На что влияет передаточное число главной передачи
Что такое передаточное число?
Что такое передаточное число КПП и главной передачи?
 |
|
Передаточное число – это не что иное как отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей (КПП или редуктора). На практике это выглядит следующим образом. Если одна (ведомая) шестерня имеет 60 зубьев, а другая (ведущая) – 30, то передаточное число данной пары равно 2 (60:30).
Передаточное число – одна из основных характеристик зубчатых передач, которые обеспечивают передачу крутящего момента от двигателя на привод какого-либо другого устройства (узла). При этом данный механизм позволяет увеличивать или уменьшать величину передаваемого момента. Например, изменяя число зубцов на обеих шестернях, можно увеличивать или уменьшать передаваемый от двигателя к «потребителю» крутящий момент. В обычных автомобилях момент, передаваемый от двигателя внутреннего сгорания к ведущим колесам через КПП (кроме 4-й, 5-й и 6-й передач) и редуктор ведущего моста, увеличивается. Во многих внедорожниках величину передаваемого момента дополнительно изменяет раздаточная коробка с пониженным рядом передач.
Величина передаточного числа в КПП и редукторе влияет на такие характеристики как разгонная динамика и максимальная скорость автомобиля. Применительно к ступеням КПП с разными передаточными числами это выглядит так: чем больше данное число, тем «короче» и «тяговитее» передача, то есть мотор при разгоне быстрее раскручивается до максимальных оборотов, а машина интенсивнее ускоряется. Правда, при этом снижается максимальная скорость на данной передаче. Следовательно, возникает необходимость в более частом переключении.
На разгонную динамику в такой же степени влияет и передаточное число главной пары редуктора. Чем оно выше, тем автомобиль динамичнее, лучше тянет на всех передачах, но максимальная скорость при этом ниже. Уменьшая передаточное число, повышают максимальную скорость (если у двигателя есть так называемый запас мощности), но проигрывают в разгонной динамике авто. Например, установка главной пары 4,1 или 4,3 вместо 3,9 делает ВАЗ-2107 болеединамичным, но менее скоростным.
Стоит отметить, что передаточные числа трансмиссии подбираются в зависимости от мощностных и моментных характеристик двигателя, размера колес, возможностей тормозной системы, а если автомобиль тюнингуют, учитываются еще и пожелания автовладельца.
Подготовили Юрий Дацык, Сергей Иванов
Фото фирм-производителей
Передаточное число коробки передач
Незаменимым конструктивным элементом любого автомобиля является коробка передач. Обычно это ступенчатый агрегат, в основе которого лежит зубчатая передача.
Ступени КП представляют собой пары шестеренок, характеризующиеся различным передаточным числом (так называемым передаточным соотношением). О том, что это такое, и пойдет речь в нашем сегодняшнем разговоре.
Что такое передаточное число коробки и что от него зависит
Итак, передаточное число коробки передач – это соотношение между количеством зубьев ведущей и ведомой шестеренки. Попробуем объяснить более доступно. Если, к примеру, на ведомой шестерне насчитывается 60 зубьев, а на ведущей их 30, то данная пара характеризуется передаточным числом, которое равно 2. Чтобы понять это, необходимо применить простую формулу: 60 делят на 30 и получают 2.
Передаточное число КПП, без преувеличения считается важнейшим показателем зубчатых или ступенчатых передач, базирующихся на передаче крутящего момента с мотора на привод любого другого узла. Одна из ключевых функций данного механизма – уменьшение или увеличение передаваемого момента.
Отвечая на вопрос о том, на что влияет передаточное число передачи и редуктора, отметим, в первую очередь, динамику разгона. Зависит от данного показателя и максимальная скорость, которую способно развить транспортное средство. Ступенчатые коробки оснащаются несколькими парами, а ПЧ у этих пар рознятся.
Больше число – следовательно, выше тяга, которую способна обеспечить соответствующая передача. Двигатель оперативнее набирает обороты, автомобиль разгоняется активнее, но вот скорость движения будет ограничена, и чтобы ее увеличить, необходимо переключить передачу на ту, которая выше.
Чаще всего крутящий момент, поступающий на коробку передач от мотора, значительно повышается на низких скоростях (с первой по третью). Что касается повышенных передач (с четвертой по шестую), то во время движения на них ПЧ снижается, поэтому авто развивает высокую скорость. Правда, интенсивность разгона на высоких передачах ниже, чем на первой, второй или третьей.
Помимо всего прочего, динамика разгона зависит и от главного передаточного числа – если оно больше, значит, лучше динамика, не зависимо от передачи, и тем меньше максимальная скорость езды.
Учитывая описанное выше, можно сделать вывод о том, что передаточные числа автомобилей подбирают в зависимости от мощности силового агрегата, от крутящего момента, от того, для каких целей планируется его использовать и от многих других факторов. Если конструкторам удалось правильно подобрать передаточные числа коробки, то и к динамике машины не будет никаких претензий.
Немаловажную роль играет также баланс между динамикой и экономичностью, ведь быстрых автомобилей, потребляющих минимум топлива, попросту не существует. Если необходимо достичь впечатляющей динамики, на экономичность рассчитывать не стоит.
Передаточные числа каждой передачи с первой по пятую
Чтобы рассчитать передаточные числа КПП, можно воспользоваться следующей формулой:
При этом К1 – это число зубьев на ведомой шестеренке, тогда как К2 – количество их же на шестерне ведущей. Для определения передаточного числа от коробки на колеса нужно узнать соотношение ведомой шестеренки дифференциала и шестеренки вторичного вала КП.
Иными словами, необходимо высчитать главное передаточное число. Так, если на шестеренке вторичного вала коробки 15 зубьев, а на ведомой шестерне их, например, 51, путем нехитрых вычислений получаем следующее: 51 разделить на 15 = 3,4.
Передаточное число конкретного автомобиля указывается в инструкции по его эксплуатации. К примеру, на ВАЗ 21083 передаточные числа с 1 по 5 передачу соответствуют следующим показателям:
Если авто оснащено 6-ступенчатой КП, то на шестой передаче передаточное число равно 1,2.
Выше мы уже писали о том, что оптимальные динамические показатели наблюдаются на максимальном крутящем моменте, характеристики мотора здесь не играет столь существенной роли, как может казаться. Чем больше будет разница между оборотами и оборотами максимального крутящего момента, тем неохотнее машина разгоняется.
Обычно передаточное число каждой передачи подбирается таким образом, чтобы водитель мог быстро разогнать машину на более низких передачах, а на высоких просто поддерживал стабильную скорость движения, экономя при этом топливо. Когда необходимо повысить динамику, прибегают к тюнингу – сужают диапазон частот, развиваемых двигателем на одной скорости (передаче).
Говоря иными словами, передачи делают короче, используя так называемый «сближенный ряд КП». Это позволяет добиться оперативного выхода силовой установки на максимальные обороты на низких передачах. Причем, в момент переключения скорости на более высокую обороты двигателя не снижаются, как это бывает со стандартными коробками передач, они поддерживаются на стабильном уровне, находясь в диапазоне наивысшего крутящего момента.
Для достижения поставленной цели на авто устанавливают другую пару редуктора с измененным передаточным числом. Если одна и та же модель производится с несколькими вариантами силовых агрегатов (на 1,2, 1,4, 1,6, 1,8 л), главную пару берут от версии с менее мощной силовой установкой. К примеру, вместе с 1,6-литровым мотором устанавливают главную пару от 1,2 или 1,4-литрового двигателя. Это позволяет заметно снизить общее передаточное число, улучшив динамику, но влечет за собой повышение расхода топлива.
Однако важно помнить, что при большой скорости движения, в особенности на 5 передаче, мотор будет набирать максимальные обороты, это чревато дискомфортом – усиливаются вибрации, появляется тряска и посторонние звуки. Специалисты советуют правильно подбирать ряд передаточных чисел, учитывая при этом поставленную задачу и требования заказчика, а также многие другие факторы, которые позволят усилить динамику без ущерба безопасности движения.
Передаточные числа с постепенным уменьшением – это прерогатива автогонщиков, которая обеспечивает лучшие динамические характеристики при большой скорости. Но это актуально при езде по ровным участкам без поворотов. Для обычного режима езды такое решение неактуально, лучше применять повышенные значения передаточных чисел.
Передаточные числа подбираются экспертами согласно моментным и мощносным характеристикам мотора с учетом тормозной системы, диаметра колес и многих других факторов.
Передаточное число или отношение
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.
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.
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.
Как передаточное отношение определяет характер автомобиля
Трансмиссионные передачи и крутость автомобиля, как это взаимосвязано?
Знание такого понятия как передаточное отношение, а также его влияние на скорость, динамику разгона и топливную экономичность позволяет выбрать оптимальный режим вождения. Этот параметр имеет определяющее значение для любого автомобиля, вне зависимости от его цены и возраста. Мало кто знает, но грамотный анализ технических параметров перед покупкой позволяет подобрать машину, идеально удовлетворяющую нужды владельца. Рассмотрим основные аспекты, которые необходимо учитывать при выборе.
Высшая передача
Передаточное число высшей передачи крайне важно, поскольку оно определяет максимальные обороты двигателя при крейсерской скорости, а это напрямую сказывается на экономичности и уровне шума. Если изложить этот вопрос кратко, то, чем больше это отношение, тем меньше расход топлива и ниже шум мотора. Следует помнить, что в таком случае за вышеперечисленные преимущества придётся расплачиваться частым переключением на пониженную передачу для достижения наилучшей разгонной динамики.
Оптимальной величиной оборотов двигателя при достижении крейсерской скорости являются 1600-2000 об/мин для дизеля и 2000-2500 об/мин – для бензинового мотора.
Например, в коробке передач автомобиля Toyota GT86 – шесть ступеней с небольшой разницей в передаточном числе, ввиду чего скорость в 100 км/час достигается при работе двигателя на оборотах более 3000 об/мин. Это и является причиной значительного объёма вредных выхлопов, равного 181 гр/км.
Для машины с двухлитровым мотором, выдающим 200 л.с., а также отлично проработанной аэродинамикой (коэффициент лобового сопротивления равен 0,27) это очень высокий показатель. Такой подбор механизма переключения передач предполагает работы двигателя не в самом удачном режиме, что и приводит к избыточному шуму, особенно при значительном пробеге, а это уже сказывается на ликвидности вашего автомобиля при продаже. Разумеется, такие проблемы не свойственны автоматическим коробкам передач, поскольку подбор передаточных отношений там обусловлен ещё и надёжностью узла, соответственно конструкторы стремятся сократить число переключений, и делают передачи более «длинными».
Проблема в том, что спортивный автомобиль и автоматическая коробка – мало совместимые понятия, да и выбрать такое сочетание можно далеко не для всех моделей.
В конечном итоге, чем мощнее двигатель под капотом, тем меньше оборотов двигателя на крейсерской скорости, благодаря чему при 100 км/ч из-под капота доносится едва уловимый шум. Например для Golf Mk6 1.6 TDI этот показатель составляет 2300 об/мин, а для более мощного SEAT Ateca 2.0 TDI с 7-ступенчатой коробкой и двойным сцеплением эта цифра составляет уже 1700 об/мин. Именно поэтому в определённых режимах мощные шестицилиндровые моторы потребляют не на много больше бюджетных 4-цилиндровых аналогов.
Агрессивность
Залог агрессивного вождения – «короткие» передачи, определяющие необходимость частых переключений. Это означает, что чем интенсивнее разгон, тем ниже предельная скорость, которую может развить автомобиль на одной передаче. Поскольку для спортивной модели важна не только динамика, но и максимальная скорость, в их коробках, как правило, существенно больше ступеней, чем в гражданских версиях. Однако в этом правиле есть и исключения, поскольку наиболее мощные машины не нуждаются в низких передаточных числах нескольких первых передач — их тяги вполне достаточно для того, чтобы гарантировать интенсивный разгон и не утомлять водителя необходимостью частых переключений.
Например, Dodge Challenger Hellcat имеет первую передачу, которая позволяет разогнаться до 101,3 км/час. Это сделано специально, чтобы при измерении времени, необходимого для набора 100 км/час, не нужно было совершать переключения и терять драгоценные доли секунды, так и достигается наилучший результат.
Наиболее ярким примером такого подхода к подбору передаточных чисел коробки передач является Koenigsegg Regera, который достигает 402 км/час на 1-й передаче. И дело здесь вовсе не в стремлении поставить какой-либо рекорд, а в разумном подходе и учёте потенциала двигателя и сцепления с поверхностью дороги. То есть, если на этом автомобиле установить коробку передач с более «короткими» ступенями, то выигрыш в динамике достигнут не будет, поскольку на переключения потребуется дополнительное время, а излишняя тяга и крутящий момент попросту приведут к пробуксовке колёс.
Стоит также отметить, что при большом числе передач от конструкторов требуется провести большую работу, позволяющую удержать обороты при переключении на высшую ступень в зоне достижения наибольшей мощности и крутящего момента, что также усложняет конструкцию. Давно доказано, что до 300 км/час разгон спортивных автомобилей вполне обеспечивается тягой мощных моторов — им попросту не нужны пониженные передаточные отношения шестерней.
Что же касается гражданских машин, предназначенных для повседневной эксплуатации, то первые передачи, как правило, делают довольно короткими, с низким передаточным числом, что позволяет при достаточно скромном двигателе уверенно трогаться на подъём, ехать по рыхлому покрытию, разгоняться при сильной загрузке.
Не менее важны и такие показатели как полная и ходовая масса, поскольку их разница и определяет фактически допустимую грузоподъёмность, и чем она выше, тем более короткими должны быть начальные передачи в ряду.
Сближенный и растянутый ряд в коробке передач
Не менее важным фактором, определяющим характер автомобиля, является разрыв между передаточными числами. Сближенный ряд передач гарантирует максимальное ускорение, которого может достичь автомобиль при прочих равных условиях. Кроме того, если во главу угла ставится экономичность, то такое решение позволяет держать рабочие обороты в оптимальной зоне, что также способствует продлению ресурса мотора.
Однако, есть у короткого ряда и существенный недостаток, а именно – необходимость в растянутой 1-й передаче, либо в короткой – высшей. Последствия от этого вполне очевидны, а единственным разумным решением является увеличение числа передач, что делает конструкцию дорогостоящей. Либо, всё же — переход к растянутому ряду.
Выбор решения обычно продиктован типом создаваемого автомобиля. Для скоростной и динамичной модели применяют сближенные по величине передаточного отношения передачи. Если же под капотом установлен двигатель с широким диапазоном мощности и плавным графиком крутящего момента, например – дизель, то необходимость в сближении передач отпадает. Для примера рассмотрим автомобиль Формулы-1, которые имеют очень плотный передаточный ряд, ввиду чего величина передаточных отношений 7-й и 8-й передач отличается всего в 1,12 раза, против 1,25 – у гражданских моделей.
Однако, сближенный ряд не всегда означает более высокую производительность. Например, у спортивного велосипеда, как правило, 8 очень близких по передаточному числу ступеней, при этом шестерня первой из них имеет 30 зубцов, а высшей – 11, это позволяет обеспечить наиболее рациональное использование энергии велосипедиста. Однако при таком подходе для обеспечения максимального ускорения необходимо интенсивно переключаться в интервале с 1-й по 5-ю передачу, всего за несколько секунд. Это касается и автомобилей, поскольку необходимость в столь частом переключении, как правило, предопределяет работу двигателя в неоптимальном режиме, особенно у неопытного водителя.
Всех этих недостатков лишены так называемые бесступенчатые типы трансмиссий, которые позволяют плавно изменять передаточные отношения, в зависимости от выбранного режима езды. К таким конструкциям относят, прежде всего, вариаторы, однако на сегодняшний день механизма, способного передавать огромный крутящий момент и оперативно подстраиваться под разгонную динамику спортивных моделей, пока не создано. Но прогресс не стоит на месте и непрерывная работа по совершенствованию таких агрегатов уже сделала их широко распространённым решением.
Замена главной передачи
Если вы недовольны динамикой вашего автомобиля, самый простой способ её исправить — замена главной передаточной пары. Это подразумевает установку нового дифференциала с другим внутренним передаточным числом. Меньшее число позволяет получить более длинную передачу, а большее число – короткий передаточный ряд. Это не позволит вам изменить плотность ступеней в коробке, но обеспечит смещение всего ряда в область тех значений, которые вам подходят.
В действительности, такие манипуляции с автомобилем — вовсе не панацея от всех бед, поскольку изменять вышеописанную величину можно лишь в очень небольшом интервале значений, в противном случае недостатки многократно превысят достигнутый положительный эффект. В этом случае стоит помнить и о том, что ваш спидометр потребует корректировки, постольку его значения уже не будут отражать реальную скорость автомобиля.
Такой тип тюнинга может быть относительно простым как в переднеприводном, так и в заднеприводном автомобиле, но в некоторых передне- и полноприводных автомобилях осуществить его невозможно. Многие автомобили используют трансмиссию, которая имеет встроенный дифференциал, что означает, что окончательное передаточное число не может быть так легко изменено.
Кроме того, некоторые автомобили (например, Audi R8) имеют разные главные передаточные пары в приводах на переднюю и заднюю оси.
К сожалению, все больше и больше автомобилей выбирают интегрированные устройства, что делает невозможным работу с ними, если вы не воспользуетесь услугами лицензированных тюнинг-ателье и не заплатите слишком большие суммы денег. В любом случае, производитель подбирал параметры трансмиссии, исходя из особенностей эксплуатации, характеристик мотора, возможной нагрузки и целевой аудитории автомобиля, так что внесение столь существенных изменений, давая выигрыш в одной из сфер использования, существенно сокращает остальные.