на что влияет передаточное число главной передачи
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.
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
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
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:
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:
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).