ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ СИСТЕМА ЭЛЕКТРОТРАНСМИССИИ

АННОТАЦИЯ

В данной статье предложен вариант нового вида трансмиссии – дифференциальная трансмиссия с электродвигателями. В работе приведено описание механизма, принцип его работы, дано обоснование целесообразности его применения при различных видах эксплуатации. Определено, что применение такого вида механизма в большей степени соответствует современному направлению развития машиностроения. Даны теоретические и практические аспекты совершенствования и модификации электротрансмиссий.

ABSTRACT

This work proposes a variant of a new type of transmission - a differential transmission with electric motors. The paper describes the mechanism, the principle of its operation, gives a justification for the feasibility of its use in various types of operation. It has been determined that the use of this type of mechanism is more in line with the modern direction of mechanical engineering development. Theoretical and practical aspects of improving and modifying electrotransmissions are given.

Ключевые слова: трансмиссия, механизм, машиностроение, электродвигатель, электротрансмиссия и т.д.

Keywords: transmission, mechanism, mechanical engineering, electric motor, electric transmission, etc.

Введение

Электротранспорт

2023 год. Инженеры продолжают удивлять нас новыми открытиями и изобретениями в разных сферах. Так же происходят открытия в транспортной сфере. Новые виды автомобилей, кораблей, самолётов, поездов. Этот список можно перечислять можно долго.

Но почти все виды транспортов сталкиваются с одной общей проблемой – загрязнение окружающей среды. Выхлопы, сильное загрязнение атмосферы за счёт испарения бензина, керосина. Химические отходы, ядовитые вещества для почвы и воздуха, токсичные газы, которые могут очень быстро убивать органику земли. Всё это может повлиять на здоровье планеты Земли.

Учёные бьют тревогу об экологических и экономических проблемах ищут новые методы борьбы с загрязнениями природы, пытаются найти более оптимальные варианты для их реализации. Ресурсы не бесконечны.

Большая часть транспорта переходит на электрические двигатели и технологии

Виды трансмиссий

Схемы видов трансмиссии

В этой статье мы разберём основные виды трансмиссий и их принципы работы.

Рассмотрим две основных трансмиссий автотранспорта: трансмиссия с механической коробкой передач (рис.1) и с автоматической (рис.2). Схемы трансмиссии будут иметь схожие рисунки и механизмы.

Рисунок 1. Трансмиссия с механической                   Рисунок 2. Трансмиссия с автоматической

коробкой передач                                                                  коробкой передач

Механизм, с помощью которого изменяют крутящий момент двигателя на ведущий вал транспорта. Переключение происходит ступенчато (от 1-ой передачи до следующей и наоборот), чтобы не повредить механизм. При этом вращение вала будет увеличиваться. Следовательно, и скорость транспорта возрастает. За переключение отвечает шестерни разных диаметров, которые в определённый момент переключаются рукояткой, выбирая передачу.

Самый главный и важный механизм, без которого не может работать эта коробка – муфта сцепления. Если она не использовалась при переключении передач, происходила моментальная поломка коробки. [2, с. 10] [2, с. 93; 11]

Автоматическая коробка передач

Более модифицированный механизм для переключения передач.

Её отличительная особенность от механической в том, что она самостоятельно выбирает, когда переключаться на другую ступень. При этом механизм сцепления уже не предусматривается. [5].

Другие виды трансмиссий

Автоматическая коробка может контролироваться не крутящим моментом, а роботом, который переключают передачу в зависимости от ситуации.

Также существуют трансмиссии с вариаторной коробкой передач.

Вариатор – механизм увеличения крутящего момента за счёт ременного сцепления. [5].

Электротрансмиссия

Эпоха электродвигателей

Человек, изобретая электродвигатель, начинает использовать его в транспорте. Сейчас можно увидеть большое количество транспорта, движущиеся за счёт электричества.

До открытия нового вида двигателя, основной силовой тягой был двигатель внутреннего сгорания, работающий на разных видах топлива.

В связи с экологической проблемой, инженеры и учёные всё больше заинтересованы использованием электродвигателем, как основным видом тяги.

В автосфере появляется первый автотранспорт, который передвигается за счёт электроэнергии. Проходит время, количество техники возрастает с каждым годом.

Так как скачок в электрическом транспорте является большим прогрессом, то человечество пока не может полностью перейти на электроэнергию и ищет решение проблемы в будущем. В этом промежутке времени создают новый тип транспорта, работающий и на электричестве, и на топливе – гибриды. [9]

Электротрансмиссии в наше время

Сейчас большая часть известных автокомпаний пополняет свой каталог электронным автотранспортом, гибридами. Также появляются и полностью электрические модели.

Tesla, BMW, Mersedes-Benz – основные компании, которые активно используют эти технологии. [9]

Схема трансмиссии электрокара

Электрокар – транспортное средство, использующее электрическую тягу.

Рассмотрим трансмиссию автомобиля компании Tesla с электродвигателями на каждую ведущую ось. (рис.3).

Рисунок 3. Схема трансмиссии электромобиля Tesla

В модели Tesla используется односкоростная коробка передач, и мощные электродвигатели сразу расположены рядом с осями, которые передают вращение на колёса. В центре корпуса на дне автомобиля располагается объёмный аккумулятор. Такую схему трансмиссии использует много компаний. [7; 8]. 

Вариант нового вида трансмиссии

Дифференциальная трансмиссия с электродвигателями

Пока сфера электротрансмиссией сейчас бурно развивается и остаётся актуальной, есть варианты создания нового типа трансмиссии.

Рассмотрев разные виды трансмиссий и двигателей, я пришёл к цели предложить свой вариант электротрнасмиссии и главная её особенность является – главный осевой дифференциал, который может распределять нагрузку.

Теоретическая часть

Цель этой трансмиссии - показать взаимодействие двух моторов, как единое целое с помощью подсоединённого к ним дифференциала, который ведёт к главной оси вращения.

Дифференциал – это механизм трансмиссии, распределяющий подводимый к нему крутящий момент между приводными валами и позволяющий колесам вращаться с разными угловыми скоростями. Особенно это заметно, когда машина проходит поворот. С помощью него ведущая ось не повреждается – главное предназначение дифференциала.

В моей модели этот механизм будет использоваться по-другому, контролируя входящее вращение на главную ось. Для контроля вращения я буду использовать два электромотора, которые установлены на вход для вращения дифференциала. Главная особенность электродвигателя – изменять направление вращения оси. Моя модель не будет оснащена коробкой передач.

Теоретическая схема трансмиссии

Рисунок 4. Теоретическая схема дифференциальной трансмиссии

Изучив принцип работы дифференциала, была создана теоретическая схема моей трансмиссии для реализации (Рис. 4). На рисунке показаны основные узлы модели для постройки:

• Блок питания (аккумулятор)
• Компьютер (блок управления электродвигателями)
• Два двигателя с одинаковой мощностью
• Дифференциал
• Ведущая ось к колёсам

Принцип работы

Основной функционал будет проявляться в зависимости от трассы, местности, поверхности.

Рассмотрим несколько вариантов ситуаций с моделью, которая будет иметь данный вид трансмиссии:

• Трасса
• Подъём и спуск
• Перевозки тяжелых грузов

Трасса

В обычных ситуациях модель может передвигаться за счёт одного электродвигателя, вне зависимости от выбора. Для экономии заряда и энергии на трассе как раз возможно использовать этот режим – эконом, который обеспечивает уменьшенное потребление заряда аккумулятора. Мотор будет работать в обычном режиме.

Для увеличения скорости или для экстренных ситуаций будет подключаться вспомогательный мотор. Так как дифференциал при использовании одного мотора будет вращаться не с максимальным количеством оборотов. Подключая второй электродвигатель, мы даём эту возможность. Компьютер почти не выполняет своих обязанностей. В такой ситуации расход заряда будет увеличиваться.

Подъём и спуск

Главные особенности электромоторов заключаются в плавности движения и изменение направления главной оси самого двигателя.

Для этой ситуации на помощь подключается компьютер, который будет распределять нагрузку, вращение на электродвигатели, выбирая оптимальные варианты для контроля сцепления и движения на склоне, чтобы передвижение было безопасным и комфортным.

Когда модель идти в подъём, активируется режим контроля движения. Если склон не имеет большой угол, то компьютер не будет принимать сложных решений, но контроль склона фиксируется во время подъёма модели. При увеличении склона, угол которого будет приближаться к предельному, компьютер распознаёт это и уже принимает действия для обеспечения большего контроля над моделью и её перемещением. Тогда второй мотор будет постепенно активизироваться компьютером и выбирать оптимальные обороты, решая в какую сторону вращать ось электромотора. Когда электродвигатели буду вращаться в разные стороны, дифференциал фиксируется. С помощью этого модель может двигаться в заданном направлении, где шанс спуска назад будет уменьшаться. Так как электродвигатели будут вращаться в разные стороны с разными оборотами. Суть в том, что дифференциал, будет вращаться медленно, если обороты двигателей будут отличаться очень слабо. Но при одинаковых оборотах дифференциал будет блокироваться и модель будет стоять. Это можно использовать при экстренных ситуациях, когда уже есть шанс переворота или нету сцепления с поверхностью. Компьютер будет принимать действия для решения этих проблем и аккуратно спускать модель со склона.

При спуске принцип работы системы будет схож с действиями при подъёме.

Перевозки тяжелых грузов

При значительных грузах, модель будет использовать компьютер в особых условиях. Контроль движения будет происходить до конца маршрута. Два электродвигателя будут использоваться в зависимости от нагрузки, скорости.

При начале движения, компьютер рассчитывает нагрузку, чтобы тронуться с места. После этих действий он распределяет нагрузку на электродвигатели, чтобы модель плавно тронулась с помощью дифференциала и начало своё движение. Когда модель будет на дороге, возможно использовать один мотор для поддержания скорости. Для разгона будут использоваться два двигателя. При торможении или остановке, возможность контролировать дифференциал тоже есть, как вспомогательная часть для тормозов, установленных на модели. Но этот вопрос решается, так как нужно оптимально распределить заряд на совершение этого действия. Во всех рассмотренных случаях системы включаются с помощью водителя. Чтобы не вводить информацию вручную, модель можно оснастить датчиками, данные которых будут поступать в компьютер. В зависимости от данных, компьютер будет решать и принимать определённые меры.

В дальнейшем модель будет модифицироваться и совершенствоваться.

Вывод

Электродвигатели являются хорошим экологическим решением для использования. У них хороший коэффициент полезного действия. Бесшумность работы. И самое главное – не происходит загрязнение атмосферы и воздуха.

Я рассмотрел новые виды трансмиссий, существующих в наше время. Изучив строение трансмиссий, я предложил свой вариант трансмиссии с электродвигателями. Главной особенностью новой трансмиссии является дифференциал, который связан с электродвигателями. Попытался описать основной функционал системы. В дальнейшем, возможно усовершенствование данной модели в установке разных видов и объёмов аккумуляторов и комплектации двигателей. Можно рассмотреть использование данной трансмиссии в других видах транспорта

Список литературы:

1. Большая иллюстрированная энциклопедия эрудита / Издательство: Махаон, 2010 г. Серия: Большая иллюстрированная энциклопедия, Москва 2005, 488 с.
2. Крылов Г.А. Автомобили / Крылов Г.А. - Издательство: А. В. К. Тимошка, Санкт- Петербург 2002, 96 с.
3. Покровская О.Д. Имитационное моделирование на железнодорожном транспорте/ Марченко М.А., Покровская О.Д.// Сборник трудов IV Международной научно-практической конференции. – Прокопьевск 2022. С.22-26
4. Покровская О.Д. Роботизация и автоматизация складской и транспортной логистики / Покровская О.Д., Мороз Ю.А. / Техник транспорта: Образование и практика. – 2022. – Т. 3. № 2. -С.170-175
5. Что такое коробка передач: устройство, виды и типы, советы[Электронный ресурс] // АО «Авилон Автомобильная группа» URL: https://avilon.ru/articles/chto-takoe-korobka-peredach/ (дата обращения: 29.07.2023).
6. Гибридные автомобили [Электронный ресурс] // Легковые автомобили на IronHorse URL: https://auto.ironhorse.ru/ct/ekologichnye-avtomobili (дата обращения: 30.07.2023).
7. Автомобиль Тесла, принцип работы [Электронный ресурс] // Практическая электроника URL: https://www.ruselectronic.com/tesla-car/ (дата обращения: 31.04.2023).
8. Немного информации о движущей силе Tesla Model S [Электронный ресурс] // DRIVE2.RU URL: https://www.drive2.ru/b/469150067773669997/(дата обращения: 31.04.2023).
9. Какого вида дополнительных трансмиссий не существует[Электронный ресурс] // Справочник пожбезопасности: URL:https://alekstroy.com/kakogo-vida-dopolnitelnyh-transmissiy-ne-suschestvuet/(дата обращения: 31.07.2023).
10. Виды, устройство и принцип работы дифференциала[Электронный ресурс] // Techautoport.ru: URL: https://techautoport.ru/transmissiya/differentsial-i-glavnaya-peredacha/differentsial.html (дата обращения: 31.07.2023).
11. УСТРОЙСТВО КОРОБКИ ПЕРЕКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕДАЧ[Электронный ресурс] // WIKERS.ru URL: https://wikers.ru/articles/ustrojstvo-kpp.html (дата обращения: 31.07.2023).