Трансмиссия (механическое устройство)
Трансмиссия — две (также называемая коробкой передач ) — это механическое устройство, в котором используется набор шестерен или более шестерен, работающих вместе — для изменения скорости, направления вращения или увеличения/уменьшения крутящего момента в машине . [1] [2]
Трансмиссии могут иметь одно фиксированное передаточное число, несколько различных передаточных чисел или бесступенчатое передаточное число. Трансмиссии с переменным передаточным числом используются во всех видах техники, особенно в транспортных средствах. Переключатели передач (которые на самом деле представляют собой звездочки в сочетании с роликовой цепью ) и ступичные шестерни (с использованием эпициклических или солнечных и планетарных шестерен ) представляют собой функционально аналогичные механизмы, используемые в велосипедах .
Приложения
[ редактировать ]Раннее использование
[ редактировать ]Ранние трансмиссии включали прямоугольные приводы и другие передачи в ветряных мельницах , устройствах с лошадиным приводом и паровым устройствах с приводом. Применение этих устройств включало насосы , мельницы и подъемники . [ нужна ссылка ]
Автомобили
[ редактировать ]
Поскольку крутящий момент и мощность выходная двигателя внутреннего сгорания варьируются в зависимости от его оборотов , автомобилям с двигателями внутреннего сгорания требуется несколько передаточных чисел, чтобы поддерживать двигатель в пределах диапазона мощности и обеспечивать оптимальную мощность, топливную экономичность и плавность работы. Несколько передаточных чисел также необходимы для обеспечения достаточного ускорения и скорости для безопасной и надежной работы на современных скоростях шоссе. ДВС обычно работают в диапазоне примерно 600–7000 об/мин, тогда как скорость автомобиля требует, чтобы колеса вращались в диапазоне 0–1800 об/мин. [3]
В первых серийных автомобилях стандартная конструкция трансмиссии была механической : комбинация передач выбиралась водителем посредством рычага ( рычага переключения передач ), который перемещал шестерни и группы шестерен вдоль их осей. автомобили с различными типами автоматической коробки передач Начиная с 1939 года на рынке США стали доступны . Эти автомобили использовали собственную мощность двигателя для изменения эффективного передаточного числа в зависимости от нагрузки, чтобы поддерживать скорость вращения двигателя, близкую к оптимальной. Автоматические коробки передач сейчас используются более чем в 2/3 автомобилей по всему миру и почти во всех новых автомобилях в США.
В большинстве выпускаемых в настоящее время легковых автомобилей с бензиновыми или дизельными двигателями используются трансмиссии с 4–10 передаточными числами переднего хода (также называемыми скоростями) и одним передаточным числом заднего хода. В электромобилях обычно используется фиксированная или двухскоростная трансмиссия без передаточного числа задней передачи.
Мотоциклы
[ редактировать ]Фиксированное соотношение
[ редактировать ]В самых простых трансмиссиях использовалось фиксированное передаточное число, обеспечивающее либо понижение передачи, либо увеличение скорости, иногда в сочетании с изменением ориентации выходного вала. Примеры таких трансмиссий используются в вертолетах и ветряных турбинах . В случае ветряной турбины первая ступень коробки передач обычно представляет собой планетарную передачу, чтобы минимизировать размер и при этом выдерживать высокий крутящий момент от турбины. [4] [5]
Мульти-соотношение
[ редактировать ]Многие трансмиссии – особенно для транспортных средств – имеют несколько передач, которые используются для изменения соотношения входной скорости (например, оборотов двигателя) к выходной скорости (например, скорости автомобиля), как это требуется в конкретной ситуации. Выбор передачи (передаточного числа) может быть ручным, полуавтоматическим или автоматическим.
РУКОВОДСТВО
[ редактировать ]Механическая коробка передач требует от водителя вручную выбирать передачи. [6] используя рычаг переключения передач и сцепление (обычно это ножная педаль для автомобилей или ручной рычаг для мотоциклов).
В большинстве трансмиссий современных автомобилей используется синхронизатор для синхронизации скоростей входного и выходного валов. Однако до 1950-х годов в большинстве автомобилей использовались асинхронные трансмиссии .
Трансмиссия трактора 16-ступенчатая (плюс 8 передач заднего хода)
коробка передач Mazda M5OD Механическая (вид со стороны двигателя)
Анимация 4-ступенчатой секвентальной механической коробки передач
Последовательное руководство
[ редактировать ]Секвентальная механическая коробка передач — это тип асинхронной коробки передач, используемый в основном в мотоциклах и гоночных автомобилях. Он обеспечивает более быстрое переключение передач, чем синхронизированные механические коробки передач, за счет использования собачьих сцеплений , а не синхронизаторов. [7] Секвентальные механические коробки передач также ограничивают водителя возможностью выбора следующей или предыдущей передачи в последовательном порядке.
ПОЛУАВТОМАТИЧЕСКИЙ
[ редактировать ]В полуавтоматической трансмиссии часть операций автоматизирована (часто приведение в действие сцепления), но для трогания с места или переключения передач требуется участие водителя.
Автоматизированный ручной/без сцепления ручной
[ редактировать ]Автоматизированная механическая коробка передач (АМТ) по существу представляет собой обычную механическую коробку передач, которая использует автоматическое срабатывание для управления сцеплением и/или переключения передач.
Многие ранние версии этих трансмиссий были полуавтоматическими в работе, такие как Autostick , которые автоматически управляют только сцеплением , но все же требуют вмешательства водителя для инициирования переключения передач. Некоторые из этих систем также называются ручными системами без сцепления. [8] Современные версии этих систем, работающие полностью автоматически, такие как Selespeed и Easytronic , могут управлять как работой сцепления, так и переключением передач автоматически, без какого-либо участия водителя. [9] [10]
АВТОМАТИЧЕСКИЙ
[ редактировать ]Автоматическая коробка передач не требует вмешательства водителя для переключения передач переднего хода в нормальных условиях вождения.
Гидравлический автоматический
[ редактировать ]Наиболее распространенной конструкцией автоматических трансмиссий является гидроавтомат, в котором обычно используются планетарные передачи , приводимые в действие гидравликой . [11] [12] Трансмиссия соединена с двигателем через гидротрансформатор ( или гидромуфту до 1960-х годов) вместо фрикционной муфты , используемой в большинстве механических трансмиссий и трансмиссий с двойным сцеплением. [13]
Гидравлическая автоматическая трансмиссия (вид в разрезе)
Схема эпициклической передачи , используемая в автоматических гидравлических трансмиссиях.
Вид в разрезе ZF 6HP гидравлической автоматической коробки передач
Двойное сцепление (DCT)
[ редактировать ]Трансмиссия с двойным сцеплением (DCT) использует два отдельных сцепления для нечетных и четных передач . [14] Конструкция часто похожа на две отдельные механические коробки передач , в которых соответствующие сцепления находятся в одном корпусе и работают как один блок. [15] [16] В легковых и грузовых автомобилях DCT работает как автоматическая коробка передач, не требуя вмешательства водителя для переключения передач.
Бесступенчатое соотношение
[ редактировать ]Бесступенчатая трансмиссия (CVT) может плавно переключаться посредством непрерывного диапазона передаточных чисел . Это контрастирует с другими трансмиссиями, которые обеспечивают ограниченное количество передаточных чисел с фиксированными ступенями. Гибкость вариатора с подходящим управлением может позволить двигателю работать с постоянными оборотами, в то время как автомобиль движется с различной скоростью.
Вариаторы используются в автомобилях, тракторах, мопедах , мотороллерах, снегоходах , велосипедах и землеройной технике .
В наиболее распространенном типе вариатора используются два шкива, соединенные ремнем или цепью ; однако иногда использовались и несколько других конструкций.
Шум и вибрация
[ редактировать ]Коробки передач часто являются основным источником шума и вибрации в транспортных средствах и стационарных машинах. Более высокий уровень звука обычно издается при включении пониженной передачи. Расчетный срок службы шестерен с более низким передаточным числом короче, поэтому можно использовать более дешевые шестерни, которые имеют тенденцию создавать больше шума из-за меньшего коэффициента перекрытия, меньшей жесткости зацепления и т. д., чем косозубые шестерни, используемые для высоких передаточных чисел. Этот факт использовался для анализа шума, создаваемого транспортными средствами, с конца 1960-х годов, а также был включен в моделирование городского шума дорог и соответствующее проектирование городских шумовых барьеров вдоль дорог. [17]
См. также
[ редактировать ]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джей Джей Уикер; Г. Р. Пеннок; Дж. Э. Шигли (2003). Теория машин и механизмов (3-е изд.). Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета. ISBN 9780195155983 .
- ^ Б. Пол (1979). Кинематика и динамика плоских машин . Прентис Холл.
- ^ Наунхаймер, Харальд; Берче, Бернд; Рыбожз, Иоахим; Новак, Вольфганг (2011). «Преобразование мощности: выбор коэффициентов». Автомобильные трансмиссии: основы, выбор, конструкция и применение . Спрингер. стр. 100–114. дои : 10.1007/978-3-642-16214-5_4 . ISBN 978-3-642-16214-5 . Проверено 21 января 2023 г.
- ^ Стисдал, Хенрик (август 1999 г.), Ветряная турбина: компоненты и работа (PDF) , получено 6 октября 2009 г.
- ^ Мюзиал, В.; Баттерфилд, С.; Макнифф, Б. (май 2007 г.), Повышение надежности коробки передач ветряных турбин (PDF) , Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии, заархивировано из оригинала (PDF) 23 сентября 2012 г. , получено 2 июля 2013 г.
- ^ «Работа с механической коробкой передач» . Ютуб . Проверено 21 января 2023 г.
- ^ «Как работают секвентальные коробки передач» . www.howstuffworks.com . 4 апреля 2003 года . Проверено 2 января 2020 г.
- ^ «Hyundai создал механическую коробку передач без сцепления» . 10 июля 2020 г.
- ^ «Прямо из Формулы 1» . www.magnetimarelli.com . Проверено 26 июля 2020 г.
- ^ «Введение в системы автоматической трансмиссии» . www.tranzmile.com . Проверено 1 августа 2020 г.
- ^ «Как работают автоматические коробки передач» . www.howstuffworks.com . 29 ноября 2000 г. Проверено 22 ноября 2020 г.
- ^ «Что делает автоматические коробки передач автоматическими» . Популярная механика . Журналы Hearst: 169–173. Февраль 1955 года . Проверено 22 ноября 2020 г.
- ^ «Как работает АТ?» . AW Северная Каролина . Архивировано из оригинала 6 октября 2014 года . Проверено 6 октября 2014 г.
- ^ «Силовой агрегат — трансмиссия: переключение мощности на коробку передач» (PDF) . АМС . Неофициальный сайт BMW.com. Сентябрь – октябрь 2003 г. Архивировано (PDF) из оригинала 17 июля 2011 г. . Проверено 31 октября 2009 г.
- ^ «Коробки передач с двойным сцеплением с автоматическим переключением передач готовы занять долю традиционных трансмиссий благодаря сочетанию эффективности и удобства» (PDF) . AEI-online.org . DCTfacts.com. Июнь 2009 г. Архивировано из оригинала (PDF) 7 октября 2011 г. Проверено 31 октября 2009 г.
- ^ «Порше Доппелькупплунг (ПДК)» . Porsche.com. Архивировано из оригинала 5 декабря 2008 года . Проверено 31 октября 2009 г.
- ^ Хоган, К. Майкл; Латшоу, Гэри Л. (21–23 мая 1973 г.). Связь между планированием автомагистралей и городским шумом . Материалы специализированной конференции ASCE, Отдел городского транспорта. Чикаго, Иллинойс: Американское общество инженеров-строителей, Отдел городского транспорта. Архивировано из оригинала 18 мая 2007 года . Проверено 12 сентября 2007 г.
