие результаты — см. Таблицу 4 — показывают, что выравнивание соотношений подвода и углубления посредством оптимизации коэффициентов смещения профиля может привести к чрезвычайно высокой эффективности зацепления. Насколько известно авторам, эта стратегия была первоначально предложена Хори и Хаяши (1994) и особенно интересна в топологии Wolfrom, где она в конечном итоге может обеспечить эффективность выше 90% в сочетании с высокими передаточными числами и компактными топологиями.
Привод подшипника шестерни
Вслед за новаторской работой в этой области Джона М. Враниша из НАСА, результатом которой стало изобретение планетарной шестерни без водила во Вранише (1995) и подшипников с частичным зубчатым колесом (Враниш, 2006), NASA Goddard Space Центр управления полетами представил свою концепцию нового зубчатого подшипника в Вайнберге и др. (2008).
Северо-Восточный университет в Бостоне продолжил разработку этого нового привода для роботизированных соединений.Как можно увидеть на Рисунке 10, он включает в себя редуктор Wolfrom, адаптированный для включения в него конструкции без опор Vranish и зубчатых подшипников. Подшипники шестерен представляют собой контакты качения, которые предусмотрены для каждой пары зубчатых колес с зацеплением в соответствии с их делительным диаметром и уменьшают нагрузку на подшипники коробки передач (Brassitos et al., 2013). Эта топология обеспечивает удобную интеграцию электромотора, который, следовательно, встроен в полую часть большого солнечного зубчатого колеса в конфигурации, специально предназначенной для космических приложений (Brassitos and Jalili, 2017).
Рисунок 10 . Внутренняя конфигурация зубчатого подшипника, включая встроенный бесщеточный двигатель, адаптирована из Brassitos and Jalili (2017) с разрешения © 2017 Американское общество инженеров-механиков ASME. Справа также показана основная топология Wolfrom с расщепленным реакционным кольцом.
В Brassitos and Jalili (2018) металлический прототип привода на зубчатом подшипнике с передаточным числом 1:40 характеризуется жесткостью, трением и кинематической погрешностью.Измерения полностью соответствуют показателям FUJILAB и подтверждают низкий пусковой момент без нагрузки в данной конфигурации (0,0165 Нм для внешнего диаметра коробки передач ~ 100 мм). После экспериментального измерения жесткости, трения и кинематической погрешности их привода (Brassitos and Jalili, 2018) интегрировали эти значения в динамическую модель, которая затем была смоделирована и сравнена с откликом скорости разомкнутого контура системы при свободном синусоидальном движении, показав хорошие результаты. корреляция и предлагает очень удобную высокую линейность передачи.
Предварительные измерения показали хороший совокупный КПД двигателя и коробки передач Wolfrom с передаточным числом 1: 264 (Brassitos et al., 2013), что не очень хорошо коррелирует с рассчитанным скрытым коэффициентом мощности 196. КПД не был оценен снова в центре внимания недавних работ авторов, и мы, к сожалению, не смогли на данный момент подтвердить окончательные уровни эффективности, которых могут достичь новые прототипы.
В любом случае, привод с зубчатым подшипником дает очень интересные возможности для использования потенциала топологии Wolfrom в робототехнике.Возможность удаления несущей конструкции и встраивания электродвигателя в коробку передач в общем корпусе позволяет получить впечатляюще компактные конструкции. Возможность использования продольных роликов зубчатых подшипников для уменьшения радиальной нагрузки на подшипники также является многообещающим вариантом для повышения компактности и повышения эффективности (Brassitos et al., 2019).
Галакси Драйв
Schreiber and Schmidt (2015) защищает основные инновации, включенные в Galaxie Drive, коробку передач, которую WITTENSTEIN в настоящее время выводит на рынок прецизионных редукторов через свой стартап Wittenstein Galaxie GmbH, созданный в апреле 2020 года.
Хотя техническое описание и подробная информация еще не доступны, также раскрыты принцип работы и ожидаемая прибыль. Galaxie Drive представляет новый кинематический подход, основанный на линейном наведении одиночного зуба в зубчатом каркасе Teeth Carrier , но, по мнению этих авторов, его топология напоминает топологию деформационно-волнового механизма, см. Рис. 11. Гибкая линия заменена зубцами. Держатель, включающий два ряда отдельных зубцов, выполнен с возможностью радиального перемещения и зацепления с круговым шлицем в качестве вращающегося многоугольного вала выполняет роль генератора волн с многоугольным периметром (Schreiber and Röthlingshöfer, 2017).Следовательно, несколько отдельных зубцов одновременно входят в зацепление с круговым шлицем — как в Harmonic Drive. По словам производителя, это, вместе с двухточечным контактом с высокой устойчивостью к крутящему моменту между каждым отдельным зубом и держателем зубьев, обеспечивает этому устройству характерный нулевой люфт, высокую жесткость на кручение и эталонное соотношение крутящего момента к массе.
Рисунок 11 . Деталь зацепления зубьев коробки передач Galaxy (R) DF, адаптированная из Schreiber (2015) с разрешения © 2020 Wittenstein Galaxie GmbH.Он включает схему базовой топологии KHV.
В ходе прямого обмена мнениями представители Виттенштейна подтвердили, что очевидная проблема трения между отдельными зубьями и их направляющим круговым кольцом решена, и Galaxie может достичь максимальной эффективности выше 90%. Из-за лежащей в основе конфигурации KHV ожидаются большие коэффициенты скрытой мощности, но пока невозможно получить дальнейшее представление об эффективности зацепления, которая будет результатом радиального движения зубьев, которое включает новую логарифмическую спиральную поверхность зуба (Michel, 2015).
Изначально привод Galaxie Drive предназначался для высокоточного оборудования, где высокая жесткость и сопротивление крутящему моменту могут помочь увеличить скорость и повысить производительность. В будущем мы определенно сможем оценить потенциал этой инновационной технологии также для робототехнических приложений.
Обсуждение
Новое поколение робототехнических устройств меняет приоритеты в выборе подходящих коробок передач. Вместо высочайшей точности на высоких скоростях эти устройства предъявляют более строгие требования к легким и очень эффективным устройствам с механическим усилением.
Сверхлегкие приводы деформационных волн (HD, E-cyclo), безусловно, находятся в очень хорошем положении для удовлетворения этих потребностей, что подтверждается их нынешним доминированием в области коботов. При рассмотрении привода волны деформации для роботизированной задачи pHRI, работа при низких крутящих моментах и скоростях должна быть сведена к минимуму, если эффективность должна быть максимальной. Хотя их оптимизированная геометрия зубьев способствует более линейной жесткости на кручение, трение остается в значительной степени нелинейным и зависит от направления, вызывая также определенные ограничения использования.Храповик как следствие ударной нагрузки — это еще одно ограничение, которое следует учитывать для этого типа редуктора, которого E-Cyclo не должен представлять (SUMITOMO, 2020).
Циклоидные приводыпрошли долгий путь и в конечном итоге стали доминирующей технологией в промышленных роботах. Благодаря технологическим достижениям, направленным на уменьшение люфта и ограничений скорости ввода, они теперь могут обеспечивать хорошую точность с приемлемой эффективностью, несмотря на высокие скрытые коэффициенты мощности, возникающие из-за базовой топологии KHV, эквивалентной топологии приводов с волновой деформацией.Использование ступени перед зацеплением также вносит важный вклад в достижение этой цели за счет повышения базовой топологической эффективности. Сверхлегкие конструкции, подобные конструкции SPINEA, демонстрируют интересный потенциал, но в конечном итоге потребуются более прорывные подходы, такие как пластиковые материалы, чтобы удовлетворить потребности в более легких коробках передач и более высоких передаточных числах, необходимых для HRI. Пока это не станет возможным, циклоидные приводы можно рассматривать только для больших полезных нагрузок, когда их больший вес и результирующая инерция не критичны для работы.Когда исключительная точность не требуется, можно избежать мер компенсации люфта в пользу повышения эффективности и более низких пусковых моментов. В любом случае следует позаботиться о том, чтобы адекватно управлять пульсацией крутящего момента, и, вероятно, необходимо будет оставить стадию перед включением, чтобы обеспечить высокие скорости входного двигателя.
Невозможность планетарных редукторов снизить люфт при сохранении хороших характеристик и ограничения жесткости на кручение ограничили их использование в промышленной робототехнике. Тем не менее, PGT чрезвычайно универсальны, что демонстрирует их широкое использование во множестве современных промышленных устройств.И они изначально эффективны, надежны и относительно просты — дешевы — в производстве. Это может объяснить недавний интерес робототехников к PGT и почему пять из шести изученных здесь принципиально инновационных редукторов основаны на конфигурации PGT с высоким передаточным числом: топологии Wolfrom. Лучшая топологическая эффективность в сочетании с улучшением эффективности зацепления за счет модификации профиля или даже еще одного шага вперед с заменой зубьев контактами качения являются многообещающими характеристиками. В сочетании с возможностями, открываемыми их полой топологией, эти элементы потенциально могут способствовать возвращению PGT в робототехнику.
Наше исследование показывает, что большая универсальность технологий редукторов, используемых в робототехнике, представляет собой серьезную проблему для прямого сравнения их характеристик. Как показывают примеры люфта и максимальной входной скорости, адекватные модификации конструкции могут надлежащим образом компенсировать большинство исходных слабых мест определенной технологии за счет компромиссов в других аспектах, обычно включая эффективность, размер, вес и стоимость. Точно так же большие скрытые коэффициенты мощности указывают на существенный топологический недостаток с точки зрения эффективности, но он также может быть — по крайней мере частично — компенсирован соответствующими модификациями.Таким образом, обучающий эффект состоит в том, что выбор подходящей технологии редуктора для определенного применения pHRI является чрезвычайно сложным процессом, требующим глубокого понимания фундаментальных недостатков, возможностей улучшения и производных компромиссов каждой технологии. Наша первоначальная цель исследования — внести свой вклад в простую таблицу выбора, способную помочь неопытным робототехникам в выборе подходящих технологий редукторов для своих роботизированных устройств, поэтому не могла быть достигнута.Вместо этого в данной статье собраны и объясняются основные параметры выбора и связанные с ними проблемы в каждой из доступных технологий, с целью помочь инженерам-роботам pHRI развить необходимые навыки, необходимые для осознанного выбора подходящей, индивидуально оптимизированной коробки передач.
Два важных аспекта роботизированных редукторов для pHRI, к сожалению, не могут быть адекватно оценены в нашем исследовании на данном этапе: шум и стоимость. По мере приближения роботизированных устройств к людям шум привлекает все больше внимания робототехников.Редукторы, безусловно, представляют собой важный источник шума (переносимого по воздуху и от конструкции), но, к сожалению, на данном этапе рекомендуется исключить шум из нашего анализа по двум основным ограничениям. Во-первых, большинство производителей коробок передач еще не предоставляют количественных оценок шумовых характеристик, и когда они это делают, они, как правило, следуют другим методам испытаний, которые также не особенно подходят для рабочих условий в pHRI. Во-вторых, современные технологии редукторов все еще должны пройти процесс оптимизации шума.
Стоимость также является важным параметром, делающим технологии pHRI более доступными, и поэтому становится важным при выборе подходящих редукторов для будущих робототехнических технологий. К сожалению, и здесь научному сообществу доступно недостаточное количество исходной информации, чтобы дать возможность систематической справедливой оценки крупномасштабного потенциала затрат на определенную технологию редукторов. Прежде чем можно будет определить подходящую основу для оценки этого потенциала, требуется большой объем исследовательской работы, которая явно выходит за рамки нашего исследования.
Эти два ограничения очерчивают основные рекомендации авторов для интересных направлений будущих исследований. Определение стандартизованных условий испытаний на воздушный и структурный шум в коробках передач, особенно адаптированных к типичным условиям эксплуатации и потребности в pHRI, могло бы позволить прямое сравнение различных технологий и способствовать их оптимизации шума. Кроме того, составление доступных моделей затрат для производственных процессов, связанных с изготовлением коробок передач, и их адаптация к специфике конкретных технологий, используемых в робототехнике, позволит создать основу для оценки потенциала (и препятствий) крупномасштабных затрат разные технологии.
Авторские взносы
Все авторы участвовали в предварительной работе, связанной с этой темой исследования, и внесли свой вклад в концептуализацию структуры, представленной в рукописи. PG работала над созданием подходящей системы оценки для выполнения анализа коробки передач и взяла на себя инициативу в написании рукописи и преобразовании ее в ее текущую форму. PG и ES в равной степени способствовали выявлению потенциально подходящих технологий и их анализу с помощью структуры.Все корректуры авторов прочитали и внесли свой вклад в окончательную версию статьи.
Финансирование
SC, ES (доктор философии) и TV (доктор наук) являются научными сотрудниками Исследовательского фонда Фландрии — Fonds voor Wetenschappelijk Onderzoek (FWO). Эта работа частично финансируется Программой исследований и инноваций Европейского Союза Horizon 2020 в рамках Соглашения о гранте № 687662 — проект SPEXOR.
Конфликт интересов
Авторы заявляют, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.
Благодарности
Авторы хотели бы поблагодарить профессора Ясутаку Фудзимото из Йокогамского национального
История великой инновации
Автоматические коробки передач — это находка. Они позволяют нам управлять автомобилем, не работая левой ногой, и позволяют держать обе руки на руле; просто вставьте его в «D» и вперед. Неудивительно, что в прошлом году, по данным EPA, 97% всех автомобилей имели всего 2 педали. Но есть энтузиасты, луддиты, которые любят неудобства, которые издеваются над автоматикой, называя ее «шалашами».Они утверждают, что переключать передачи и работать со сцеплением — это весело. Но давайте на минуту забудем об этих чудаках и сосредоточимся на истории одного из величайших изобретений в истории автомобилестроения.
Baker Electric с приводом от Джея Лено (слева) и Stanley Steamer, не путать с компанией по чистке ковров (справа)Автомобили с автоматической коробкой передач, если не с автоматической коробкой передач, были с нами с самого рождения автомобиля. В 1910-х годах это была трехсторонняя гонка между внутренним сгоранием, паром и электричеством.Последние 2 производили такой большой крутящий момент, что им вообще не требовались трансмиссии. Но электромобили заряжались слишком долго и имели очень малый запас хода, в то время как паровые машины были тяжелыми и потребляли огромное количество воды. Двигатели внутреннего сгорания не обладают достаточным крутящим моментом для работы, поэтому им нужны были шестерни. В 20-е годы, когда внутреннее сгорание установило свое доминирование после изобретения электрического стартера и отказа от стартеров, ломающих запястье, инженеры начали работать над автоматизацией процесса переключения передач.
Гидраматическая трансмиссияПервой автоматической коробкой передач в серийном автомобиле была Hydramatic от GM, представленная в 1939 году на моделях Cadillac и Oldsmobile. Трансмиссия имела 4 передние передачи, а мощность передавалась от двигателя через гидромуфту. Коробка передач была не такой быстрой и эффективной, как механическая, но покупатели любили отдыхать правой рукой. К февралю 1942 года, когда производство гражданских автомобилей было остановлено из-за войны, было продано 200000 автомобилей. В 1948 году Hydramatic перешла на рынок Pontiac, где коэффициент поглощения составил 70%.Buick и Chevrolet решили разработать собственную автоматику — Dynaflow и Powerglide соответственно. После пожара на заводе, производившем Hydramatics в 1953 году, Olds и Cadillac были вынуждены использовать Dynaflow, а Pontiac какое-то время использовали Powerglide. Оригинальный Hydramatic был снят с производства в 1956 году, хотя это название использовалось до 90-х годов. GM представила автомат для широкой публики, и к 1960 году 70% всех автомобилей в Америке имели 2 педали. Темпы внедрения в Европе были намного ниже из-за гораздо более высокой цены на газ.
Поразительно, сколько времени потребовалось всем, чтобы предложить полностью автоматическую коробку передач. Наконец, в 1950 году Ford предложил один из них — Ford O-Matic, разработанный BorgWarner. Вклад Ford действительно был преимуществом по сравнению с GM: преобразователем крутящего момента. Гидротрансформатор увеличивает крутящий момент, как следует из названия, за счет использования статора (поясняется здесь). Компания Packard представила такую функцию в 1949 году в своем Ultramatic, но это не была полностью автоматическая система. Packard также включил блокирующую муфту, которая на высоких скоростях обходила гидротрансформатор и предотвращала связанные с этим потери энергии.Эта система была принята позже из-за ее стоимости и сложности. Chrysler, поигравшись с полуавтоматикой, которая избавилась от педали сцепления, но все еще требовала ручного переключения передач, наконец, присоединилась к партии с Powerflite в 1954 году. Небольшие автопроизводители, особенно иностранные, обычно покупали их у GM или BorgWarner. В 1969 году немецкая компания ZF начала производить свои собственные машины и со временем стала доминировать в этой области.
Бесступенчатая трансмиссия DAF VariomaticВ 1958 году голландский автопроизводитель под названием DAF разработал систему, которая допускала переключение передач с переменным передаточным числом, а не ограничивалась конечным числом фиксированных передаточных чисел.Это была первая бесступенчатая трансмиссия в серийном автомобиле. Он предлагал улучшенную экономию топлива по сравнению с обычной автоматической коробкой передач, сохраняя при этом удобство, но владельцы, которые привыкли к тому, что их двигатели увеличивали обороты при увеличении скорости, были озадачены тем, как вариатор поддерживает постоянную частоту вращения двигателя. Кроме того, во время разгона вариатор будет поддерживать высокие обороты и производить много шума. Эти резиновые ленты также были не такими прочными, как стальные шестерни.
Гидротрансформатор Chrysler LockupЭнергетический кризис 1970-х годов означал, что необходимы большие изменения.Старая система гидротрансформатора с блокировкой Packard была восстановлена. У большинства автомобилей было 3 скорости движения вперед, но теперь повсеместно стала использоваться 4-я повышающая передача. Дополнительная передача означает более низкие обороты на шоссе, что повышает эффективность. К 1990 году 4-ступенчатая автоматическая коробка передач была практически повсеместной и претерпела несколько изменений за 15 лет, помимо добавления электронного управления.
BMW 7 серии 1991 годаЗатем, в 1991 году, BMW представила первую в истории 5-ступенчатую автоматическую коробку передач для своей флагманской 7-й серии. К 2000 году 5 скоростей станут стандартом для большинства роскошных автомобилей.
BMW 7 серии 2002 годаВ 2002 году BMW 7 серии снова лидировал. На него было отвратительно смотреть, и у него была дьявольская электронная система управления iDrive, но у него была первая в истории 6-ступенчатая автоматическая коробка передач. Так начнется особенность числа передач. 6-ступенчатая скорость завоевала популярность намного быстрее, чем 5-ступенчатая. У моего VW Rabbit 2009 года 6 передач.
Mercedes S430 2003 годаВсего год спустя Mercedes повысил ставку с 7-ступенчатой автоматической коробкой передач на S430 и S500, и после 2007 года она станет стандартной для большинства их моделей.
Трансмиссия VW «DSG»В 2003 году у нас появился другой тип трансмиссии, когда VW представил автоматическую коробку передач с двойным сцеплением в Golf R32. Система избавляется от гидротрансформатора в пользу пары мокрых сцеплений. Это обеспечивает чрезвычайно быстрое переключение передач и стало популярным на многих спортивных автомобилях. Фактически, Ferrari отказалась от всех переключений рычагов переключения передач в 2012 году и теперь использует только эту систему с двойным сцеплением.
Lexus LS460 2007 годаВ 2007 году Lexus выпустил новую версию своего флагмана LS.У него, как вы уже догадались, был 8-ступенчатый автомат.
CVT также пережил возрождение в это время. Saturn, Mini и Ford на короткое время предложили его, а затем отказались от него. Nissan Xtronic будет предлагаться практически на каждой проданной машине, даже на больших Maxima и Murano. В 2010-х она станет стандартной коробкой передач в автомобилях эконом-класса.
2014 Jeep CherokeeСледующие 7 лет были своего рода периодом наверстывания, так как последние 4 и 5 скорости были понижены, и все перешло либо на 8-ступенчатую, либо на вариатор.К этому моменту, благодаря дополнительным шестерням и лучшей электронике, автоматика стала быстрее и экономнее, чем механические. Потом мы получили первую 9-ю скорость. На этот раз это был не гигантский роскошный седан, а небольшой внедорожник Jeep Cherokee 2014 года выпуска. Это также хорошо, потому что изначально было много проблем с шумом и медленным переключением передач, и было бы обидно иметь эти проблемы в Mercedes S-класса.
2017 Ford F-150 (слева) и 2017 Chevrolet Camaro ZL1 (справа)В 2017 году мы получили первый 10-ступенчатый автомат.Это было совместное предприятие Ford и GM, которое впервые использовалось в F-150 и Camaro ZL1. И прежде чем вы спросите, и Ford, и Honda запатентовали 11-ступенчатые коробки передач.
Сингулярность передаточного числаПо данным Агентства по охране окружающей среды США, именно так выглядел резкий рост числа автоматических передних передач. Нам потребовалось 20 лет (с 1980 по 2000 год), чтобы перейти в среднем с 3 передач до 4 на легковых автомобилях. Нам потребовалось всего 10 (с 2000 по 2010 год), чтобы перейти с 4 до 5. Нам потребовалось всего 4 года (с 2010 по 2014 год), чтобы добраться с 5 до 6, и теперь мы выровнялись примерно до 6.5.
Nissan LeafНо по правде говоря, будущее, вероятно, вообще не будет шестернями. Как я уже сказал, электрика вырабатывает такой большой крутящий момент, что им не нужна помощь сложной, тяжелой и дорогой трансмиссии. Кроме того, отдача от дополнительных шестерен будет уменьшаться, и наступит момент, который мы, возможно, уже достигли, когда дополнительные затраты и сложность дополнительных шестерен того не окупятся.
Итак, это автоматическая коробка передач. Великолепное изобретение, сделавшее вождение проще и проще для всех.И энтузиастам, которые сетуют на людей, которым не хватает «радости» изнашивания левой ноги и правой руки: они могут засунуть педали сцепления туда, где не светит солнце.
Что такое коробка передач?
Обновлено 2020 г. ⚙️ Когда дело доходит до компонентов зубчатой передачи, все может быстро запутаться. Производители шестерен, а также инженеры и дизайнеры используют множество терминов, чтобы говорить о том, что иногда по сути является одним и тем же. Термин «коробка передач» — один из тех терминов, которые часто используются взаимозаменяемо с редуктором или зубчатым редуктором… хотя иногда они относятся к немного различающимся физическим расположениям шестерен.
Самое основное определение коробки передач состоит в том, что это замкнутая зубчатая передача или механический блок или компонент, состоящий из ряда интегрированных шестерен внутри корпуса. Собственно, само название определяет, что это такое — коробка с шестернями. В самом общем смысле коробка передач функционирует как любая система передач; он изменяет крутящий момент и скорость между приводным устройством, таким как двигатель, и нагрузкой.
Типичный редуктор, показанный здесь, представляет собой угловой редуктор с фланцевым креплением от Neugart USA. Этот планетарный редуктор GPX UP диаметром 22 мм был разработан для применения в аэрокосмической отрасли.Обратите внимание, как планетарные шестерни вращаются на игольчатых подшипниках, а не на подшипниках скольжения. Изображение любезно предоставлено maxon. Шестерни внутри коробки передач могут быть любого из множества типов, от конических зубчатых колес и спирально-конических зубчатых колес до червячных передач и других, например планетарных шестерен. Шестерни установлены на валах, которые поддерживаются подшипниками качения и вращаются через них. Коробка передач — это механический метод передачи энергии от одного устройства к другому, который используется для увеличения крутящего момента при снижении скорости.
Apex Dynamics USA предлагает прецизионные планетарные редукторы AFX.Редукторыиспользуются во многих приложениях, включая станки, промышленное оборудование, конвейеры и практически любое приложение для передачи мощности вращательного движения, которое требует изменения требований к крутящему моменту и скорости.
Этот ступичный привод от ABM Drives оснащен колесом с шиной, двигателем переменного тока, коробкой передач и тормозом.Итак, ясно — редуктор — это всегда полностью интегрированный механический компонент, состоящий из ряда сопряженных шестерен, содержащихся в корпусе с валами и подшипниками (для поддержки и компенсации нагрузок), и во многих случаях фланца для крепления двигателя.Большая часть индустрии движения не делает различий между терминами «редуктор» и «редуктор». Но в некоторых случаях термин коробка передач конкретно относится к закрытой передаче, как описано выше, в то время как более общий термин редуктор относится к узлам, иначе открытым зубчатым колесам, которые устанавливаются внутри некоторой существующей рамы машины. Последние предназначены для компактных мобильных устройств или мобильных устройств с батарейным питанием, что требует особенно тесной интеграции и исключения дополнительных компонентов. Здесь серия параллельных пластин может поддерживать валы зубчатой передачи (и их подшипники) и позволять привинчивать их к поверхности двигателя.
Редукторы Bonfiglioli TQK предназначены для реверсирования и позиционирования.Хотя это и выходит за рамки этого FAQ, другие открытые зубчатые передачи просто устанавливаются на выходе электродвигателя и работают в условиях окружающей среды. Некоторые такие открытые зубчатые передачи являются самосмазывающимися — изготовлены из полиамидов со стабильными размерами или аналогичных материалов, разработанных с учетом строгих требований к чистоте, вибрации, весу и стоимости. Ознакомьтесь с этими статьями для получения дополнительной информации по этой теме…
Как определить размер и выбрать коробку передач: Руководство инженера по движению
Что такое шестерни передачи мощности?
Automatic vs Manual: что выбрать энтузиасту?
По мере того, как автоматика, DSG и CVT становятся умнее, есть ли место для механической коробки передач в спортивных автомобилях? Мы взяли два WRX, один с ручным управлением, а другой с вариатором, чтобы выяснить это.
В то время как большая часть мира и автопроизводители стремительно движутся к тому, чтобы автоматические трансмиссии являлись основным элементом переключения передач в автомобилях, владельцы спортивных автомобилей по-прежнему, по крайней мере, на форумах, любят возможность переключать передачи самостоятельно.
Раньше не было споров; автоматика мучительно медленно разгонялась и переключала передачи, часто предлагая только три передаточных числа по сравнению с четырьмя или пятью эквивалентными механическими, что позволяло намного лучше использовать зачастую лишь скудную доступную мощность.
Со времен старых добрых времен смены колонн технология развивалась, и в настоящее время на чисто рациональных основаниях споры исчерпаны.Автоматическая коробка передач проще в управлении, быстрее и более экономична, чем ручная. Они даже безопаснее, поскольку их можно автоматизировать; Новейшая система автопарковки Mercedes-Benz может даже переключаться вперед и назад.
Единственным преимуществом для руководств является цена, поскольку мы все еще платим около 2000 долларов за автомат, хотя даже это преимущество неуклонно сокращается. Тем не менее, в наши дни автомобильный рынок правит автоматом, и утверждать обратное — все равно, что утверждать, что пленочные фотоаппараты лучше цифровых, или виниловые лучше, чем MP3.
Но когда дело доходит до спортивных автомобилей, это случай, когда сердце бьется над головой, и большинство владельцев спортивных автомобилей все еще жаждут руководств. И все же растет число водителей, которые предпочитают или принимают автомобили, несмотря на насмешки и насмешки любителей ручного управления. Этому способствует постоянно совершенствующаяся автоматическая трансмиссия, лучшие из которых лучше, чем руководства, если вам нужно быстрое и легкое время круга.
Теперь вы слышали от редактора Бобера, который считал Subaru WRX с вариатором лучше, чем версию с ручным управлением, и от меня, который твердо заявил об обратном.Итак, у нас есть галстук.
Чтобы уладить спор (по крайней мере, на данный момент), мы позволили разным увлеченным, спортивно настроенным водителям свободно сидеть на двух машинах. Вот их мнения по этому поводу и два WRX:
Alex:
Предыстория
Был в автомобилях на протяжении десятилетий, в настоящее время владеет Porsche 911 1986 года, который регулярно проводит трек-дни, используемый для гонок на картингах.
Что вы ищете в спортивном автомобиле?
Эмоциональная связь. То, как он выглядит, ощущается, звучит, управляется.
Авто или инструкция для спортивного автомобиля?
Руководства. Автомобили не могут быть такими привлекательными, и в этом вся суть.
Что вы думаете о 2015 WRX?
Мне нравятся характеристики, управляемость и то, что она прочная, но удобная. Много мощности, удовольствие от вождения. Но у него нет особого характера, внутри он похож на любой другой японский автомобиль. Снаружи что-то особенное, и мне это нравится. WRX с ручным управлением более интересен и увлекателен, хотя с точки зрения управляемости особой разницы нет.
Kaye
Предыстория
Владелец ряда автомобилей с механической коробкой передач, и прямо сейчас у него есть безупречный V5 WRX STi 1999 года выпуска и MR2 1991 года выпуска. Раньше владел WRX 2011 года, только что продал WRX Sti 2002 года и сейчас присматривается к BMW M3 2008 года
Что вы ищете в спортивном автомобиле?
Весело водить, интересно смотреть; автомобиль, который понравится вам для острых ощущений.
Авто или инструкция для спортивного автомобиля?
Руководство — потому что это все, что я знаю, и, судя по недавнему автоматическому тестированию, мне все еще нужно / получать удовольствие от вождения, даже если это может означать странное неудобное переключение передач.
Что вы думаете о 2015 WRX?
Лучше ездить и, конечно, интереснее, чем мой WRX 2011 года, но не так хорошо, как мой 1999; не так увлекательно. Стиль хороший, но, на мой взгляд, немного степенный. Сиденья лучше, чем в 2011 году, но 2011 легко выигрывает в сравнении с грохотом выхлопа.
Майк
Предыстория
Интересуют автомобили, но нет реальной истории владения или конкуренции.
Что вы ищете в спортивном автомобиле?
Шустрый и отзывчивый, игривый и приятный в управлении.Мне нравится преувеличенное чутье, но мне не нужно что-то слишком мощное и сбивающее меня с пути. Мне не с чем бороться.
Авто или инструкция для спортивного автомобиля?
Для меня это должно быть руководство. Когда вы собираетесь вести его, это будет тогда, когда вы сможете сосредоточиться на том, что делаете, вам захочется быть вовлеченным и вовлеченным, а автомат просто забирает это у вас.
Что вы думаете о WRX?
Определенно надо вставать и идти.Может использоваться как семейный автомобиль, выглядит изысканным; немного роскоши. Это и веселая машина, и семейная. Но в ручном WRX я чувствовал турбо-лаг, который мне не нравился, а рычаг переключения передач в механической коробке имел большой ход при переключении (или броске).
Дэвид
Справочная информация
Владелец большого количества спортивных автомобилей, проводил время на треках, сертифицированный энтузиаст Porsche.
Что вы предпочитаете — автоматический или ручной и почему?
Руководство, так как здесь больше участия водителя, хотя коробка передач Porsche PDK могла меня соблазнить.
Что вы думаете о WRX?
Понравились рулевое, водительское положение и тяга. Не понравилось — приборы было трудно читать, а экономия топлива раздражала. Отсутствие места для головы [его рост 6 футов 2 дюйма] и тормоза не внушали никакого доверия. CVT WRX оказался не таким ужасным, как я ожидал, но я предпочитаю участие водителя в руководстве.
Стивен
Предыстория
Владелец нескольких транспортных средств, включая полноприводные и два спортивных автомобиля; регулярно участвует в подъемах на холмы, используется для гонок на мотоциклах.
Что вы ищете в спортивном автомобиле?
Я хочу что-нибудь интересное. Я не имею в виду, что вы должны все контролировать; это о том, чтобы почувствовать себя частью машины. Альтернативой является спортивный автомобиль, который просто потрясающе быстр, и вам нравится эта скорость. Но вы не можете использовать их в дороге. Для меня нет ничего необходимого, кроме удовольствия.
Авто или инструкция для спортивного автомобиля?
Дело не в количестве ручного управления, а в ощущении того, что вы можете контролировать.Что касается WRX, я предпочитаю вариатор, это более быстрый автомобиль, и вы можете оставить двигатель там, где он должен быть; это более низкий уровень стресса.
Что вы думаете о WRX?
Оба WRX меня не схватили. Я ездил на них раньше, и они, безусловно, самые развитые, но я думаю, что они потеряли остроту. Но они быстрые. Ни у кого нет особенно хорошего рулевого управления. Это огромная хватка, но вы действительно не можете ее почувствовать, вам просто нужно принять ее. Мне нравится выходить из углов, вы можете повернуть с изрядной долей фиксации и прибить его, они выходят жестко.Машины кажутся сильными, вы никогда не почувствуете, что сломаете их. Сиденья хорошие, но мне не нравится суетливость руля, да и инструменты слишком стараются.
Отсутствует характер, не похоже на WRX. WRX должен быть готов укусить вас за задницу, немного более хриплый. Звук двигателя немного приглушен. CVT — это машина, «которая может все». Это будет быстро, с меньшим напряжением, и действительно ручная версия, которую я нашел немного обыкновенной. В этих автомобилях вариатор доставляет больше удовольствия… потому что вы можете оставить двигатель там, где он должен быть.
Кристиан
Предыстория
Бывший гонщик ралли до уровня чемпионов Австралии, владел WRX 1996 года, использовавшимся для трек-дней, и участник соревнований, теперь инженер по разработке подвески.
Что вы ищете в спортивном автомобиле?
Вы должны заниматься автомобилем. Мне нравится механическая грубость, ты не хочешь быть изолированным от того, что происходит.
Авто или инструкция для спортивного автомобиля?
Автомобиль поддается ленивому вождению, тогда как спортивный автомобиль по определению является активным вождением.
Что вы думаете о 2015 WRX?
Он по-прежнему содержит многие черты модели 1996 года, но более усовершенствован. Это очень привлекательный автомобиль. Что касается минусов, меня не так много, что меня обижает — на самом деле это действительно хороший опыт, мне очень понравилось. Но если бы я несправедливо сравнил его с европейским автомобилем, качество сборки и отделки было бы ниже, но вы бы не хотели, чтобы он был завышен или утяжелен из-за этого. Я думаю, что меня смущает машина [CVT WRX] — она не знает, будет ли она спортивной или семейной.Но механика определенно спортивный автомобиль. Вы можете также купить Liberty, как CVT WRX.
Juliette
Предыстория
Японский автолюбитель в целом владел множеством автомобилей от Skylines до Cubes; регулярно ее можно увидеть на гоночных трассах и массовых мероприятиях по автоспорту в ее любимом BRZ.
Что для вас важно в спортивном автомобиле?
Спортивный автомобиль должен заинтересовать водителя, заставить его искать любой предлог, чтобы управлять автомобилем. Его реакция на ваши предложения должна быть незамедлительной.Он не должен ощущаться просто средством передвижения, и он должен вызывать зависть со стороны человека, который водит рядом с вами белый товар. Он не обязательно должен быть практичным, он разработан для вас, водителя (и, возможно, пассажира на переднем сиденье). Сиденье должно быть низким, а сиденья должны плотно прилегать к вашему месту. Спортивный автомобиль должен без всяких усилий превращаться из обычного водителя в гусеничное оружие.
Что вы предпочитаете — автоматический или ручной и почему?
Авто, я не уверенный водитель с ручным управлением и имею только одну машину с ручным управлением.Я не ездил на мануале WRX для сравнения.
Что вы думаете о WRX?
Мне нравится внешний вид, практичность и двигатель плавный и достаточно мощный. Но я не считаю новый WRX CVT спортивным автомобилем. CVT в сочетании с отстающим турбонаддувом делает его отличным от конвейера, и CVT будет проблемой, если вы возьмете его на трассу. Это была бы лучшая машина с традиционной автоматической коробкой передач. Тормоза требуют слишком больших усилий для выполнения аварийной остановки (она не могла тормозить достаточно сильно, чтобы активировать АБС, что требует больших усилий).Вы сидите в машине очень высоко, как в большом семейном седане. Сиденья плоские и не имеют особой поддержки. Я также не нашел их особенно удобными для обычной поездки в машине. Машина одним словом — ничем не примечательная. Купил бы я один? №
Тим
Предыстория
Давний автолюбитель, владеет гоночным автомобилем, президент автоклуба, нынешний владелец GT86, повидавший много дел.
Что для вас важно в спортивном автомобиле?
Ощущение связи с автомобилем и дорогой, а главное — ощущение того, что водить машину весело.
Что вы предпочитаете — автоматический или ручной и почему?
Руководство, так как я чувствую, что я связан с автомобилем, больше контролирую его.
Что вы думаете о WRX?
ТУРБО! Сравнивать его чисто с 86, имеющим дополнительную мощность, было приятно. Электрические сиденья — мне очень нравятся удобства и гаджеты. Пространство — гораздо практичнее, чем 86, может вместить в спину людей, кроме людей с ампутированными конечностями и новорожденных, и больше места для загрузки. Переключатель был очень зазубрен и отключен.Сиденья не были такими удобными и поддерживающими, как 86 сидений.
WRX против WRX — Кто победит?
Как видите, , наши тест-пилоты были энтузиастами и все искали спортивную связь с WRX. В основном они находили это с помощью руководства, и это было не просто ручное переключение передач само по себе. Я думаю, дело в том, что у CVT auto просто не было прямой связи от дроссельной заслонки к автомобилю, и для этих водителей не нужно просто ехать быстро.Если бы это было так, вариатор бы правил. И речь не шла о прямой скорости, поскольку вариатор, вероятно, быстрее в реальном мире, даже если время 0-100 немного медленнее, чем ручное.
Итак, что мы можем сделать вывод? Я думаю, вы могли бы сказать, что автоматические спортивные автомобили похожи на катание на санях по снежному склону, вы бы думали, что это очень весело, пока не научитесь кататься на лыжах или сноуборде, что требует больше навыков и усилий, но в конце концов, результат есть. Некоторые говорят, что руководства мертвы, потому что гоночные автомобили превратились в автоматику, но это сбивает гоночный автомобиль со спортивным автомобилем: гоночный автомобиль создан, чтобы двигаться как можно быстрее, спортивный автомобиль создан для развлечения, и две цели не обязательно совпадают.
Но, долго размышляя над этим вопросом и выслушав, как многие люди высказывают свои взгляды, можно рассмотреть несколько тем:
Участие — наиболее часто употребляемое слово в приведенных выше цитатах. Ясно, что дополнительная работа, которую вы должны проделать с ручным управлением по сравнению с автоматом, вовлекает вас больше, и, поскольку переключение передач трудно отточить, оно будет вознаграждено, если вы сделаете это правильно. Но это участие не обязательно должно исходить из руководства. Возможно, это могло произойти из-за управляемости, звука, рулевого управления… водители смотрели на весь пакет, а не только на переключение передач, а в случае WRX вариатор мало что предлагал, поэтому предпочтение было отдано руководству.Но будет одна группа водителей, которые не согласятся…
Новички — , если вы новичок в какой-либо сложной деятельности с высокой степенью риска, вы обнаружите, что вам нужно много навыков, многому нужно научиться, будь то подводное плавание с аквалангом, танцы, катание на мотоцикле или парашютный спорт. Если вы можете, по крайней мере на начальном этапе, уменьшить необходимые навыки, это приветствуется, потому что это упрощает ввод, чтобы вы могли проводить больше времени, наслаждаясь занятием, чем изучая его. Это также работает со спортивными автомобилями. Несомненно, легче управлять автомобилем на высокой скорости, и это то, что делают новички, так что у них остается больше времени, чтобы насладиться этим занятием.
Отзывчивость — Большая часть острых ощущений спортивного автомобиля — это чувство контроля, которое должно включать немедленную и прямую связь между дроссельной заслонкой и реакцией автомобиля. В руководствах обычно есть эта прямая ссылка, а в автомобилях — нет. Это очень верно для двух WRX, где все водители отметили, что вариатор кажется менее связанным, чем ручной — ваша правая нога движется, и это не так приятно, как в ручном, даже в режиме S #, в котором трансмиссия CVT заблокирован, чтобы воспроизвести обычную коробку передач.Почему это важно? Потому что чем прямее связь, тем больше ощущений от управления. Это также упрощает продвинутый контроль над автомобилем, например, начало заноса нажатием дроссельной заслонки, внезапный отрыв, вызывающий избыточную поворачиваемость, слегка регулируя радиус в середине поворота за счет плавного открытия дроссельной заслонки. Речь идет не о переключении передач, а о том, что вы возьмете руководство, даже если поездка не предусматривает переключения передач вообще.
Скорость — здесь , аргумент для авто.Некоторые машины слишком быстры, чтобы их можно было использовать с руководствами. Например, Ferrari F458 — это всего лишь один непрерывный прилив мощности, а другой пример — Audi RS6 / 7 с восемью скоростями, переключение передач происходит слишком быстро, чтобы доставлять удовольствие. Руководство здесь разрушило бы весь опыт бесконечного ускорения, и вам это доставило бы меньше удовольствия. Но вы знаете, что? Я просто привел аргумент новичка — «слишком быстро, чтобы быть с ручным управлением», когда машины Формулы 1 были с ручным управлением. Дело в том, что скорость подобна наркотику. То, что поначалу кажется волнующим, становится нормальным, а затем вам нужно все больше и больше, чтобы получить те же острые ощущения.Я помню, когда время 0-100 за девять секунд было большим делом, а теперь 0-100 за пять секунд меня не впечатляет, и я чувствую себя вполне способным управлять такой машиной. Но Феррари … У меня нет опыта, чтобы довести машину такой производительности до предела на трассе, поэтому машина мне понравилась, поскольку у меня не хватило мощности, чтобы думать о переключении передач, а вы не мог поспорить и с непосредственностью контроля, еще один важный фактор.
Для конкретного автомобиля — то, что мы здесь сделали, основано на мнениях относительно WRX.Но есть много других машин; Если бы мы провели такой же тест, скажем, с ручным и автоматическим Porsche Boxster, я бы держал пари, что больше водителей предпочли бы автомат, или, по крайней мере, не были бы такими отрицательными, потому что коробка Porsche auto известна как одна из лучших в бизнесе. И если бы у нас под рукой был Jaguar F-Type R, я уверен, что никто бы не жаловался на отсутствие реакции, шум или вмешательство, даже если бы некоторые все еще тосковали по руководству.
Что вы знаете — никто не упускает из виду то, чего никогда не испытывал.Сегодняшним детям никогда не дадут в подарок сборники, и когда-нибудь никому не будет дела до печатных книг. Для многих людей бумажная газета за чашкой кофе — это освященный веками ритуал, но не для тех, кто моложе 50 лет. Точно так же со временем исчезнут руководства, и новое поколение водителей никогда не упустит то, чего они никогда не знали.
ПРАКТИЧЕСКИЙ МОТОРНИК ГОВОРИТ: Если вы хотите «нормальную» машину, то автомобиль будет вашим выбором по умолчанию, если только вас не тянут деньги.Если вам нужен спортивный автомобиль, и вы хотите его, потому что вам нравится управлять автомобилем, а не любить внешний вид, то вам нужно хотя бы подумать о руководстве. Это связано с тем, что острые ощущения и удовлетворение от идеально выполненного переключения на повышенную или пониженную передачу никогда не могут сравниться ни с одним автоматом, а использование подрулевых переключателей — не сравнение, потому что это не требует навыков. Тем не менее, как и любой навык, награда пропорциональна сложности, и плавное, своевременное переключение передач спортивного автомобиля требует практики и усилий, которыми не все хотят овладеть, особенно при переключении на пониженную передачу.
Итак, если вы просто предпочитаете более простой привод с меньшими усилиями, то лучшая автоматика наверняка доставит многим водителям более чем достаточно удовольствия. Вы также, вероятно, будете работать быстрее в трек-дни и будете делать меньше ошибок.
В конечном итоге трансмиссия — это лишь часть общего впечатления от спортивного автомобиля. Принимайте решение о покупке автомобиля как в совокупности с внешним видом, звуком, удовольствием от вождения и всем остальным, что важно для вас, и не позволяйте никому говорить вам, что у него должен быть определенный тип переключения передач.
Быстрый автоматический или медленный ручной? Нет неправильных ответов, спортивные автомобили — это не цифры.Автоматические и ручные коробки передач | BuyaCar
Здесь, в Великобритании, мы традиционно пользовались ручным управлением. С момента изобретения автомобиля мы, британцы, предпочитаем указывать машине, что делать. Вообще, в большинстве других стран, и особенно в Америке, автоматика намного важнее руководств.
Но ситуация здесь меняется. Благодаря технологическим инновациям автоматические коробки передач становятся все лучше и лучше.Большинство современных автоматических коробок передач почти так же экономны, как и их ручные аналоги, и в спортивных приложениях переключают передачи намного быстрее, чем человек с рычагом переключения передач.
Тогда британцы начинают осознавать прелести автомобилей. Последняя статистика продаж показывает, что по данным Общества производителей и продавцов автомобилей в 2016 году было зарегистрировано более 600 000 автоматических устройств, что на 50 процентов больше, чем в 2013 году.
Любители ручного управления скажут вам, что контроль, который они имеют над своей машиной, присущ они получают удовольствие от этого, в то время как автоматические пользователи объяснят, как легко управлять автомобилем в плотном потоке без надоедливого сцепления, изматывающего левую ногу.
Но какой из них лучше для вас?
Что такое механическая коробка передач?
Механическая коробка передач позволяет вам выбирать передачи с помощью рычага переключения передач и ножной муфты, которая отделяет двигатель от коробки передач, чтобы избежать скрежета шестерен при их переключении.
Это дает вам полный контроль над передачами, которые вы используете, и тем, когда вы их выбираете, поэтому машина всегда будет реагировать только на ваш ввод, что полезно, когда дело доходит до ускорения и замедления, особенно если вы пытаетесь ехать плавно и экономно.
Практикуясь, вы сможете научиться использовать правильную передачу, соответствующую той скорости, на которой движется автомобиль, таким образом экономя топливо и уменьшая износ двигателя и механических частей автомобиля. Механическая коробка передач также является относительно простым устройством, которое редко вызывает какие-либо проблемы. Так же дешевле производить, поэтому автомобили с ручным управлением, как правило, дешевле, чем с автоматом, когда они совершенно новые.
Автомобиль с механической коробкой передач действительно открывает двери для человеческой ошибки. Если вы неправильно рассчитаете свои движения, легко сломать шестерни, что может привести к повреждению либо защелки, шестеренок, либо самого двигателя, если делать это неоднократно.Работа с механической коробкой передач — это еще одна вещь, о которой нужно подумать. По той же причине со временем изнашивается и сцепление, замена которого может оказаться дорогостоящей.
Искать по всем сделкам с механическими коробками передач
Автоматическая коробка передач
Обычно термин «автоматическая коробка передач» относится к конструкции, в которой используется сложное расположение механических частей для переключения передач без участия водителя.
Если вам нужна более высокая производительность, вы нажимаете на акселератор, и коробка передач переключает передачу на более низкую.На самом простом уровне автоматическая коробка передач избавит вас от необходимости самостоятельно переключать передачи. Поскольку педали сцепления нет, вы можете поставить левую ногу на место, а правой использовать для торможения или ускорения.
Кроме того, если вы хотите начать движение, автомат будет быстро запускаться со светофора, потому что движение происходит мгновенно и между переключениями передач меньше потери импульса. Кроме того, в некоторых автомобилях есть спортивный режим, который делает коробку передач более отзывчивой, или даже переключает передачи вручную с помощью рычагов переключения передач или «лепестков» на рулевом колесе.
Автоматические коробки передач могут быть неэффективными и снижать экономию топлива, они также сложны и могут быть дорогими в ремонте. Также очень легко забыть, какая у вас коробка передач, если вы недавно перешли с механической коробки передач. Вы можете потянуться к педали сцепления, которой нет, что может вызвать довольно резкое и непреднамеренное торможение.
Искать все предложения по автоматическим коробкам передач
Типы автоматических коробок передач
Гидравлическая автоматическая коробка передач
Этот тип автоматической коробки передач используется уже несколько десятилетий, и в ней используется так называемый преобразователь крутящего момента.
Эти коробки передач переключаются плавно, и вы едва ли можете сказать, когда они переключаются с одной передачи на другую в лучшем виде — например, те, что используются в Jaguar и Land Rover.
Гидравлическая автоматика может работать неэффективно, увеличивая расход топлива. Он также может медленно реагировать, когда вы хотите ускориться и вам нужно переключиться на более низкую передачу.
Коробка передач с двойным сцеплением (DCT)
Коробка передач этого типа, также называемая автоматической, часто устанавливается на автомобили Volkswagen Group, где она называется DSG, или на Audi, S tronic.Он использует две обычные муфты для включения и выключения привода при переключении передач, причем все это происходит автоматически.
Некоторые системы имеют до семи передач переднего хода. Вы можете выбрать различные режимы работы, чтобы изменить способ работы коробки передач, и, как гидравлический автомат, переключать передачи с помощью рычага переключения передач или на спортивных моделях с помощью подрулевых переключателей.
Не позволяйте термину двойное сцепление вводить вас в заблуждение, здесь по-прежнему нет педали сцепления. Изменения происходят намного быстрее, чем в инструкции.Поскольку это механическая, а не гидравлическая система, она более эффективна. Мало того, что изменениями управляет компьютер, коробка передач всегда находится на оптимальной передаче, что также повышает эффективность и экономит топливо.
Поскольку она механическая, а не гидравлическая, DCT не такой плавный, как традиционная автоматическая коробка передач. Кроме того, включение первой передачи может быть медленным, что приведет к рывкам при трогании с места. Они очень сложные, и в прошлом возникали проблемы с надежностью.
Полуавтоматическая или автоматическая механическая коробка передач
В этом типе автоматической коробки передач используются датчики и исполнительные механизмы для управления сцеплением.Это популярная установка на автомобили Peugeot и Citroen, где она называется Efficient Tronic Gearbox или сокращенно ETG. Он полагается на очень сложную электронику для работы, но его сторонники утверждают, что он кажется более прямым, чем даже система DCT, обеспечивая при этом аналогичный уровень экономии топлива. Как и другой автоматикой, им можно управлять вручную с помощью рычага переключения передач или подрулевых переключателей.
Педали сцепления с полуавтоматом тоже нет, поэтому вы можете дать отдых левой ноге, но вы можете использовать ее так же, как механическую коробку передач с парой подрулевых переключателей, которые обычно размещаются за рулем.Это эффективная система, которая помогает экономить топливо.
Однако они могут быть очень сложными, и изменения могут быть прерывистыми, поскольку системе требуется время, чтобы выбрать следующую передачу. Они тоже редкость.
Бесступенчатая трансмиссия (CVT)
В этой системе используются два движущихся конуса и резиновый ремень, проходящий по ним, для достижения своего рода бесступенчатого изменения передаточного числа, это довольно просто, но не очень широко используется в настоящее время. Тем не менее, это становится все более распространенным в гибридных автомобилях.
Это эффективно, автомобиль с коробкой передач CVT часто так же экономичен, как автомобиль с механической коробкой передач. Например, Nissan Qashqai 1.2 DIG-T 115PS с ручным управлением и Xtronic CVT расходуют 50,4 миль на галлон каждый. Бесступенчатой трансмиссией легко управлять, потому что нет педали сцепления.
CVT не так отзывчив, как коробка передач DCT. Из-за того, как он работает, кажется, что он застрял на одной передаче, а двигатель только усиливается. Это может утомлять в длительных поездках.
Искать все автомобили
Автомат или механика — что выбрать?
На что обычно обращают внимание будущие автовладельцы? О марке, модели, комплектации, мощности двигателя, цвете и не в последнюю очередь — о том, какая трансмиссия у машины.
Большинство производителей предлагают на выбор: автомат или механику. Но так было не всегда.Изначально стояла МКПП. Сначала было три ступени, затем четыре, а теперь некоторые автомобильные корпорации разрабатывают шестую и седьмую ступени, и говорят о восьмиступенчатой коробке.
Механика или автомат — конечно, каждый автомобилист решит сам, но мы поможем Вам определиться с выбором.
Механическая коробка передач имеет ряд преимуществ.
- Одна из основных причин выбора: цена автомобиля с МКПП при прочих равных параметрах на 30 000 — 50 000 рублей меньше.
- Экономичные эксплуатационные расходы. Техническое обслуживание механики обходится дешевле, так как для нее требуется почти половина трансмиссионного масла. К тому же ремонт механики проще, что, соответственно, и дешевле.
- Из-за того, что в коробке меньше масел, зимой легче прогреться, а значит легче заводится авто.
- Автомат или механика — это не вопрос любителям быстрой спортивной езды, так как при определенной ловкости в переключении передач и отслеживании крутящего момента автомобиль с механической коробкой передач разгоняется быстрее.
- Обладая определенным навыком на механике, можно добиться экономии топлива, например, при езде на «нейтрали», «вниз».
- Ну а некоторые водители, выбирая, автомат или механику, склоняясь к механике из-за зимней езды. В ледовых условиях можно затормозить с помощью понижения передачи на механической коробке.
- Самым большим преимуществом автоматов является удобство для водителя: не отвлекайтесь на серию последовательных действий по переключению скоростей — это сделает автоматизация. Автоматическая трансмиссия идеально подходит для новичков, которые раньше могли сжечь несколько дисков сцепления, набираясь опыта вождения, а также для женщин.
- Кроме того, одна из самых больших проблем новичка — это начало движения вверх или вниз, например, со светофора. С автоматом это легко сделать даже неопытному водителю.
- Срок службы двигателя с автоматической коробкой передач по-прежнему значительно выше, чем с механической коробкой передач, благодаря продуманному переключению передач на определенных оборотах двигателя.
- Сложности езды с АКПП зимой можно не учитывать, так как большинство современных автомобилей оснащаются различными системами устойчивости движения, пробуксовки, стабилизации и т. Д.
Кроме того, АКПП усовершенствована, многие производители для любителей «потянуть за ручку» добавляют к АКПП режим «ручной», при котором автовладелец может сам понижать или увеличивать передачу.
И, наконец, автопроизводители изобрели роботизированную коробку передач и вариатор, которые призваны устранить все недостатки машины с учетом преимуществ механической коробки.