Что такое общее передаточное число трансмиссии

О сложном простыми словами. Передаточное число КПП.

Каждый из нас, выбирая для покупки новый автомобиль, смотрит на технические характеристики. Если их уметь анализировать, то мы можем спрогнозировать (пусть и не очень точно) характер машины. Таким образом, нам легче будет подобрать «обновку под себя» (ведь мы все разные, как и предлагаемые нам машины). А правильный выбор положительно скажется как на удовольствии от езды, так и на безопасности. Частенько в характеристиках встречаются передаточные числа передач, а также цифра главной пары. Что они обозначают?
В каждой КПП несколько передач, например, в «механике» чаще всего 5. Для чего их столько нужно? Представьте себе, что 1-я передача — это спринтер. Мощный человек, огромные мускулы ног. Свою «стометровку» 1-я передача (спринтер) пробежит лучше всех. А 5-я передача — это марафонец, который мощным телосложением не выделяется, зато жилист и вынослив. С дистанцией 42 км 5-я передача (марафонец) справится гораздо лучше спринтера (1-я передача). Но вот сдвинуть тяжелую машину с места у марафонца (5-ой передачи) может не хватить сил. Все остальные передачи (2-я, 3-я, 4-я) — это бегуны по своим дистанциям, каждый из них тоже важен.

Одна из основных характеристик трансмиссии авто — передаточное число коробки передач. Значение термина — соотношение количества зубьев двух взаимодействующих шестерён, ведомой к ведущей. Или, что то же самое, соотношение угловых скоростей либо частоты вращения обеих элементов кинематической пары. Размер зубцов на обеих шестернях будет одинаковым, различаться могут их диаметры. В случае взаимодействия нескольких зубчатых колёс, общее значение определяется произведением чисел для всех пар. Если ведущее колесо имеет меньший диаметр и число зубьев, чем ведомое, скорость вращения на выходе снижается, а крутящий момент повышается. Чем ниже скорость, тем выше тяга. При обратном соотношении диаметров шестерён всё наоборот: скорость выше, но тяга меньше.

В КПП любого типа присутствует несколько ступеней. КПП внедорожников и тягачей имеют дополнительные понижающие передачи, они обеспечивают увеличение крутящего момента. Чем ниже ступень, тем выше её передаточное число и тем она «короче». Низшие ступени в большинстве МКПП, — первых три. Они, обеспечивая большую тягу, предназначены для трогания, медленной езды, разгона. Затем мы переключаемся на прямую передачу — четвёртую. Пятая, повышенная или «длинная» — для движения на высокой скорости. Однако она не может обеспечить нужный крутящий момент, когда мы едем в гору или собираемся обогнать впереди идущую машину. Необходимо перейти на ступень ниже: четвёртую или даже третью.
Передаточные числа ступеней в коробках передач выбираются с учётом типа привода, веса машины, мощности мотора, диаметра колёс. Расчёт ведут таким образом, чтобы при приличной динамике водителю не приходилось часто переключать рычаг и расход топлива был умеренным.

Массовые авто оснащают «длинными» КПП. Они удобнее, шире диапазон скоростей для каждой из ступеней. В городе, при постоянном изменении скорости движения, это имеет большое значение.

Спортивные версии, рассчитанные на любителей быстрой езды, оборудуются «короткими». Реально «рвануть» первым с перекрёстка, но переключаться придётся чаще.

Отечественный тюнинг — наследие советского автопрома, где на самую большую страну мира производили три типа легковых автомобилей. Обвес, светодиодные «глазки БМВ» и дырявый глушитель-прямоток «звук Мазерати» позволяют владельцам отечественных авто хоть как-то выделиться из безликого потока. «Продвинутые и рукастые» автолюбители идут дальше и глубже, внося конструктивные изменения в двигатель и трансмиссию.

Считается, что «укоротить» коробку — очень круто. Любители быстрой езды могут приобрести вместо стандартных пар (рядов) шестерён альтернативные, повышающие передаточное число. К примеру, значение для главной пары ВАЗ 2107 в заводской КПП составляет 3,9, для ВАЗ 2108 — 3,8. Изменяют на 4,1 и более, до 5,1. Да, это позволяет машине «выстрелить» с места, но ухудшает другие характеристики. Повышается расход топлива и износ двигателя, снижается максимальная скорость, приходится часто переключаться. Чрезмерный тюнинг КПП вместо острых ощущений может привести к разочарованиям.

Передаточное число КПП: что означает и как его рассчитать

Коробка передач для автомобиля – второй по важности (да и по стоимости) агрегат. Без неё автомобиль бы двигался в ограниченном диапазоне скоростей и был бы очень прожорливым. Именно трансмиссия ответственна за изменение передаваемого на привод крутящего момента.

Большинство современных КПП – ступенчатые, то есть позволяют изменять крутящий момент дискретно, по ступеням, что обеспечивается наличием зубчатой передачи. Схематически ступени можно представить себе в виде пар шестерёнок, характеризующихся разным передаточным числом.

Сегодня мы расскажем, что обозначает передаточное число коробки, как оно измеряется, на что влияет.

Общий принцип работы КПП

Классическая механическая коробка представляет собой редуктор, состоящий из множества ступеней. Основная задача редуктора – увеличить или уменьшить на выходе скорость вращения вала с одновременным изменением крутящего момента, передаваемого от коленвала силового агрегата на пару ведущих колёс. В МКПП работой редуктора управляют вручную, используя рычаг переключения передач, устанавливаемый в салоне ТС.

Увеличивая обороты мотора, водитель разгоняет машину, но на каждой конкретной передаче существует максимальная скорость, выше которой авто ехать не сможет Проблема решается переходом на другую передачу с увеличенным передаточным числом, что позволяет снизить обороты при примерно том же крутящем моменте.

Но что такое передаточное число коробки, о котором мы упоминаем?

Под этим термином понимают вполне конкретную величину: соотношение количества зубьев, имеющихся на ведомой шестерне, к числу зубьев на одной из ведущих шестерен. То есть при переключении передач на шестерню с 30 зубьями при 60 зубьях на ведомой шестерне будем иметь передаточное число, равное двум (60:30).

Это значит, что передаточное число коробки передач говорит о том, насколько быстрее будет вращаться ведомый вал по сравнению со скоростью вращения коленвала.

Как рассчитываются передаточные числа КПП

Алгоритм определения передаточного числа коробки:

за базовую берём формулу К = Квм/Квщ, где Квм — число зубцов ведомой шестерни, Квщ — ведущей. Если, скажем, требуется определить ПЧ крутящего момента на колеса от трансмиссии, необходимо взять за исходные данные число зубцов шестерни дифференциала, которая будет ведомой, и количество зубцов шестерни вторичного вала КПП. Полученное значение называют ПЧ главной пары;
итак, пускай на коробке, расположенной на вторичном валу, имеется 15 зубьев, на шестерне дифференциала – 53 зубца. Подставив эти значения в нашу формулу, получим значение ПЧ для этой пары, равное 3,5. Это означает, что вал дифференциала будет вращаться медленнее вторичного вала коробки в 3,5 раза;
аналогичным образом рассчитываются ПЧ для каждой пары шестерен, присутствующих в трансмиссии. Чем ближе они будут находиться, тем плавнее будет осуществляться разгон авто, если передачи переключать последовательно друг за другом. По передаточным числам КПП можно произвести расчёт скорости вращения мотора, вернее, разницу скоростей между высшей и низшей передачами, разделив ПЧ первой передачи на ПЧ самой высокой;
рост передаточного числа, приводит к более коростному разгону автомобиля, но придётся чаще переключаться. Чем меньше ПЧ, тем выше максимально достижимая скорость, но разгоняться придётся дольше.

В принципе такой способ расчёта применяется при разработке трансмиссии, но здесь многое зависит от точности подбора передаточных чисел – это влияет не только на максимальную скорость автомашины, но и её динамические характеристики.

Узнать ПЧ для конкретной модели авто можно просмотрев её технические характеристики в руководстве пользователя. Если таковые найти не удалось, посчитать отношение для каждых пар МКПП можно и самостоятельно.

Делается это следующим образом:

машина загоняется на яму, все колёса, кроме одного ведущего, фиксируются противооткатными упорами;
выставляем рычаг КП в нейтральное положение;
мелом фиксируем текущее положение колеса, поставив метки на шине и полу (добиваясь их совмещения);
аналогичную операцию выполняем с фланцем и корпусом редуктора;
пуская помощник вращает колесо, а вы подсчитывайте, сколько оборотов сделает вал редуктора. Помощник добивается повторного совпадения меток, подсчитывая количество оборотов колеса;
полученное значение делим пополам, а затем на количество оборотов, выполненных карданным валом. Результирующее значение и будет искомым передаточным числом.

Как динамика машины зависит от передаточного числа

Чем правильнее (читай – сбалансированнее) подобраны ПЧ, тем эффективнее будет работать коробка, а износ шестерней будет сведён к минимуму. Но такой подбор – задача нелёгкая, поскольку необходимо учитывать множество факторов: мощность силового агрегата, назначение транспортного средства, диаметр колеса и т. д.

Величина передаточного числа влияет на то, как изменяется крутящий момент на выходе конкретной пары, а в конечном итоге – на валу, идущему к ведущим колесам. Для изменения ПЧ подбирают шестерни с увеличенным или уменьшённым количеством зубьев.

При высоком ПЧ автомобиль будет разгоняться быстрее, то есть будет обладать большей динамикой, но длина передачи будет короткой. Под этим термином понимают, насколько быстро достигаются максимальные обороты коленвала (короткие передачи расположены снизу, и переключаться здесь нужно быстро).

При уменьшении ПЧ мы ухудшаем динамику авто, но зато можем разгонять её до больших скоростей. Именно поэтому на самой высокой передаче обгон выполнять не рекомендуется, нужно перейти на меньшую и переключиться на высшую после завершения манёвра.

Конструкторы, подбирая передаточные числа, стремятся найти компромиссное решение, когда и скорость высока, и разгонные характеристики не страдают.

В автоспорте многие гонщики стремятся сделать передаточные числа коробки передач со строго последовательным уменьшением на определённое значение. Это делается для того, чтобы спортсмен переключался при разгоне «на автомате», то есть длина передач делается примерно равной.

Высокая скорость – режим, характерный для движения по прямой. Если трасса извилистая, рекомендуется использовать ПЧ с большими значениями – такой подбор в зависимости от типа трассы приходит с опытом.

Тюнинг КПП с изменением передаточного отношения

Не все знают, что лучшие динамические показатели зависят не от мощности, а достигаются в том диапазоне оборотов, который характернее для максимального крутящего момента. То есть в граничных значениях частоты оборотов коленвала, наименьшем и наибольшем, крутящий момент не достигает своего максимума.

Другими словами, чем большей будет разница между текущими и максимальными оборотами, тем хуже будет происходить набор скорости. В классических коробках передаточные числа стараются подобрать таким образом, чтобы разгон авто был комфортен на низших передачах, а наивысшие использовать для поддержания высокой скорости, экономя при этом горючее.

Если экономичность не является критическим показателем, то можно улучшить динамику, изменяя ПЧ. В этом случае уменьшается диапазон скоростей вращения коленвала при движении на одной передаче, то есть она становится короче, при этом происходит сближение ПЧ рядом расположенных передач. Для этого даже есть свой термин – сближенный ряд КПП.

Что это означает с точки зрения водителя? Двигатель достигает максимальных оборотов на меньшей передаче, но при переходе на более высокую ступень обороты остаются на примерно том же уровне – падают, но не критично, оставаясь в поддиапазоне максимального крутящего момента.

Существует несколько путей решения этой задачи – например, установить колёса меньшего диаметра или изменить передаточное число главной пары (например, увеличить с 3,7 до 4,0). А можно и совместить эти методы.

Многие поступают так: если конкретная модель имеет комплектации с разными силовыми агрегатами (например, 1,1, 1,3 и 1,6 л.), то передаточное число главной пары для автомобиля с 1,6-литровым мотором делают равным ПЧ, характерному младшим версиям.

То есть в результате такого тюнинга при установке ПЧ в значение 4,0 вместо штатных 3,7 передаточное число на пятой передаче станет таким же, как на четвёртой. Если при этом «обуть» машину в покрышки с меньшим диаметром, это ещё больше понизит передаточное число. То есть машина будет разгоняться намного быстрее, но и бензина кушать больше.

После такого апгрейда на 5-й передаче двигатель будет раскручиваться «по полной», что не добавит комфорта пассажирам. Так что подобный тюнинг уместен только в случае острой необходимости с учётом других характеристик машины (её веса, мощности двигателя, режима эксплуатации).

Передаточное число коробки передач: что нужно знать

В автомобиле коробка переключения передач — агрегат, который позволяет изменять крутящий момент, развиваемый двигателем внутреннего сгорания, перед передачей такого момента на ведущие колеса транспортного средства. Как известно, большинство коробок передач являются ступенчатыми, а в основе КПП лежит зубчатая передача.

Если просто, ступени фактически являются парами шестерен, которые имеют разное передаточное число (передаточное отношение). В этой статье мы рассмотрим, что такое передаточное число коробки передач, на что указывает и влияет данная характеристика.

Что такое передаточное число коробки передач

Передаточное число является основной характеристикой зубчатой передачи. Такая передача передает крутящий момент от двигателя (в случае с автомобилем на ведущие колеса). Также зубчатая передача позволяет как уменьшить, так и увеличить крутящий момент, поступающий от двигателя. Изменение становится возможным благодаря увеличению или уменьшению количества зубцов на шестернях.

Итак, передаточное число (АКПП, МКПП) представляет собой отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей шестерни в устройстве коробки передач, редуктора и т.д. Если просто, например, ведущая шестерня имеет 30 зубьев, а ведомая 60. В этом случае передаточное число такой зубчатой пары будет составлять 2, то есть 60:30.

Величина передаточного числа в коробке передач и редукторе напрямую оказывает влияние на динамику разгона, а также на показатель максимальной скорости. В ступенчатых КПП имеется несколько зубчатых пар с разными передаточными числами. Чем больше число, тем больше тяги обеспечивает данная передача. При этом мотор быстрее набирает обороты, машина активно разгоняется, однако максимальная скорость не высокая на данной передаче. Для увеличения скорости возникает необходимость в переключении на ступень выше.

На повышенных передачах (4, 5, 6) происходит уменьшение передаточного числа, что повышает максимальную скорость автомобиля. При этом разгон на таких передачах менее интенсивный, чем на пониженных.

Еще добавим, что на динамику разгона также влияет и передаточное число главной пары редуктора. Чем большим оказывается указанное число, тем лучше динамика автомобиля, причем на всех передачах. При этом максимальная скорость ниже. Например, возьмем модели ВАЗ. Если поставить на машину главную пару, которая имеет число 4.1 или 4.3 вместо 3.9, авто будет более динамичным, однако показатель максимальной скорости также будет уменьшен.

Также при создании КПП конструкторы пытаются достичь оптимального баланса между разгонной динамикой и экономичностью. Если же за счет изменения передаточного отношения необходимо добиться лучшей разгонной динамики автомобиля, экономичность однозначно пострадает.

Кстати, зачастую в 5-и ступенчатых КПП пятая «повышенная» передача не является передачей для достижения максимальной скорости, как многие ошибочно полагают. Стандартно такая передача позволяет получить максимальную экономию горючего, а также значительно снизить шум и нагрузки на силовой агрегат при езде с высокой скоростью или скоростью, близкой к максимальной для данного ТС.

Изменение передаточного отношения КПП: тюнинг коробки передач

Как известно, наилучшие динамические показатели достигаются в диапазоне оборотов максимального крутящего момента, а не мощности. Фактически, при нижнем и верхнем значении частоты вращения коленчатого вала крутящий момент двигателя меньше максимального.

Получается, чем больше обороты будут отличаться от оборотов максимального крутящего момента, тем медленнее разгоняется автомобиль. В стандартных КПП передаточное отношение каждой ступени подобрано так, чтобы водителю было комфортно разгонять машину на низких передачах, после чего на повышенных можно поддерживать набранную скорость одновременно с экономией топлива.

На практике, мотор в этом случае быстро выходит на максимальные обороты на более низкой передаче, однако после переключения на ступень выше обороты не падают, например, 3500 об/мин. на 1800, а остаются на отметке около 2500. Фактически, после переключения «вверх» обороты все равно остаются в диапазоне максимального крутящего момента.

Для решения такой задачи можно использовать колеса с меньшим радиусом, а также требуется установить другую главную пару редуктора с измененным передаточным числом (например, 3.9 или 4.1 вместо 3.7). Начнем с использования «стоковых» деталей.

Как правило, если модель автомобиля выпускается с разными двигателями (например, моторы 1.2, 1.4 и 1.6 литра), тогда главную пару для КПП в паре с 1.6 литровым двигателем используют от той версии, мотор которой менее мощный (в данном случае двигатель 1.2 или 1.4).

На высоких скоростях двигатель будет на 5-й раскручиваться до максимальных оборотов, что может доставлять дискомфорт водителю и пассажирам. По этой причине ряд передаточных чисел КПП нужно подбирать с учетом конкретных задач и целей, учитывая мощность мотора, вес автомобиля, а также предпочтения водителя.

Если делать более серьезные доработки, тогда можно собрать коробку передач с измененным набором шестерен. Естественно, это дорого, однако удается сблизить ряды на всех передачах, а не только 4 и 5.

Также добавим, что стандартную 5-и ступенчатую коробку иногда переделывают в 6-и ступенчатую (особенно в паре с тюнингованным форсированным двигателем). Фактически, в КПП интегрируется комплект шестой передачи. Важно понимать, что помимо высокой стоимости такой доработки снижается общая надежность такой коробки.

Что в итоге

Как видно, передаточное число коробки передач оказывает серьезное влияние на динамические показатели и характеристики автомобиля. В рамках проектирования КПП инженеры отдельно учитывают мощность мотора, целевое назначение автомобиля и т.д., поле чего подбираются передаточные числа для всего ряда передач.

Также бывает достаточно внести изменения только в трансмиссию, что уже само по себе дает заметные улучшения. В рамках тюнинга трансмиссии необходимо учитывать целесообразность тех или иных доработок, а также учитывать, в каких режимах будет эксплуатироваться конкретный автомобиль.

Устройство и принцип работы механической коробки передач. Виды механических коробок (двухвальная, трехвальная), особенности, отличия

Дифференциал коробки передач: что это такое, устройство дифференциала, виды дифференциалов. Как работает дифференциал КПП в трансмиссии автомобиля.

Коробка передач «механика»: основные плюсы и минусы данного типа КПП, принцип работы механической трансмиссии автомобиля (МКПП).

Устройство планетарной передачи (планетарного механизма). Где используется планетарная передача в автомобиле. Планетарная коробка передач, особенности.

Зубчатые передачи: виды зубчатых передач, их отличительные особенности. Достоинства зубчатых передач и недостатки, изготовление, обслуживание зубчатой пары.

Коробка отбора мощности (КОМ): для чего предназначена, как работает КОМ, особенности, виды и типы. Что нужно учитывать при эксплуатации данной коробки.

«Короткая» и «длинная» коробка передач. Что лучше?

Понятие «длины» КПП ничего не говорит о её габаритах. Зато во многом охарактеризует «норов железного коня», его динамические и скоростные характеристики. «Крутые» стритрейсеры специально «укорачивают» коробки своих «болидов» и очень этим гордятся. Зачем и как они это делают и на самом ли деле это так здорово?

Что такое передаточное число коробки передач и на что оно влияет

Одна из основных характеристик трансмиссии авто — передаточное число коробки передач. Значение термина — соотношение количества зубьев двух взаимодействующих шестерён, ведомой к ведущей. Или, что то же самое, соотношение угловых скоростей либо частоты вращения обеих элементов кинематической пары. Размер зубцов на обеих шестернях будет одинаковым, различаться могут их диаметры. В случае взаимодействия нескольких зубчатых колёс, общее значение определяется произведением чисел для всех пар. Если ведущее колесо имеет меньший диаметр и число зубьев, чем ведомое, скорость вращения на выходе снижается, а крутящий момент повышается. Чем ниже скорость, тем выше тяга. При обратном соотношении диаметров шестерён всё наоборот: скорость выше, но тяга меньше.

Ступени КПП

В КПП любого типа присутствует несколько ступеней. Среди них выделяют низшие, одну прямую и высшие (одну или две). КПП внедорожников и тягачей имеют дополнительные понижающие передачи, они обеспечивают увеличение крутящего момента. Чем ниже ступень, тем выше её передаточное число и тем она «короче». Низшие ступени в большинстве МКПП, — первых три. Они, обеспечивая большую тягу, предназначены для трогания, медленной езды, разгона. Затем мы переключаемся на прямую передачу — четвёртую. Пятая, повышенная или «длинная» — для движения на высокой скорости. Однако она не может обеспечить нужный крутящий момент, когда мы едем в гору или собираемся обогнать впереди идущую машину. Необходимо перейти на ступень ниже: четвёртую или даже третью.
«Длинными» и «короткими» могут быть не только нижние передачи, но и МКПП в целом — это определяет главная передача. Для обычного автомобиля, владельцем которого будет среднестатистический водитель со спокойной манерой езды, производители стараются создать сбалансированную трансмиссию с усреднёнными характеристиками.

Передаточные числа ступеней в коробках передач выбираются с учётом типа привода, веса машины, мощности мотора, диаметра колёс. Расчёт ведут таким образом, чтобы при приличной динамике водителю не приходилось часто переключать рычаг и расход топлива был умеренным.

Массовые авто оснащают «длинными» КПП. Они удобнее, шире диапазон скоростей для каждой из ступеней. В городе, при постоянном изменении скорости движения, это имеет большое значение.

Спортивные версии, рассчитанные на любителей быстрой езды, оборудуются «короткими». Реально «рвануть» первым с перекрёстка, но переключаться придётся чаще.

Для большинства иномарок характерно наличие нескольких версий с разным темпераментом и моторами разной мощности. Зачастую, КПП тоже имеют разные модификации, адаптированные к типу двигателя.

Неодинаков подход в проектировании трансмиссии у различных производителей. Например, VW, Opel, Volvo, французские, американские, корейские и большинство японских авто имеют «длинные» КПП, предназначенные для умеренной манеры езды. Марки со спортивным имиджем Alfa-Romeo, Lancia, BMW, Audi, SAAB, Honda тяготеют к «коротким».

Замена КПП

Допустим, на подержанной машине требуется замена вышедшей из строя КПП. Ищем замену. С «Жигулями» всё просто: два типа КПП на все миллионы автомобилей. Отличаются только наличием пятой ступени. С иномарками сложней. Например, на знаменитый VW Golf MKII устанавливалось восемь различных коробок передач, различающихся передаточным числом. Почти все они полностью взаимозаменяемы. Однако, после установки КПП от другой модификации, владелец может быть сильно удивлён изменившейся динамикой. Модель GTI может стать «вялой», а семейная машина будет рвать с места, жрать топливо и стать сложной в управлении.

Поэтому, прежде чем заменить КПП, рекомендуется узнать её модификацию (по VIN-коду или по обозначению на самом агрегате) и поискать схожую.

Тюнинг

3.4. Тяговые и динамические расчеты тракторов и автомобилей

Тяговые расчеты позволяют определить основные технические параметры при создании новых машин (проектные расчеты) или же определить эксплуатационные показатели существующих машин (транспортные расчеты).

При выполнении проектного расчета учитываются дорожные условия района предполагаемой эксплуатации новых машин. При анализе этой информации определяют наиболее вероятные условия эксплуатации и для их характеристики вводят коэффициент суммарного сопротивления дороги ψ, а также определяют экстремальные дорожные условия с очень большими углами подъема α_д и малыми коэффициентами сцепления φ.

Рассмотрим, например, методики тягового расчета автопоезда. Зная допустимую для данных дорог нагрузку на ось автопоезда и, учитывая требования к проходимости, выбирают тип и размеры шин. Затем определяют лобовую поверхность автопоезда F, м 2 , задают величину коэффициента обтекаемости k, Н*с 2 /м 4 , и КПД трансмиссии (для механических трансмиссий грузовых автомобилей η_тр = 0,82…0,87) и рассчитывают потребную эффективную мощность двигателя, необходимую для движения в наиболее вероятных условиях эксплуатации, Вт:

где G — вес автомобиля, Н; υ_max — максимальная скорость движения автомобиля, м/с.

По расчетной мощности выбирают наиболее подходящий серийный двигатель. Обычно номинальная мощность выбранного двигателя N_e либо превышает, либо оказывается меньше расчетной мощности N’_e. В этих случаях уточняют максимальную скорость автопоезда, ориентируясь на фактическую мощность двигателя. Эта задача решается подстановкой в уравнение мощностного баланса значения выбранной номинальной мощности N_e и определения фактической максимальной скорости υ_max.

Зная уточненную скорость автопоезда, приступают к определению передаточных чисел трансмиссии. Механические трансмиссии автомобилей повышенной проходимости имеют КП, раздаточную коробку, главные и конечные передачи. Поэтому общее передаточное число трансмиссии i_тр является произведением передаточных чисел КП i_к, раздаточной коробки i_р, передаточных чисел постоянно включенных шестерен главной i_г и конечных i_б передач:

Раздаточная коробка используется в особенно тяжелых условиях движения. При движении по дорогам она обычно не участвует в изменении вращающего момента двигателя, и в ней включается прямая передача (i_р = 1). Поэтому, определяя передаточные числа i_к коробки передач, i_р в расчетах не учитывают.

Скорость машины υ, м/с, зависит от радиуса ведущих колес r_д, м, частоты вращения коленчатого вала двигателя n_е, с -1 , и передаточного числа трансмиссии

Частота вращения коленчатого вала двигателя n_е, работающего по внешней скоростной характеристике, определяет значение вращающего момента М_е, который, в свою очередь, определяет при равномерном движении машины величину касательной силы тяги ведущих колес

где r_д — динамический радиус колеса.

Таким образом, располагая внешней скоростной характеристикой двигателя М_е=f(n_e), можно построить зависимость силы тяги от скорости движения: Р_к=f(υ), т.е. тяговую характеристику машины при любом передаточном числе КП.

Однако передаточные числа КП нельзя принимать произвольно. Чтобы повысить КПД трансмиссии при работе в наиболее вероятных условиях эксплуатации, высшую передачу основного ряда автомобильных коробок передач делают прямой i_к(пр)=1 или превышающей i_к Р_k ≤ Р_сц

Поскольку рабочий диапазон двигателя по частоте вращения коленчатого вала соответствует интервалу от некоторой частоты вращения n_м, при которой вращающий момент на коленчатом валу достигнет максимального значения М_еmах, до номинальной частоты n_е, число передач т и их значения i_m должны быть подобраны таким образом, чтобы при переключении передач в процессе движения соблюдалось условие

Данное условие означает, что в предшествующий переключению передач момент времени минимальная скорость машины на высшей передаче р+1 должна быть равна максимальной скорости машины на низшей ступени р. Коленчатый вал двигателя при этом вращается с номинальной частотой n_е.

Это возможно, если отношение ряда передаточных чисел КП является геометрической прогрессией, знаменатель которой

Минимальное число ступеней m коробки передач, при котором обеспечивается перекрытие кривых сил тяги на смежных передачах, определяется следующей зависимостью:

где i_k₍₁₎ i_k_(пр)— передаточные числа КП на I и прямой передачах.

Передаточное число р-й передачи

где р — номер передачи (2, 3, …, m).

Завершающим этапом тягового расчета автопоезда является построение тяговых и динамических характеристик. В качестве примера на рис. 3.10 изображена тяговая характеристика автомобиля с четырехскоростной коробкой передач. Если на этом рисунке нанести кривую касательной силы тяги, которую должен развивать автомобиль, преодолевая сопротивления дороги 1 и воздушной среды P_K₁ =Р_ψ1+P_w, то точка пересечения кривой P_K₁ с тяговой характеристикой машины (точка А), определит максимальную скорость υ₁, которая возможна в заданных условиях эксплуатации при движении на III передаче.

Рис. 3.10. Тяговая характеристика автомобиля:

Р_к — касательная сила тяги, развиваемая автомобилем; Р_к1—Р_к₃ — касательная сила тяги, требуемая для движения автомобиля соответственно по дорогам 1 — 3; υ — скорость движения автомобиля; υ₁ —υ₃ — максимальные скорости автомобиля на дорогах 1—3 (черные точки); I —IV —передачи; υ_max(I) —υ_max(IV) — максимальные скорости автомобиля соответственно на передачах I —IV;υ_min(I) —υ_min(IV) — то же, минимальные; А — точка, соответствующая максимальной скорости υ₁, возможной в условиях эксплуатации при движении по дороге 1 на III передаче; В — точка, соответствующая заданной скорости υ₁ возможной в условиях эксплуатации при движении по дороге 2 на IV передаче; С — точка, соответствующая максимальной скорости υ₂, возможной в условиях эксплуатации при движении по дороге 2 на IV передаче; индексы 1—3 соответствуют дорогам 1 —3, оказывающим разное сопротивление движению машины; —— — тяговые скоростные характеристики автомобиля со ступенчатой коробкой передач;—– — частичная тяговая характеристика; ——- —— идеальная тяговая характеристика машины, соответствующая зависимости N_K = N_eη_тр= P_кυ= = const (где N_K и N_e — мощность, подводимая к колесу, и эффективная мощность двигателя), заштрихованная площадь — недоиспользованная мощность двигателя

Читайте также Хадо для трансмиссии нивы

Необходимость сохранить эту скорость в более легких условиях движения, когда Р_к2 = Р_ψ₂+ P_w (если, например, на дороге установлен ограничительный знак), заставит водителя убавить подачу топлива. Пунктирная линия на рисунке описывает тяговую характеристику автомобиля, двигатель которого работает по частичной скоростной характеристике (частичная тяговая характеристика). Имеющийся в этом случае запас касательной силы тяги (отрезок ординаты АВ) может быть использован для разгона автомобиля до скорости υ₂ за счет увеличения подачи топлива и включения IV передачи. Очевидно, если сопротивления возрастут до величины Р_к3 = Р_ψ₃+ P_w, движение будет возможным со скоростью υ₃ на II передаче.

Выбор передаточных чисел в КП по условию обеспечения устойчивой работы двигателя в заданном интервале изменения сил сопротивления движению ведет к недоиспользованию мощности двигателя и уменьшению средней эксплуатационной скорости машины.

Соединив на графике тяговых характеристик точки кривых, соответствующие работе двигателя при номинальной мощности, получим идеальную характеристику машины с бесступенчатой передачей, обеспечивающей постоянство мощности двигателя при любой скорости движения P_K_υ=N_eη_тр=const. В координатах P_K—υ площадь на графиках характеризует мощность, поэтому заштрихованная площадь на рис. 3.10 определяет недоиспользование мощности двигателя машины со ступенчатой КП. Таким образом, увеличение числа передач в КП или применение бесступенчатых трансформаторов вращающего момента, обладающих высокими КПД, обеспечивает улучшение тягово-скоростных свойств автомобилей и других самоходных машин.

Графики тяговых характеристик автомобилей и автопоездов, дающие наглядное представление о тягово-скоростных возможностях конкретных машин, не позволяют сравнивать между собой даже однотипные машины, имеющие разный вес. Из всех составляющих тягового баланса только сопротивление воздушной среды не зависит от веса машины.

Динамический фактор — это удельный показатель, который используется для сравнения разных машин:

В случае равномерного движения скорость υ = const, a P_j = 0, тогда

На основании тяговых характеристик, найдя разность (Р_к– P_w) и отнеся ее к весу G автомобиля (автопоезда), можно построить графики зависимости динамического фактора D от скорости машины υ для каждой из передач I —IV. Совокупность таких графиков называется динамической характеристикой автомобиля (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Динамическая характеристика автомобиля:

D — динамический фактор; I — IV — динамический фактор для соответствующих передач; υ — скорость движения; ψ₁ — ψ₃ — коэффициенты сопротивления движению соответственно на дорогах 1—3

У современных грузовых автомобилей наибольшее значение динамического фактора D находится в пределах от 0,32…0,45 для I передачи до 0,05…0,07 для прямой передачи.

Динамические характеристики помимо оценки динамических свойств машин служат для определения максимальной величины преодолеваемых подъемов, времени и пути разгона машин и для других целей.

Основные параметры самоходных машин (масса, грузоподъемность, размеры, мощность и т.д.) тесно связаны между собой, испытывают взаимное влияние и зависят от условий эксплуатации. В то же время эти параметры определяют производительность машин, их цену и эксплуатационные затраты, т.е. показатели экономической эффективности техники. Поэтому каждому типу машин в заданных условиях эксплуатации соответствует некоторое оптимальное сочетание основных параметров, обеспечивающее максимальный эффект от использования техники в производстве.

Решение указанной задачи сводится к тому, что тяговые расчеты выполняются при разных сочетаниях силы тяжести Си скоростей υ_max. Для каждого варианта тягового расчета определяется экономическая эффективность машины, и оптимальным вариантом считается тот, который обеспечивает наибольший экономический эффект.

Передаточное число коробки передач

Передаточное число – это величина, которая характеризует отношение количества зубьев ведомой шестерни к ведущей. Является основным показателем эффективности работы любой зубчатой передачи.

Устройство коробки переключения передач

Механическая коробка передач – это многоступенчатый редуктор, предназначенный для увеличения или уменьшения крутящего момента, передаваемого с маховика двигателя, на карданный вал, а в последствие – на ведущие колеса. Управление таким редуктором осуществляется вручную, с помощью специального рычага, установленного в салоне автомобиля. При достижении максимальных оборотов одной передачи, водитель устанавливает рычаг в такое положение, при котором в действие включится вторая передача, таким образом, обороты уменьшаются, а крутящий момент меняется.

Любая МКПП представляет собой совокупность определенных валов и шестерней. Ведущий вал имеет связь с маховиком двигателя через сцепление и принимает на себя основной крутящий момент. Момент передается на промежуточный вал, а с последнего – на ведомый, который соединяется с карданным валом и передает измененный крутящий момент на ведущие колеса автомобиля.

Все передачи автомобиля – это комбинации положения шестерней и отличаются они друг от друга передаточным числом.

Как определить передаточное число (ПЧ)?

Как вы уже поняли, передаточное число является отношением количества зубьев ведомой шестерни к количеству зубьев ведущей. Таким образом, рассчитать передаточное число не составляет никакого труда. Рассмотрим на примере. Предположим, имеется пара шестерней, со следующими передаточными числами: 40 и 20. Для того, чтобы произвести расчет, необходимо знать, какая из них является ведущей, а какая ведомая и обозначим их буквами А и В, соответственно.

Предположим, что А=40, а В=20. Получается, что число зубьев ведущей равно 40, а число зубьев ведомой равняется 20. Соответственно, чтобы узнать передаточное число данной передачи, необходимо разделить 20 на 40 и получится 0,5. Это означает, что передаточное число данной передачи равно 0,5. В случае, если поменять шестерни местами, то число зубьев ведущей шестерни будет равно 20, а ведомой – 40. Тогда, разделив 40 на 20, мы получаем число 2. В этом случае, передаточное число данной передачи будет равно 2.

Такой метод расчета используется при проектировании трансмиссии автомобиля. Чтобы автомобиль имел прекрасные динамические характеристики и развивал большую скорость, необходимо правильно подобрать передаточные числа коробки передач.

Чтобы узнать передаточное число трансмиссии своего автомобиля, достаточно взглянуть в техническую литературу к вашей модели машины. В других случаях, определение передаточного числа можно провести и без применения специальных расчетов и литературы. Достаточно знать принцип выполнения одного метода расчета передаточного числа.

Установите автомобиль на смотровую яму, под колеса обязательно поставьте противооткатные упоры. Коробка передач должна быть установлена в нейтральном положении. Возьмите мел и обозначьте специальные метки на колесе и полу, чтобы они имели совпадения. Такие же метки поставьте на корпусе и фланце редуктора заднего моста.

Попросите помощника из ямы пронаблюдать за совпадением меток на редукторе и фланце, а вы вращайте ведущее колесо. После повторного совпадения меток, подсчитывается количество оборотов (оно может быть равно даже 1) колеса, делится пополам и затем, полученное числовое значение разделите на количество оборотов, совершенных карданным валом. Конечный результат и будет передаточным числом.

Как передаточное число влияет на динамические характеристики автомобиля

Как было ранее упомянуто, правильно рассчитанное передаточное число позволит добиться максимальной эффективности работы КПП и снизить износ шестерней до минимума. На выбор передаточного числа влияют характеристики двигателя, его мощность, крутящий момент, диаметр колеса, назначение автомобиля и личные пожелания автолюбителя. Изменения, вносимые в передаточное число, могут увеличить или уменьшить крутящий момент, передаваемый на карданный вал автомобиля. Процесс изменения передаточного числа передачи заключается в изменении количества зубьев шестерни.

Если передаточное число высокое, то автомобиль будет набирать большую скорость за малый промежуток времени, однако, длина передачи будет намного меньше. Это означает, что переключение передач нужно будет осуществлять достаточно быстро. Проще говоря, увеличение передаточного числа способствует повышению величины ускорения автомобиля.

Уменьшение передаточного числа позволяет добиться большой максимальной скорости, развиваемой автомобилем. Здесь действует другой принцип, когда разгон происходит медленно, однако, скорость на выходе будет намного больше. Такое значение передаточного числа подходит только для достаточно мощных двигателей.

Исходя из выше сказанного, передаточное число должно быть таким, чтобы автомобиль имел хорошие динамические характеристики и большую максимальную скорость. В этом случае, путем подбора, можно добиться компромисса между двумя величинами, получив и то, и другое.

Многие автогонщики стараются сделать передаточные числа с последовательным уменьшением. То есть, в процессе возрастания скорости автомобиля и переключении передач, передаточное число каждой следующей передачи будет уменьшаться, что позволит добиться как повышенных динамических характеристик, так и большой максимальной скорости.

Большая скорость актуальна только при движении по прямой, с минимальным количеством поворотов. При движении по извилистой дороге, рекомендуется использовать повышенные значения передаточных чисел. Так происходит подбор ПЧ к типу трассы.