на что влияет главная пара в кпп
Дифференциал и главная передача.
Главная передача.
При движении автомобиля крутящий момент от коленвала двигателя передается коробке передач и затем, через главную передачу и дифференциал, на ведущие колеса. Главная передача позволяет увеличивать или уменьшать крутящий момент передаваемый колесам автомобиля и одновременно уменьшать и соответственно увеличивать скорость вращения колес. Передаточное число в главной передаче подбирается таким образом, что максимальный крутящий момент и частота вращения ведущих колес находятся в наиболее оптимальных значениях для конкретного автомобиля. Кроме того, главная передача очень часто является объектом тюнинга автомобиля.
Устройство главной передачи.
По сути, главная передача — это не что иное, как шестеренчатый понижающий редуктор, в котором ведущая шестерня связана с вторичным валом КПП, а ведомая – с колесами автомобиля. По типу зубчатого соединения главные передачи различаются на следующие разновидности:
цилиндрическая – в большинстве случаев применяется на автомобилях с поперечным расположением двигателя и коробки передач и передним приводом; коническая – применяется очень редко, так как имеет большие габариты и высокий уровень шума; гипоидная – наиболее востребованная разновидность главной передачи, которая применяется на большинстве автомобилей с классическим задним приводом. Гипоидная передача отличается малыми размерами и низким уровнем шума; червячная – практически не применяется на автомобилях по причине трудоемкости изготовления и высокой стоимости.
коническая – применяется очень редко, так как имеет большие габариты и высокий уровень шума;
гипоидная – наиболее востребованная разновидность главной передачи, которая применяется на большинстве автомобилей с классическим задним приводом. Гипоидная передача отличается малыми размерами и низким уровнем шума;
червячная – практически не применяется на автомобилях по причине трудоемкости изготовления и высокой стоимости.
Также стоит отметить, что автомобили с передним и задним приводом имеют различное расположение главной передачи. В переднеприводных автомобилях с поперечным расположением КПП и силового агрегата, цилиндрическая главная передача располагается непосредственно в картере КПП. В автомобилях с классическим задним приводом главная передача установлена в корпусе ведущего моста и соединена с коробкой передач посредством карданного вала. В функционал гипоидной передачи заднеприводного автомобиля также входит и разворот вращения на 90 градусов за счет конических шестерен. Несмотря на различные типы и расположение, предназначение главной передачи остается неизменным.
Дифференциал автомобиля.
Дифференциал автомобиля чаще всего совмещен с главной передачей и располагается соответственно в картере коробки передач или в корпусе заднего моста. Однако дифференциал может быть установлен и между ведущими осями полноприводного автомобиля. Дифференциал представляет собой планетарный редуктор и делится на следующие разновидности:
конический – в большинстве случаев устанавливается совместно с главной передачей между колесами одной приводной оси;
цилиндрический – наиболее часто применяется для развязки ведущих осей полноприводных автомобилей;
червячный – является универсальным и устанавливается как между колесами, так и между ведущими осями.
Основное предназначение дифференциала заключается в распределении крутящего момента между колесами автомобиля и изменения их частоты вращении относительно друг друга. Так, например поворот автомобиля без дифференциала был бы попросту невозможен, так как при повороте внешнее колесо обязательно должно вращаться с большей частотой, нежели внутреннее.
Дифференциалы существуют симметричные и несимметричные. Симметричный дифференциал передает равный крутящий момент на оба колеса и устанавливается чаще всего совместно с главной передачей. Несимметричный дифференциал позволяет передать крутящий момент в различных пропорциях и устанавливается между приводными осями автомобиля.
Дифференциал состоит из корпуса, шестерен сателлитов и полуосевых шестерен. Корпус обычно совмещен с ведомой шестерней главной передачи. Шестерни сателлиты играют роль планетарного редуктора и соединяют полуосевые шестерни с корпусом дифференциала. Полуосевые (солнечные) шестерни соединены с ведущими колесами посредством полуосей на шлицевых соединениях. При всех плюсах у простейшего дифференциала существует и недостаток. Дело в том, что частота вращения может быть распределена на колеса не только в соотношении, например 50/50, 40/60 или 35/65, но и 0/100. То есть, на одно колесо автомобиля может быть передан абсолютно весь крутящий момент, в то время как второе колесо будет абсолютно статично. Такое случается в том случае если автомобиль застрял в грязи или на льду. Однако современные дифференциалы более совершенны и практически лишены данного недостатка. Многие дифференциалы имеют жесткую автоматическую или ручную блокировку. Кроме того современные легковые полноприводные автомобили снабжаются системой курсовой устойчивости, которая основана на оптимальном распределении крутящего момента между осями и отдельными колесами в зависимости от траектории движения.
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.
Спортивный ряд КПП и главная пара. Что поставить?
Спортивный ряд КПП и главная пара. Что поставить?У большинства водителей тюнинг ВАЗ 2108, 2109, 21099 и представителей семейства «Самара 2» ассоциируется с расточкой блока, чип-тюнингом, или даже фильтром-нулевиком и прямоточным выпуском в лице банки ПроСпорт 🙂
Но это всё стереотипы. Давайте снова вернемся к установке спортивного ряда в КПП. Ведь более грамотно и разумно подобранные передаточные числа творят чудеса даже с 1.3-литровыми моторами, и даже с 1.1.
Вариантов самих рядов много, различия между ними так-же есть. Существуют две крайности. Первая крайность это когда передаточные числа подобраны для просто таки адской динамики разгона, но при этом уменьшается максимальная скорость. Иногда уменьшается довольно существенно. Вторая крайность это КПП настроенная наоборот на максимальную скорость, но разгоняется до нее машина не сильно шустро.
Большинство коробок передач стараются придти к чему-то среднему между этими крайностями. Т.е. в идеале должен получиться неплохой разгон на первых 2-3 передачах, а дальше машина теряет в динамике, но разгоняется до максимально приемлемой скорости. При этом первая передача может быть как длинной, так и короткой (если она рассчитана, скажем, на буксировку прицепа).
Стандартная КПП «зубил» в принципе относительно сбалансирована, но все-же до идеала ей далеко. Провалы между передачами иногда очень неуместны.
Какой спортивный ряд и главную пару поставить?
В качестве варианта на каждый день + при необходимости «уделать» аналогичные машины – рекомендую 18-ый спортивный ряд с главной парой 4.13. Если целью является драг и максимальная скорость не важна – нужен 7 ряд с главной парой 4.13.
Чтобы было нагляднее приведу передаточные числа стандартной КПП и КПП с 18-ым рядом
Стандарт
1 — 3.63
2 — 1.95
3 — 1.35
4 — 0.94
5 — 0.78
18 ряд
1 — 3.17
2 — 2.10
3 — 1.48
4 — 1.13
5 — 0.88 (можно оставить стандарт, для сохранения максимальной скорости)
Установив 18 ряд мы получаем более сбалансированную коробку с более длинной 1 передачей и без провалов.
За счет отсутствия провалов даже на стандартном двигателе разгон до сотни уменьшится на 1,5-2 секунды.
18 ряд пожалуй лучший вариант для езды по городу. Между прочим, изначально он разрабатывался именно для этого.
Еще один момент, волнующий сейчас практически всех. Расход топлива пусть незначительно, но все-же упал. Машину легче держать на оборотах, когда она уже едет и при спокойной езде необходимости крутить мотор практически нет.
Первая передача длинная. Красиво тронуться со свистом уже не получится, но и время не будет тратиться на пустую шлифовку асфальта. На 1 передаче возможно разогнаться почти до 60км/час, но для экономии топлива в городе можно переключиться на вторую и на 30км/час. На второй до 50км/час, третья до 80, четвертая до 100, хотя на четвертой машина отлично себя чувствует уже на 60км/час
При обгонах 18 ряд показывает себя на 5 с плюсом! На загруженных дорогах обгоны обычно на скорости 80-90км/час. На стандартной коробке 3-я передача уже на исходе, а 4-я еще «не едет». А тут важна каждая секунда!
На 18 ряде при 80 км/час 4-я передача уже едет и хорошо разгоняется до 110 км/час. 5-я передача за счет пары 4.13 тянет уже с 90км/час, на стандартной коробке 5-я служила скорее для поддержания скорости, разгон на ней очень вялый.
Передаточные числа коробки передач
Трансмиссия автомобиля предназначена для передачи крутящего момента от двигателя к ведущим колесам. Ее составные части: сцепление (обеспечивает наличие или отсутствие связи между двигателем и коробкой передач), коробка передач (подает и перераспределяет мощность и крутящий момент от двигателя к приводным валам колес) и приводные валы.
Большинство технологий, применяемых в тюнинге трансмиссии, проверены в автоспорте. Трансмиссия любого, особенно спортивного автомобиля — важнейший механизм реализации динамических характеристик двигателя. Даже с относительно слабым мотором машина может быть быстрой из-за правильно подобранных передаточных чисел.
В автоспорте применяются синхронизированные (как на «дорожных» автомобилях) и несинхронизированные (кулачковые) коробки передач. По принципу переключения они делятся на обычные (Н-схема) и секвентальные (с последовательным выбором передач, как на мотоциклах).
В автомобилях достаточно серьезного уровня подготовки применяются кулачковые КП. Они имеют ряд преимуществ — выдерживают более высокие нагрузки (за счет формы зуба и зацепления шестерня — кулачковая муфта); позволяют опытным пилотам тратить меньше времени на переключение передач за счет неполного выжима сцепления или вообще без выжима сцепления; в них не разрушаются синхронизаторы (которых попросту нет).
Для обычного дорожного движения кулачковые КП практически непригодны, так как являются достаточно шумными (за счет работы прямозубых зубчатых пар), «жесткими» при включении передачи, имеют относительно небольшой ресурс. Кроме того, они несоизмеримо дороже, чем синхронизированные, и требуют регулярного квалифицированного обслуживания.
Передаточное число коробки передач — это отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубцов ведущей шестерни. Чем оно выше, тем передача «короче» и «мощнее», то есть мотор очень быстро выкручивает положенное количество оборотов, набор скорости происходит так же стремительно, но возникает необходимость в частом переключении передач. Как следствие — некоторое снижение максимальной скорости на данной передаче.
Первое средство повышения разгонной динамики автомобиля — изменение передаточного числа главной пары редуктора. При производстве переднеприводных моделей и машин «десятого» семейства на АвтоВАЗе, как правило, устанавливают пары с передаточным числом 3,7-3,9 (исключение — ВАЗ-21103 16V с передаточным числом 3,5). Трудно поверить, пока не убедишься сам, что установка главной пары 4,1 или 4,3 превращает стандартную «восьмерку» в автомобиль с пушечной динамикой.
К примеру при езде на автомобиле ВАЗ-2108 с двигателем все 1,3 л и главной парой 4,5″. Ощущение такое, будто под капотом живет что-то могучее и дикое, явно не ВАЗовского происхождения. Пилоту заметно чаще приходилось перебирать рычагом переключения передач, зато на светофоре и при любом маневре автомобиль — первый. К слову, на спортивной технике используются шестеренки еще «экстремальнее» — 4,7; а у кроссовиков — и вовсе 5,1. В продолжение разговора о «перебирании рычагом» упомянем о специальных тюнинговых рядах (в профессиональной среде их именуют коммерческими рядами) передач. Хозяева «восьмерок» наверняка знают, что, даже если сильно выкрутить двигатель на первой передаче, при переключении на вторую обороты резко падают, снижается и динамика. Виной тому — слишком большой разрыв между передаточными числами 1-й и 2-й передач. Тюнинговые ряды рассчитаны так, чтобы обеспечивать уверенный равномерный разгон автомобиля 1 всех передачах. Первая передача, по сравнению со «стандартом», слегка «понижена». В этом варианте динамика ухудшается, зато передача становится более «длинной», а в сочетании с главной парой 4,3 — предел мечтаний. Вторая приближена к первой, что избавляет от ощутимого «провала», хорошо знакомого владельцам переднеприводных ВАЗов. Третья и пятая — такие же, как на «стандарте». Четвертая приближена к третьей, шестая — к пятой. Можно легко рассчитать, что получится после всех мероприятий. Используем формулу Va=Nc*60*2¶R/(1000*iп*iгп), где Va, — скорость автомобиля, км/ч; Nc — число оборотов коленчатого вала; R — динамический радиус колеса, м; iп — передаточное число передачи; iгп — передаточное число главной пары.Правда, формула позволяет определить скорость на данной передаче при данных оборотах двигателя, но не разгонную динамику автомобиля.
Вернемся к автоспорту и отметим еще несколько моментов. В гонке необходимо максимально быстрое и четкое включение выбранной передачи. Добиться этого можно различными способами. К примеру, в системах с тяговым включением передач (переднеприводные ВАЗы, ряд моделей Volkswagen) стандартные механизмы не обеспечивают четкого «попадания в передачу», и их конструкция существенно модернизируется путем применения более жестких пластиков и замены соединений шпилька-шплинт на ШС.
Для спортивных автомобилей семейства ВАЗ-2108 давно стала нормой установка жесткой страховочной тяги, соединяющей корпус КП с точкой крепления рычага переключения. «Страховка» обеспечивает их взаимную неподвижность и предотвращает самопроизвольное «выбивание» передачи при резком изменении тяги двигателя, а также при ударных и прыжковых нагрузках на подвеску и кузов.
Операция проходит следующим образом. В стандартном исполнении корпус шаровой опоры рычага переключения передач на переднеприводных ВАЗах жестко прикреплен к кузову автомобиля, поэтому в кузове высверливается отверстие, в него помещается корпус шаровой опоры и соединяется с кузовом через резиновые подушки. Снизу корпуса шаровой опоры устанавливается тяга, второй конец которой соединяется с корпусом коробки передач. Четкое включение передач может понадобиться не только в условиях соревнований, но и в повседневном движении по городу ( особенно водителям, предпочитающим жесткий, активный стиль езды).
У кого-то из читателей наверняка возник вопрос — а долго ли выдержит стандартное сцепление такую трансмиссию? НЕДОЛГО!
Отдельно предлагается установка дифференциала повышенного трения.
Самое очевидное преимущество автомобиля с таким дифференциалом: когда возникает значительная разница в крутящем моменте между полуосями (одно из ведущих колес пробуксовывает), включается блокировка, и полуоси приобретают жесткую связь. Колесо, имеющее хорошее сцепление с дорогой, начинает вращаться. Как только крутящий момент сравнивается, блокировка выключается, и дифференциал работает в обычном режиме.
Помимо повышения проходимости обычных автомобилей, системы блокировки дифференциала широко используются в спортивной технике, поэтому их установку можно порекомендовать любителям активной езды. Присутствие блокировки позволяет проходить повороты на гораздо большей скорости, лучше чувствовать автомобиль и дорогу.
Последний штрих — приводные валы. На «заряженных» автомобилях, как и на спортивных, применяются валы, рассчитанные на передачу значительно большего крутящего момента, чем способен развить стандартный для данного автомобиля двигатель. Необходимо учитывать и возможность работы валов в предельных углах «раскрытия» подвески.
Тюнинг — выражение вашей индивидуальности. Выбирая, что из перечисленного нужно именно вам, необходимо реально оценить свои возможности (это касается в первую очередь водительского мастерства, манеры езды и лишь во вторую — денежной стороны вопроса) и желания. Кого-то заинтересует только повышение передаточного числа главной пары — для динамичных стартов. Кому-то больше придется по душе коммерческий ряд передач — для равномерного уверенного разгона. А кто-нибудь наверняка захочет сделать все — может быть, и, не совсем понимая, зачем ему это нужно
Понижение, Главные пары, передаточные числа или все что вы хотели бы знать о передачах внедорожных трансмиссий)
Мой друг озадачился вопросом установки 35-х колес и естественно со мной советовался.
Я в процессе поиска информации наткнулся на очень интересную статью, которую счел нужным перевести и выложить здесь.
Оригинал статьи называется — Crawl Ratios And Off-Road Gearing: Everything You’ve Ever Wanted To Know!
Что означает раздатка четыре к одному (4:1) на Jeep Wrangler Rubicon? Что в этих 4.10 передачах в этих мясистых мостах Dana 44? Почему когда люди ставят большие колеса на свои машины им надо сменить передаточные числа? Хорошо, цель всех этих изменений помочь транспортному средству передать больше силы на поверхность. Попробуем разобраться почему это так важно.
Передача Силы поверхности
Для ускорения любого объекта должна существовать сила приложенная к этому объекту. То же самое верно для Wrangler YJ обутого в 37″ колеса пытающегося залезть на крутую скалу. Что-бы заставить авто двигаться через препятствия колесам необходимо передать силу скале, что-бы скала смогла произвести реактивную силу, которая толкает машину вверх и через препятствие. Максимизация этой силы и есть важная задача всех оффроад энтузиастов с начала времен.
Вероятно самая известная компания, которая наиболее часто заявляет о своем внедорожном кредо — это JEEP. Одно из модных словечек, которое они любят разбрасывать вокруг, когда представляют “Trail Rated” автомобили — это “Crawl Ratio” или конечное передаточное число (КПЧ). Они расскажут вам, как их новые джипы имеют большое КПЧ — 73:1, которое делает их лучшими внедорожниками со времен Willys MB. Но КПЧ не то, что реально имеет значение на бездорожье. Что действительно имеет значение — как много силы ваши шины могут применить против поверхности земли.
Конечно, большее КПЧ помогает получить больше силы на земле, но также существуют другие факторы в игре, такие как например размер шин и крутящий момент двигателя. Мы поговорим об этих «других» факторах, но сперва обсудим КПЧ (crawl ratio).
Конечное/Финальное передаточное число — Crawl Ratio
По простому КПЧ — это отношение момента на колесах к моменту на маховике двигателя. Оно показывает во сколько раз увеличивается крутящий момент двигателя прежде чем он достигнет места его актуального применения. Существует только три компонента которые определяют КПЧ автомобиля: трансмиссия (transmission), раздаточная коробка (transfer case) и дифференциал (differential) (см. картинку выше).
Мощность от двигателя идет через трансмиссию, далее через раздатку и наконец через дифференциал. При этом мощность «законсервирована» в двигателе — вы не можете получить больше мощности просто применив набор шестеренок, но вы можете получить больше крутящего момента. А так как мощность пропорциональна моменту умноженному на обороты (мощность = момент*RPM/5252 (формула для lb-ft)), используя понижение передач мы увеличиваем крутящий моменты на выходе, но должны уменьшить обороты (RPM) на тоже передаточное значение, чтобы сохранить мощность постоянной.
Мощность двигателя проходя через трансмиссию, раздатку и дифы передает угловое ускорение (обороты двигателя) для крутящего момента. Другими словами, каждый раз при передаче мощности через понижение передач выходная скорость оси ниже скорости на входе (на маховике), но Момент на выходе — выше.
Как найти увеличение момента на колесах по сравнению с моментом на маховике? Довольно просто. Умножая крутящий момент на передаточные числа в трех наборах передач мы можем прийти к КПЧ.
В форме уравнения:
Jeep Cherokee 1992 года выпуска имеет AW4 4-скоростную автоматическую коробу со следующими передаточными числами (с первой по четвертую): 2.80, 1.53, 1.00 & 0.75. Jeep оборудован раздаткой NP231 с 2.72 к одному “понижайкой” и 3.55 на мостах.
Для расчета КПЧ (crawl ratio) просто перемножаем самое короткое передаточное числе коробки (первая передача) на передаточные числа раздатки и мостов (одного дифа).
Для сравнения: новый Wrangler Rubicon с механикой имеет ПЧ первой передачи 4.46, 4-к-1 раздатку, и 4.10 на диференциалах. Это дает огромное КПЧ равное 73!
Для Pajero 4 3.8, 3.0 КПЧ=3,789*1,9*4,3=30,95, 3.2 КПЧ=3,789*1,9*3,917=28,19
Prado 150 4.0 КПЧ=3,52*2,56*3.72=33,5
Sequoia 2004 4.7 КПЧ=2,8*2,56*4,1=29,15
Крутящий момент на Low End Torque
Но КПЧ само по себе значит очень мало без упоминания крутящего момента двигателя. Вам нужно знать, какой момент вы реально умножаете с помощью КПЧ, чтобы действительно понять, как хорошо ваш автомобиль будет управляться в тяжелых условиях. КПЧ равное 27, которое мы рассчитали для XJ идеально и достаточно для его 4.0 двигателя производящего около 200 lb-ft (270 Нм) крутящего момента уже на холостых. А мы знаем, что крутящий момент на колесах это КПЧ умноженное на крутящий момент двигателя. Итак для XJ, на холостых при пониженном ряде передач:
Это довольно много момента на колесах. Это хорошо, потому что нет необходимости раскручивать двигатель для получения момента и означает, что Jeep может ехать приятно и медленно через скалы. Если бы мой XJ имел анемичную (читаем дохлую) 2.5-литровую рядную четверку и имея при этом тот-же КПЧ crawl = 27 он получал бы гораздо меньше момента на колесах и скорее ускорял бы камни под колесами — довольно сомнительное удовольствие. Вот почему 4-х цилиндровые XJ идут с главными парами 4.10.
Итак, крутящий момент на колесах это хорошо, но не дает нам общей картины. Шины также играют большую роль в сцеплении.
Переход от лысых 30″ колес к бугристым 37″-м отличное решение для дорожного просвета и сцепления, но это может повлиять на ускорение автомобиля. Почему? Перестраивая второй закон Ньютона мы знаем, что ускорение автомобиля равно силе действующей на машину разделенной на его массу:
Причина почему авто двигается вперед в действительности в том, что земля «толкает» ее благодаря реакции на силу прикладываемую к поверхности колесами. Это третий закон Ньютона: Сила производимая колесами встречается с равной и противоположной силой от дороги к шинам (каждой силе действия есть равная ей сила противодействия):
Как показано на рисунке выше ваш мост производит момент, τwheel, на колесах. Как мы знаем этот момент — это крутящий момент двигателя увеличенный благодаря КПЧ (crawl ratio). Для определения силы, которую шины оказывают на дорогу Ftr, нам надо вспомнить, что момент сокращается от расстояния. Подумайте об этом как о рычаге: если вы прикладывает силу на длинном рычаге — это дает больше момента, чем прикладывание той-же силы на коротком рычаге.
Крутящий момент производимый на колесах приводит к силе у поверхности земли, равной моменту деленному на радиус шины. Это означает, что большие шины производят меньше силы. И так как масса остается неизменной, второй закон Ньютона (см. перестроенное уравнение выше) гласит, что ускорение будет падать. Вот почему возникает желание сменить передачу, когда вы имеете большие колеса: вы хотите увеличить τwheel (момент на колесах) для сохранения силы Frt достаточно высокой для сохранения приличного ускорения.
Также следует отметить, что принципы приведенные выше крайне упрощены и не принимают в расчет увеличивающиеся моменты инерции больших шин. Но большие шины в самом деле имеют более высокие моменты инерции, что требует больше момента для их вращения. Мы не будем углубляться в этот вопрос, но это еще одна причина почему смена передаточных чисел так важна.
Больше контроля при медленном движении
Еще одна огромная выгода от верно подобранных передаточных чисел, кроме большей силы на поверхности это возможность пересекать препятствия более медленно и в более контролируемой манере. Двигатели как правило производят максимум мощности в верхнем диапазоне оборотов (что влияет как, мощность=момент х обороты). Для того, чтобы автомобиль имел достаточно момента для преодоления крутых подъемов на низких скоростях, вы захотите что-бы двигатель мог крутиться быстро при низкой скорости колес. Это удержит двигатель у пиковой мощности в то время как автомобиль будет двигаться на низкой, контролируемой скорости.
В этом преимущество большого КПЧ crawl ratio: оно не только увеличивает крутящий момент вашего двигателя, но также позволяет получать больше мощности находясь в диапазоне высоких оборотов маховика и низких скоростях авто. Мощность может пройти через большое количество передаточных понижений, что в конечном счете произведет много момента на колесах.
Иметь достаточно мощности для медленного преодоления препятствий одно дело, но даже имея достаточно мощности на холостых вы может быть ограничены в том, как медленно вы можете двигаться прежде чем двигатель заглохнет. А медленное движение по бездорожью может быть именно той разнице между курсированием между сложными препятствиями и срезанием валов моста. Низкие скорости — особенная проблема автомобилей с механической коробкой передач, где колеса жестко соединены с двигателем. Двигатель имеет определенную минимальную скорость холостого хода, обычно около 600-800 rpm. Скорость холостого хода ωEngine напрямую связана с минимальными оборотами колеса следующим уравнением:
Это означает, что высокое КПЧ crawl ratio приводит к низким оборотам колес. Это важно: когда вы имеете действительно короткие передачи, ваши колеса будут крутиться очень медленно по сравнению с коленвалом. И низкие обороты колес означают низкую скорость автомобиля, так как скорость авто связана с RPM шины через радиус, r:
Итак если вы имеете огромные колеса ваша минимальная скорость движения будет довольно высокой, если вы не измените передаточные числа.
При высокой скорости движения можно получить проблемы при движении в тесных, сложных участках. Конечно есть возможность ехать более медленно на механической коробке если у вас «плохие» передаточные числа, но вам придется использовать стартер)) или позволять шинам или сцеплению проскальзывать. Совсем не интересная перспектива, когда под боком обрыв в 50 метров.
Эта минимальная скорость движения не дает столько проблем в случае автоматической коробки передач, так как вы можете двигаться медленно как хотите, без риска заглохнуть, благодаря большому проскальзыванию в гидротрансформаторе. Он позволяет двигателю работать на холостых даже если колеса совсем не будут крутиться, думаю будет иметь место небольшое вспенивание масла, что приведет к значительному нагреву трансмиссии. Радиатор АКПП хорошего размера справится с этим. На самом деле, когда гидротрансформатор проскальзывает и вспенивает жидкость, существенно увеличивается крутящий момент двигателя с коэффициентом до 2-х. А больше момента равняется больше «лучше».
Управляемость на дороге
Другой аспект — как передаточные числа влияют на то, как автомобиль едет по обычной дороге. Короткие передачи позволят иметь больше крутящего момента на колесах, соответственно лучшего ускорения, но может ограничить максимальную скорость. Высокое КПЧ (читай короткие передачи) означает ваши колеса будут крутиться очень медленно в то время как обороты двигателя будут очень высокими. Это может привести к снижению максимальной скорости, за исключением случая если вы скорректируете размер колес. Вспомним что скорость колеса, равна радиусу умноженному на обороты. Итак, даже с высоким КПЧ crawl ratio, большие шины могут снизить скорости двигателя и сделать езду по трассе достаточно приятной.
Высокие передаточные теоретически позволяют получить лучшую экономичность, но увеличивают минимальную скорость движения и влияют на скорость разгона. Думаю высокие ПЧ не обязательно приведут к низким оборотам на трассе и лучшей топливной экономичности. Очень часто люди ставят огромные колеса и не утруждаются заменой передач. Большие шины снижают осевую нагрузку? которая двигает машину вперед и когда это сила не может преодолеть сопротивление трансмиссии надо переключиться пониже, что-бы предоставить больше крутящего момента колесам. Это приведет к плохой топливной экономичности и громкой езде по трассе.
Прелесть в том, что КПЧ дает лучшее: достаточно короткое что-бы дать хорошее ускорение и низкую скорость на бездорожье, но достаточно высокое что-бы позволить двигателю сохранить низкие обороты на трассовых скоростях. Понимание баланса между передачами и размером шин ключ к успеху на бездорожье!
Разбирал вопрос бывший Fiat Chrysler инженер и подписчик Jalop David Tracy’s
Оригинал статьи