Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Передача крутящего момента от двигателя к выходному валу без редуктора.
Transmission of torque from motor to output without gearing
Механизм прямого привода – это конструктивное решение, при котором усилие или крутящий момент от первичного двигателя передается непосредственно на исполнительное устройство (например, ведущие колеса транспортного средства) без использования каких-либо промежуточных соединений, таких как зубчатая передача или ремень.
A direct drive mechanism is a mechanism design where the force or torque from a prime mover is transmitted directly to the effector device (such as the drive wheels of a vehicle) without involving any intermediate couplings such as a gear train or a belt.
История
В конце XIX и начале XX века некоторые из самых ранних локомотивов и автомобилей использовали трансмиссии с прямым приводом на высоких скоростях. Механизмы прямого привода для промышленных манипуляторов стали возможны в 1980-х годах благодаря использованию редкоземельных магнитных материалов. В настоящее время наиболее распространенными магнитами являются неодимовые магниты.
In the late 19th century and early 20th century, some of the earliest locomotives and cars used direct drive transmissions at higher speeds. Direct drive mechanisms for industrial arms began to be possible in the 1980s, with the use of rare earth magnetic materials. Today the most commonly used magnets are neodymium magnets.
Дизайн
Системы прямого привода характеризуются плавной передачей крутящего момента и практически нулевым люфтом. Основными преимуществами системы прямого привода являются повышенная эффективность (за счет снижения потерь мощности в компонентах трансмиссии) и более простая конструкция с меньшим количеством движущихся частей. К основным преимуществам также относятся возможность обеспечения высокого крутящего момента в широком диапазоне скоростей, быстрый отклик, точное позиционирование и низкая инерция. Главный недостаток заключается в том, что для обеспечения высокого крутящего момента при низких оборотах часто требуется специальный тип электродвигателя. По сравнению с многоступенчатой трансмиссией, двигатель обычно работает в оптимальном диапазоне мощности для более узкого диапазона выходных скоростей системы (например, дорожных скоростей в случае автомобиля). Механизмы прямого привода также требуют более точной системы управления. Высокоскоростные двигатели с редукцией скорости обладают относительно высокой инерцией, что способствует сглаживанию выходного движения. Большинство двигателей демонстрируют пульсации крутящего момента в зависимости от положения, известные как момент зубчатого усилия (коггирующий момент). В высокоскоростных двигателях этот эффект обычно незначителен, поскольку частота его возникновения слишком высока, чтобы существенно влиять на производительность системы; системы прямого привода будут более подвержены этому явлению, если не будет добавлена дополнительная инерция (например, маховиком) или система не будет использовать обратную связь для активного подавления этого эффекта.
Direct drive systems are characterized by smooth torque transmission, and nearly zero backlash. The main benefits of a direct drive system are increased efficiency (due to reduced power losses from the drivetrain components) and being a simpler design with fewer moving parts. Major benefits also include the ability to deliver high torque over a wide range of speeds, fast response, precise positioning, and low inertia. The main drawback is that a special type of electric motor is often needed to provide high torque outputs at low rpm. Compared with a multi speed transmission, the motor is usually operating in its optimal power band for a smaller range of output speeds for the system (e. g., road speeds in the case of a motor vehicle). Direct drive mechanisms also need a more precise control mechanism. High speed motors with speed reduction have relatively high inertia, which helps smooth the output motion. Most motors exhibit positional torque ripple known as cogging torque. In high speed motors, this effect is usually negligible, as the frequency at which it occurs is too high to significantly affect system performance; direct drive units will suffer more from this phenomenon unless additional inertia is added (i. e. by a flywheel) or the system uses feedback to actively counter the effect.
Приложения
Механизмы прямого привода применяются в широком спектре устройств – от работы на низких скоростях (например, в проигрывателях, монтировках телескопов, рулях для видеоигр, ветряных турбинах без редуктора) до работы на высоких скоростях (например, в вентиляторах, жестких дисках компьютеров, головках видеомагнитофонов, швейных машинах, станках с ЧПУ и стиральных машинах). Некоторые электрические локомотивы использовали механизмы прямого привода, такие как локомотивы Milwaukee Road класса EP 2 (1919 год) и East Japan Railway Company E331 (2007 год). Ряд автомобилей конца XIX века использовали двигатели прямого привода в ступицах колес, как и некоторые концепт-кары начала 2000-х годов; однако в большинстве современных электромобилей используются бортовые двигатели, передающие привод на колеса через оси. Некоторым автопроизводителям удалось разработать собственные уникальные трансмиссии с прямым приводом, например, трансмиссия, изобретенная Кристианом фон Кенигсеггом для Koenigsegg Regera.
Direct drive mechanisms are used in applications ranging from low speed operation (such as phonographs, telescope mounts, video game racing wheels and gearless wind turbines) to high speeds (such as fans, computer hard drives, VCR heads, sewing machines, CNC machines and washing machines.) Some electric railway locomotives have used direct drive mechanisms, such as the 1919 Milwaukee Road class EP 2 and the 2007 East Japan Railway Company E331. Several cars from the late 19th century used direct drive wheel hub motors, as did some concept cars in the early 2000s; however, most modern electric cars use inboard motor(s), where drive is transferred to the wheels, via the axles. Some automobile manufacturers have managed to create their own unique direct drive transmissions, such as the one Christian von Koenigsegg invented for the Koenigsegg Regera.