Передаточные числа коробок передач

Дата добавления: 09-05-2018

Сводная таблица передаточных чисел передач для трансмиссий JEEP, пикапов и внедорожников американского производства

Количество просмотров: 6020

Какое оптимальное передаточное число коробки передач?

Практически любая коробка передач в современных автомобилях состоит из набора шестерен, которые используются для обеспечения нужного режима работы двигателя и для передачи необходимого крутящего момента на колеса через КПП. Исключением является вариатор CVT, который использует бесступенчатые технологии в своем переключении. Все остальные широко распространенные коробки применяют именно шестерни, которые имеют разные размер и могут обеспечить необходимые особенности работы машины. Одной из основных характеристик КПП является так называемое передаточное число.

Если бы в автомобиле не было коробки передач, сдвинуть его с места было бы сложной задачей. А после того, как авто тронулось бы, невозможно было бы набрать нормальную скорость, ведь двигатель очень быстро раскручивается и доходит до пика своих возможностей. Потому был придуман дополнительный блок с шестеренками, которые включаются в зависимости от скорости и режима работы автомобиля. Сегодня мы поговорим о таком моменте технических характеристик машины, как передаточные числа коробки.

Природа передаточного числа и сфера влияния данной характеристики КПП

У каждого производителя существуют собственные соображения о том, как определять оптимальное число для коробки. Природа этого значения достаточно проста — вычисляется соотношение количества зубьев ведущей и ведомой шестерни. Если ведущая шестеренка имеет 60 зубьев, а ведомая — 30, то передаточное число будет равно 2 (60:30). Если же наоборот, ведущая шестеренка будет обладать 30 зубьями, а ведомая — 60, то передаточное число будет равно 0.5 (30:60).

Сфера влияния этого фактора достаточно серьезная. Если передаточное число коробки подобрано на заводе не слишком хорошо, автомобиль будет крайне сложно эксплуатировать. Потому концерны стараются максимально точно настраивать качественную работу КПП в этом аспекте. В современных условиях наиболее распространенные диапазоны передаточных чисел для стандартной и популярной 5-ступенчатой механической коробки следующие:

• первая передача зачастую обладает числом от 3 до 4;
• вторая передача обладает передаточным числом от 2 до 2.9;
• третья передача от 1.2 до 1.9;
• четвертая передача от 0.9 до 1.2;
• пятая передача от 0.7 до 0.9;
• передача заднего хода от 3 до 4.

Для автоматических коробок передач зачастую используют более длинные диапазоны, чтобы получить плавную и эластичную работу агрегата в различных режимах. С помощью передаточного число определяется длина передач, что серьезно влияет на качество и комфорт поездки водителя за рулем. Если передаточные числа настроены неудачно, ездить на машине с механической коробкой будет страшно неудобно. А на автомате с плохой настройкой будут проявляться постоянные рывки, расход топлива будет значительно завышен.

Вот такие особенности определяет передаточное число коробки передач. Главной задачей правильной настройки этого механизма является обеспечение нормальной работы двигателя в различных режимах. Именно после определения передаточных чисел и прочих особенностей коробки производитель создает рекомендации по скоростным режимам и оборотам для переключения передач. А также в связи с этой информацией и ее особенностями настраиваются прочие механизмы автомобиля.

Каким должно быть оптимальное передаточное число в коробке?

Говорить про оптимальные показатели в данном случае невозможно. Передаточное число коробки переда подбирается на заводе при изготовлении автомобиля, оно является неотъемлемой характеристикой конкретной коробки передач. Потому говорить о каких-либо цифровых значениях в данной связи невозможно. Это то самое, что говорить о превосходстве зимней резины над летней. Они просто разные, потому их эксплуатируют в различные сезоны. С передаточным числом все несколько иначе, ведь его особенности влияют на повадки машины.

Но для каждого водителя идеальные повадки автомобиля также разные, потому сложно определить оптимальное передаточное число. Также зависит удобство управления авто с конкретным передаточным числом от мощности двигателя, его способности тянуть с самых низов. Иначе водителю придется постоянно переключать передачи, а автоматическая коробка будет постоянно задействовать быстро выходящие из строя механизмы. Важно подобрать правильное передаточное число КПП, чтобы обеспечить следующие важные аспекты:

• удобная эксплуатация автомобиля без чрезмерного количества переключения передач на механике или автомате;
• нормальная динамика автомобиля, которая определяется именно настройками каждой отдельной передачи;
• отличная работа в комплексе всех передач, отсутствие выхода из общего строя одного из режимов поездки;
• обеспечение нормального расхода топлива при обычной эксплуатации автомобиля и отсутствие перегазовок;
• наличие длинной последней передачи, которая может разогнать авто до максимальной скорости;
• обеспечение эластичных условий эксплуатации силового агрегата, а также самого модуля КПП;
• полная совместимость разработанного двигателя с передаточными числами трансмиссии в автомобиле.

Именно по этим причинам для каждого отдельного двигателя производитель разрабатывает коробку с определенными передаточными числами. Мало того, установка неродной коробки на автомобиль чревата серьезными последствиями. Если вы решите поставить на ваше авто коробку передач от более мощной модификации того самого двигателя, то обеспечите серьезные нарушения в эксплуатации авто. Придется задуматься о большом износе двигателя и не слишком удобных вариантах переключения передач.

При установке на двигатель коробки передач с менее мощного силового агрегата вы украдете у себя часть потенциала машины. Коробка не будет раскрывать весь потенциал агрегата, а также заставит тратить больше топлива на поездку. Это самые главные причины, которые заставляют автомобильных производителей изготавливать постоянно новые коробки с более универсальными и хорошими для эксплуатации настройками. Передаточные числа также сильно зависят от предназначения машины.

Если вы хотите получить больше сведений и технических моментов о коробке передач, ее характеристиках и конструкции, смотрите следующее видео:

Подводим итоги

Очень важный аспект передаточных чисел трансмиссии является одной из самых главных характеристик этого узла вашего автомобиля. Крайне важно, чтобы ваша машина обладала родной коробкой передач, потому как двигатель не сможет долго полноценно работать под управлением другой трансмиссии с измененными передаточными числами. Часто установка новых шестерен становится объектом тюнинга автомобилей. Задумайтесь, хотите ли вы вдвое уменьшить ресурс двигателя, получив пару дополнительных лошадиных сил.

Вопрос настройки передаточных чисел сегодня является одной из главных проблем слабых в инженерном плане компаний-производителей автомобильного транспорта. Именно из-за неудачных решений в конструкции коробки передач вышло так, что некоторые авто совершенно не могут выполнять свои задачи и реализовывать потенциал мощных и неплохих силовых агрегатов. Если у вас есть, чем дополнить рассказ о передаточных числах трансмиссии автомобиля, расскажите свое мнение в комментариях к записи.

Передаточные числа КПП: что такое передаточное число

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.

Содержание статьи

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.

С учетом вышесказанного становится понятно, что на разных авто передаточные числа трансмиссии подбирают с учетом мощности двигателя, крутящего момента, который выдает агрегат, целевого назначения самого ТС и т.д.  Другими словами, улучшение динамических характеристик автомобиля  зависит от того, насколько удачно реализован  подбор передаточных чисел в коробке передач.

• 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.

Если же отбросить экономичность, тогда путем ряда доработок коробки можно улучшить динамику. Прежде всего, сужается диапазона частот, которые мотор развивает при езде на одной передаче. Фактически, передачи делаются более короткими, а также сближаются передаточные отношения передач, которые расположены рядом (сближенный ряд КПП).

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).  

В результате  после установки главной пары 3.9 или 4.1 передаточное число на 5-й передаче будет почти таким же, как и на 4-й при главной паре 3.7. Также дополнительно понизит общее передаточное число трансмиссии использование  шин меньшего радиуса. В результате  динамика автомобиля станет лучше, однако будет потеряна экономичность 5-й передачи.

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.

Кстати, подбором передаточных чисел трансмиссии можно или улучшить разгонную динамику, или же повысить экономичность. При этом на практике во втором случае изменения в устройство КПП вносятся достаточно редко, так как штатно передаточное отношение зачастую подобрано достаточно удачно.

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.

Читайте также

Как работают передаточные числа | HowStuffWorks

Если вы хотите создать высокое передаточное число, ничто не сравнится с червячной передачей . В червячной передаче вал с резьбой входит в зацепление с зубьями шестерни. Каждый раз, когда вал совершает один оборот, шестерня перемещается на один зуб вперед. Если шестерня имеет 40 зубьев, передаточное отношение 40: 1 в очень маленьком корпусе. Вот один пример из дворника.

Механический одометр — это еще одно место, где используется много червячных передач:

Планетарные передачи

Есть много других способов использования шестерен.Одна специализированная зубчатая передача называется планетарной зубчатой ​​передачей . Планетарные передачи решают следующую проблему. Допустим, вам нужно передаточное число 6: 1, при котором входной сигнал вращается в том же направлении, что и выходной. Один из способов создать это передаточное число — использовать следующую трехступенчатую передачу:

В этой цепочке синяя шестерня в шесть раз больше диаметра желтой шестерни (что дает передаточное число 6: 1). Размер красной шестерни не важен, потому что она просто меняет направление вращения, чтобы синяя и желтая шестерни вращались одинаково.Однако представьте, что вы хотите, чтобы ось выходной шестерни была такой же, как и у входной шестерни. Обычное место, где требуется возможность такой же оси, — это электрическая отвертка. В этом случае вы можете использовать планетарную передачу, как показано здесь:

В этой системе передач желтая передача (солнце ) включает все три красные передачи ( планет ) одновременно. Все три прикреплены к пластине (водило ), и они входят в зацепление с внутри синей шестерни (кольцо ), а не снаружи.Поскольку вместо одной красные шестерни используются три, эта зубчатая передача чрезвычайно прочная. Выходной вал прикреплен к синей коронной шестерне, а водило планетарной передачи удерживается неподвижно — это дает то же передаточное число 6: 1. Вы можете увидеть изображение двухступенчатой ​​планетарной передачи на странице электрической отвертки и трехступенчатой ​​планетарной системы на странице спринклерных систем. Внутри автоматических трансмиссий вы также найдете планетарные передачи.

Еще одна интересная особенность планетарных редукторов заключается в том, что они могут создавать разные передаточные числа в зависимости от того, какую передачу вы используете в качестве входной, какую передачу вы используете в качестве выходной, а какую вы держите неподвижно.Например, если вход — солнечная шестерня, и мы удерживаем коронную шестерню неподвижно и прикрепляем выходной вал к водилу планетарной передачи, мы получаем другое передаточное число. В этом случае водило планеты и планеты вращаются вокруг солнечной шестерни, поэтому вместо того, чтобы солнечная шестерня должна вращаться шесть раз, чтобы водило планеты совершило один оборот, она должна вращаться семь раз. Это связано с тем, что водило планетарной передачи обернулось вокруг солнечной шестерни один раз в том же направлении, в котором она вращалась, вычитая один оборот из солнечной шестерни.Таким образом, в этом случае мы получаем сокращение 7: 1.

Вы можете снова переставить все, и на этот раз удерживайте солнечную шестерню неподвижно, снимите выход с водила планетарной передачи и подсоедините вход к коронной шестерне. Это даст вам редуктор 1,17: 1. В автоматической коробке передач используются планетарные редукторы для создания различных передаточных чисел, а также используются муфты и тормозные ленты для удержания различных частей редуктора в неподвижном состоянии и изменения входов и выходов.

Как работают передаточные числа | HowStuffWorks

Если вы хотите создать высокое передаточное число, ничто не сравнится с червячной передачей .В червячной передаче вал с резьбой входит в зацепление с зубьями шестерни. Каждый раз, когда вал совершает один оборот, шестерня перемещается на один зуб вперед. Если шестерня имеет 40 зубьев, передаточное отношение 40: 1 в очень маленьком корпусе. Вот один пример из дворника.

Механический одометр — это еще одно место, где используется много червячных передач:

Планетарные передачи

Есть много других способов использования шестерен. Одна специализированная зубчатая передача называется планетарной зубчатой ​​передачей . Планетарные передачи решают следующую проблему.Допустим, вам нужно передаточное число 6: 1, при котором входной сигнал вращается в том же направлении, что и выходной. Один из способов создать это передаточное число — использовать следующую трехступенчатую передачу:

В этой цепочке синяя шестерня в шесть раз больше диаметра желтой шестерни (что дает передаточное число 6: 1). Размер красной шестерни не важен, потому что она просто меняет направление вращения, чтобы синяя и желтая шестерни вращались одинаково. Однако представьте, что вы хотите, чтобы ось выходной шестерни была такой же, как и у входной шестерни.Обычное место, где требуется возможность такой же оси, — это электрическая отвертка. В этом случае вы можете использовать планетарную передачу, как показано здесь:

В этой системе передач желтая передача (солнце ) включает все три красные передачи ( планет ) одновременно. Все три прикреплены к пластине (водило ), и они входят в зацепление с внутри синей шестерни (кольцо ), а не снаружи. Поскольку вместо одной красные шестерни используются три, эта зубчатая передача чрезвычайно прочная.Выходной вал прикреплен к синей коронной шестерне, а водило планетарной передачи удерживается неподвижно — это дает то же передаточное число 6: 1. Вы можете увидеть изображение двухступенчатой ​​планетарной передачи на странице электрической отвертки и трехступенчатой ​​планетарной системы на странице спринклерных систем. Внутри автоматических трансмиссий вы также найдете планетарные передачи.

Еще одна интересная особенность планетарных редукторов заключается в том, что они могут создавать разные передаточные числа в зависимости от того, какую передачу вы используете в качестве входной, какую передачу вы используете в качестве выходной, а какую вы держите неподвижно.Например, если вход — солнечная шестерня, и мы удерживаем коронную шестерню неподвижно и прикрепляем выходной вал к водилу планетарной передачи, мы получаем другое передаточное число. В этом случае водило планеты и планеты вращаются вокруг солнечной шестерни, поэтому вместо того, чтобы солнечная шестерня должна вращаться шесть раз, чтобы водило планеты совершило один оборот, она должна вращаться семь раз. Это связано с тем, что водило планетарной передачи обернулось вокруг солнечной шестерни один раз в том же направлении, в котором она вращалась, вычитая один оборот из солнечной шестерни.Таким образом, в этом случае мы получаем сокращение 7: 1.

Вы можете снова переставить все, и на этот раз удерживайте солнечную шестерню неподвижно, снимите выход с водила планетарной передачи и подсоедините вход к коронной шестерне. Это даст вам редуктор 1,17: 1. В автоматической коробке передач используются планетарные редукторы для создания различных передаточных чисел, а также используются муфты и тормозные ленты для удержания различных частей редуктора в неподвижном состоянии и изменения входов и выходов.

Как работают передаточные числа | HowStuffWorks

Если вы хотите создать высокое передаточное число, ничто не сравнится с червячной передачей .В червячной передаче вал с резьбой входит в зацепление с зубьями шестерни. Каждый раз, когда вал совершает один оборот, шестерня перемещается на один зуб вперед. Если шестерня имеет 40 зубьев, передаточное отношение 40: 1 в очень маленьком корпусе. Вот один пример из дворника.

Механический одометр — это еще одно место, где используется много червячных передач:

Планетарные передачи

Есть много других способов использования шестерен. Одна специализированная зубчатая передача называется планетарной зубчатой ​​передачей . Планетарные передачи решают следующую проблему.Допустим, вам нужно передаточное число 6: 1, при котором входной сигнал вращается в том же направлении, что и выходной. Один из способов создать это передаточное число — использовать следующую трехступенчатую передачу:

В этой цепочке синяя шестерня в шесть раз больше диаметра желтой шестерни (что дает передаточное число 6: 1). Размер красной шестерни не важен, потому что она просто меняет направление вращения, чтобы синяя и желтая шестерни вращались одинаково. Однако представьте, что вы хотите, чтобы ось выходной шестерни была такой же, как и у входной шестерни.Обычное место, где требуется возможность такой же оси, — это электрическая отвертка. В этом случае вы можете использовать планетарную передачу, как показано здесь:

В этой системе передач желтая передача (солнце ) включает все три красные передачи ( планет ) одновременно. Все три прикреплены к пластине (водило ), и они входят в зацепление с внутри синей шестерни (кольцо ), а не снаружи. Поскольку вместо одной красные шестерни используются три, эта зубчатая передача чрезвычайно прочная.Выходной вал прикреплен к синей коронной шестерне, а водило планетарной передачи удерживается неподвижно — это дает то же передаточное число 6: 1. Вы можете увидеть изображение двухступенчатой ​​планетарной передачи на странице электрической отвертки и трехступенчатой ​​планетарной системы на странице спринклерных систем. Внутри автоматических трансмиссий вы также найдете планетарные передачи.

Еще одна интересная особенность планетарных редукторов заключается в том, что они могут создавать разные передаточные числа в зависимости от того, какую передачу вы используете в качестве входной, какую передачу вы используете в качестве выходной, а какую вы держите неподвижно.Например, если вход — солнечная шестерня, и мы удерживаем коронную шестерню неподвижно и прикрепляем выходной вал к водилу планетарной передачи, мы получаем другое передаточное число. В этом случае водило планеты и планеты вращаются вокруг солнечной шестерни, поэтому вместо того, чтобы солнечная шестерня должна вращаться шесть раз, чтобы водило планеты совершило один оборот, она должна вращаться семь раз. Это связано с тем, что водило планетарной передачи обернулось вокруг солнечной шестерни один раз в том же направлении, в котором она вращалась, вычитая один оборот из солнечной шестерни.Таким образом, в этом случае мы получаем сокращение 7: 1.

Вы можете снова переставить все, и на этот раз удерживайте солнечную шестерню неподвижно, снимите выход с водила планетарной передачи и подсоедините вход к коронной шестерне. Это даст вам редуктор 1,17: 1. В автоматической коробке передач используются планетарные редукторы для создания различных передаточных чисел, а также используются муфты и тормозные ленты для удержания различных частей редуктора в неподвижном состоянии и изменения входов и выходов.

How Gear Works — Car Craft Magazine

Итак, вы выбросили набор из 4 штук.10 секунд на заднюю ось, потому что вы хотите ехать быстро … но вы действительно знаете, что делаете? Согласно нашему опросу читателей, многие из вас готовы признать, что на самом деле нет.

Вот почему эта история расскажет об основах снаряжения для новичков, а также расскажет о некоторых физических принципах, которые вы, хардкорные, могли не учитывать. Мы также воспользуемся нашим собственным опытом, чтобы помочь вам решить, как настроить машину для езды по улице или полосе. Может помочь, если вы сначала прочитаете «Gearing Lingo» в правом столбце.

Когда вы слышите, что люди ссылаются на числа вроде 3,08, 3,73 или 4,10, они говорят о соотношении зубчатых колес в задней оси — следовательно, цифры более точны 3,08: 1, 3,73: 1 или 4,10: 1. Передаточное отношение — это количество зубьев ведомой шестерни (кольца), деленное на количество зубьев ведущей шестерни (шестерни). Таким образом, если коронная шестерня имеет 37 зубьев, а шестерня — 9 зубьев, соотношение будет 4,11: 1. Это также означает, что за каждый оборот зубчатого венца шестерня поворачивается на 4.11 раз.

В дополнение к изменению направления потока мощности на 90 градусов (от карданного вала к осям), задние шестерни предназначены для увеличения крутящего момента, передаваемого двигателем и трансмиссией. Механизмы можно рассматривать как сложные рычаги. Другими словами, они обеспечивают механическое преимущество, которое умножает работу — в данном случае крутящий момент — чтобы помочь мощности двигателя перемещать транспортное средство. Более низкие передачи похожи на более длинный рычаг: они обеспечивают большее механическое преимущество. Более высокие передачи похожи на более короткий рычаг: они обеспечивают меньшее механическое преимущество.Это похоже на то, когда вы используете длинную перемычку вместо короткой рукоятки с храповым механизмом для снятия затянутых гаек. Точно так же, как длинный стержень передает больший крутящий момент на гайку, шестерни нижней оси обеспечивают больший крутящий момент на колесах.

Очень легко рассчитать приумножение крутящего момента, обеспечиваемое вашими ведущими шестернями, — просто умножьте его на передаточное число. Например, предположим, что двигатель и трансмиссия передают крутящий момент 100 фунт-фут на ведущую шестерню. Если передаточное число зубчатого колеса равно 4.10: 1, то выходной крутящий момент составляет 410 фунт-фут (100×4,10). Точно так же, если передаточное число составляет 3,08: 1, то выходной крутящий момент будет 308 фунт-фут. Легко видеть, что более низкие передачи 4,10: 1 передают на землю больше мощности, чем более высокие передачи 3,08: 1. Имейте в виду, что мощность двигателя не изменилась, но изменился крутящий момент, доступный для шин.

Осевые шестерни и частота вращения двигателя

Учитывая, что понижающие передачи обеспечивают большее увеличение крутящего момента, кажется, что они всегда являются лучшим выбором для использования с высокими эксплуатационными характеристиками.Однако более низкие передачи требуют большей входной скорости (оборотов двигателя) для обеспечения той же выходной скорости (оборотов шины). Более высокие передачи меньше увеличивают крутящий момент, но они требуют меньшей входной скорости для обеспечения той же выходной скорости; Вот почему передаточные числа также определяют крейсерские обороты двигателя.

Опять же, подумайте о длинной перемычке и короткой трещотке. Когда ваша рука находится на дальнем конце отбойного стержня (который является более длинным рычагом, как у нижних передач), работа намного проще, но для того, чтобы повернуть гайку, один полный оборот требует, чтобы ваша рука прошла гораздо большее расстояние, чем это было бы с гаечный ключ меньшего размера (более короткий рычаг, как у высших передач) с меньшим радиусом поворота.Точно так же для передач нижней оси (более длинный рычаг) требуется, чтобы двигатель перемещался на большее расстояние (больше оборотов) за один оборот шины, чем для более высоких передач. Чтобы взглянуть на это с другой стороны, если трансмиссия находится на передаче с передаточным числом 1: 1 (например, четвертая передача на большинстве четырехскоростных), а задние передачи — 3,08 секунды, то двигатель должен вращаться 3,08 раза за каждый оборот. шин. Более низкая передача 4,10: 1 заставит двигатель вращаться 4,10 раза за каждый оборот шины, поэтому более низкие передачи вызывают более высокие обороты двигателя при любой скорости движения.

Осевые шестерни в сравнении с характеристиками автомобиля

Если вы продолжите визуализировать пример снятия гаек с проушинами длинным или коротким гаечным ключом, это поможет вам понять, как настроить автомобиль на ускорение на четверть мили. Все, что вы можете сделать, чтобы уменьшить сопротивление повороту гайки, позволит вам использовать более короткий гаечный ключ или меньшее усилие; Точно так же, чем легче автомобиль, тем меньше усилий требуется для его перемещения, тем выше скорость, на которой вы можете уйти. Кроме того, ваш мускулистый приятель, вероятно, сможет ослабить гайку с помощью короткого гаечного ключа, тогда как слабому человеку потребуется более длинный гаечный ключ; То же самое и с автомобилем — чем больше входная мощность (крутящий момент двигателя), тем более высокую передачу вы можете использовать.

В реальном мире типичные уличные машины, стремящиеся к хорошим характеристикам драгстрипа, обычно быстрее всего работают с передачами 4,10: 1. Пониженные передачи требуются, если автомобиль очень тяжелый или если двигатель развивает свою мощность на верхнем пределе шкалы оборотов. Иногда используются более высокие передачи, если двигатель имеет большой крутящий момент на низких оборотах и ​​не любит крутиться на высоких оборотах — 455 Buicks, Olds и Pontiacs — прекрасные примеры автомобилей, которые могут работать быстро с 3,50: 1 или 3,73: 1. шестерни. Кроме того, закись азота позволяет использовать более высокие передачи не только потому, что он резко увеличивает крутящий момент, но и потому, что он вызывает быстрое увеличение оборотов двигателя.Добавьте закись азота, и вы можете обнаружить, что переключитесь раньше, а если вы на высшей передаче на полпути, то двигатель будет кричать на финише. Использование более высоких передач помогает закиси азота лучше работать под нагрузкой, а также помогает двигателю поддерживать диапазон мощности на всем протяжении всей трассы.

Вот причина, по которой низкие передачи могут быть полезны для характеристик драгстрипа, о которой вы, вероятно, никогда не задумывались. Предположим, что автомобиль имеет передаточное отношение 1: 1, шины высотой 26 дюймов и шестерни моста 3,08: 1. При разгоне от 50 до 70 миль в час частота вращения двигателя увеличивается примерно на 800 об / мин.Включите передачу 4,10: 1 в той же машине, и частота вращения двигателя увеличится на 1060 об / мин — разница составляет 40 об / мин для 3,08 с по сравнению с 53 об / мин для 4,10 с. Более высокая скорость увеличения оборотов по сравнению со скоростью движения обеспечивает большее ускорение. Поскольку мощность в лошадиных силах увеличивается по мере увеличения оборотов двигателя (до точки, когда кривая крутящего момента падает с большей скоростью, чем увеличение оборотов двигателя), двигатель может легче преодолевать нагрузки на более низких передачах, чем на более высоких передачах. Это помогает не только в ускорении, но и в поддержании скорости движения под нагрузкой, например, при подъеме на крутой склон.

Если вы предпочитаете максимальную скорость характеристикам драгстрипа, то могут потребоваться более высокие передачи оси, например, 2,76: 1 или 3,08: 1. Более высокие передачи уменьшают скорость вращения двигателя в зависимости от скорости движения. Еще один способ взглянуть на это: автомобиль будет двигаться быстрее на предельных оборотах двигателя, чем на более низких передачах. Пострадает ускорение на низких скоростях, но это можно исправить с помощью одной из современных ручных пяти- или шестиступенчатых трансмиссий, которые обеспечивают более низкие Первую и Вторую передачи для ускорения, а также имеют повышающую передачу для еще большей максимальной скорости — или снижение оборотов двигателя, в зависимости от от того, как вы на это смотрите.

Почему высота шин влияет на круизные обороты?

Иногда можно услышать, как люди говорят об «эффективном передаточном числе», чтобы объяснить падение крейсерских оборотов после установки более высоких шин или увеличение оборотов на более коротких шинах. Вот их теория: если автомобиль стартует с передачей 3,50: 1 и шинами высотой 26 дюймов, но затем шины меняются на 30-дюймовые, то эффективное передаточное число составляет 3,08: 1. Другими словами, крейсерская частота вращения с передачами 3,50: 1 и 30-дюймовыми шинами такая же, как если бы 26-дюймовые шины были сохранены и 3.Установлены шестерни 08: 1.

Нам не нравится эта концепция, потому что она сложна и неактуальна. Вы не можете подойти к машине ночью в круиз и вычислить ее «эффективное передаточное число», если не знаете ее первоначальный размер шин. Многие скажут: «У него передачи 3,73: 1, но они действуют как 3,50, потому что шины выше». Выше чего? Нет стандарта, с которым можно было бы сравнивать. Кроме того, «эффективное передаточное число» означает, что передаточное число было изменено, но размер шины никак не влияет на передаточное число осей.Вот доказательство: если у вас есть передачи 4,10: 1, то карданный вал будет поворачиваться 4,1 раза за каждый оборот шин, независимо от их размера.

Однако изменения диаметра шин действительно влияют на крейсерские обороты автомобиля и, возможно, на его ускорение, потому что вы изменили количество оборотов шины на милю. Например, шина с истинным диаметром 26 дюймов имеет окружность 81,68 дюйма; шина высотой 30 дюймов имеет окружность 94,25 дюйма. Это означает, что каждый раз, когда 30-дюймовая шина совершает один оборот, она перемещает автомобиль примерно на 12-1 / 2 дюйма дальше, чем один оборот 26-дюймовых шин.Следовательно, более высокая шина требует меньших входных оборотов (оборотов двигателя), чтобы пройти такое же расстояние. И наоборот, более короткие шины требуют большей скорости двигателя на милю в час. Вот почему более короткие шины, кажется, действуют как шестерни нижней оси, а более высокие — как высшие передачи.

Есть две другие причины, по которым более высокие шины могут снижать ускорение. Во-первых, выше обычно означает больше, а значит, тяжелее. Во-вторых, более высокие шины имеют больший радиус статической нагрузки или расстояние от центра полуоси до земли, когда шина установлена ​​с рабочим давлением и нагружена весом транспортного средства.Чем больше радиус статической нагрузки, чем больше длина рычага между осью и землей, тем выше способность шины сопротивляться ускорению автомобиля. Однако более высокие шины также имеют большее пятно контакта, чем более короткие шины, поэтому преимущества тягового усилия на драгстрипе обычно перевешивают любые недостатки более высоких шин, особенно когда выбираются правильные ведущие шестерни, чтобы компенсировать размер шины.

Как работают передаточные числа?

Передаточное число — это фундаментальная наука, лежащая в основе почти каждой машины в современную эпоху.Они могут максимизировать мощность и эффективность и основаны на простой математике. Итак, как они работают?

Если вы работаете с передаточными числами каждый день, этот пост, вероятно, не для вас. Но если вы хотите улучшить свое понимание этого важного элемента конструкции машины, продолжайте читать.

Передаточные числа просты, если вы разбираетесь в математике, стоящей за кругами. Я избавлю вас от математики в начальной школе, но важно знать, что длина окружности связана с диаметром круга.Эта математика важна при расчете передаточного числа.

Основы проектирования передаточных чисел и передаточных чисел

Чтобы начать понимать передаточные числа, проще всего начать с удаления зубьев шестерен. Представьте себе два круга, катящихся друг против друга, и при условии отсутствия проскальзывания, как в колледже Физика 1. Дайте одному кругу диаметр 2,54 дюйма . Умножение этого числа на пи дает нам окружность 8 дюймов или, другими словами, один полный оборот окружности приведет к смещению на 8 дюймов .

Обозначьте круг два диаметром ,3175 дюйма , что даст нам окружность 1 дюйм . Если эти два круга катятся вместе, они будут иметь передаточное число 8: 1, так как круг имеет длину окружности в 8 раз больше, чем диаметр второго круга. Передаточное число 8: 1 означает, что , при котором круг два, поворачивается на 8 раз по за каждый раз, когда один круг вращается один раз. Не засыпай меня еще; мы будем становиться все более и более сложными.

Шестерни — это не круги, потому что, как вы знаете, у них есть зубцы.Шестерни должны иметь зубья, потому что в реальном мире нет бесконечного трения между двумя вращающимися кругами. Зубья также позволяют легко достичь точного передаточного числа.

Вместо того, чтобы иметь дело с диаметрами шестерен, вы можете использовать количество зубьев шестерни для достижения высокоточных передаточных чисел. Передаточные числа никогда не бывают произвольными, они сильно зависят от необходимого крутящего момента и выходной мощности, а также от зубчатой ​​передачи и прочности материала. Например, если вам нужно передаточное число 3.57: 1 , можно было бы спроектировать две совместимые шестерни , одну с 75 зубьями и другую с 21 .

СВЯЗАННЫЙ: ДАННЫЙ ТУРБОФАН С ПЕРЕДАЧЕЙ НА 15 ПРОЦЕНТОВ ЭФФЕКТИВнее ДРУГИХ САМОЛЕТНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Еще одним важным аспектом, влияющим на использование зубьев в зубчатых колесах, являются производственные допуски. Большинство шестерен могут быть изготовлены с довольно широкими допусками, и мы знаем, что чем жестче допуски, тем дороже их производство.Зубья позволяют производить шестерни заданного диаметра в некоторой степени вариативно, а это значит, что изготовление становится дешевле. По сути, зубья становятся буфером, который допускает дефекты в производстве зубчатых колес.

Расчет передаточных чисел при проектировании машин

Хотя базовое передаточное число довольно просто понять, оно также может быть намного сложнее. При проектировании машин часто требуются зубчатые передачи большого размера, называемые зубчатыми передачами. Они состоят из множества шестерен, которые часто ставятся друг на друга или кладутся последовательно.Зубчатые передачи необходимы для достижения более надежных передаточных чисел, а также для влияния на направление вращения. Поскольку две соединенные шестерни будут вращаться в противоположных направлениях, зубчатые передачи часто необходимы для передачи мощности через определенные передаточные числа без влияния на вращение.

Например, при использовании трехступенчатой ​​зубчатой ​​передачи , с передаточным числом 1: 5, приведет к увеличению скорости вращения на на 2500%, при сохранении выходного сигнала в том же направлении, что и входного.Чтобы дать более конкретный пример, двигатель, который прикладывал 100 об / мин к начальному концу этой зубчатой ​​передачи, будет выдавать 2500 об / мин на другом конце в том же направлении. Вы также можете изменить направление подачи питания и понизить двигатель 2500 об / мин до выходной мощности 100 об / мин . Эти изменения позволяют регулировать как крутящий момент, так и скорость.

СВЯЗАННЫЕ С: ФУТУРИСТИЧЕСКОЕ РОССИЙСКОЕ ПЕХОТЕПЕЖНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ПОЛУЧАЕТ ЯДЕРНОСТОЙКОЕ ОБНОВЛЕНИЕ

Более сложные комбинации шестерен и передаточных чисел позволяют получить некоторые интересные конструкции машин.Теоретически передаточные числа просты, но, как инженер, вы можете оказаться вовлеченным в сложные конструкции зубчатых передач, которые кажутся немного подавляющими. Как и в случае с другими инженерными навыками, для полного развития навыков проектирования передаточных чисел требуется время.

Коробки передач — практическое применение передаточных чисел

Коробки передач — одни из лучших примеров практического применения передаточных чисел. Любой, кто ездил на машине или другом моторизованном транспортном средстве, получил пользу от трансмиссии в той или иной форме.И каждая трансмиссия — это, по сути, просто набор тесно связанных шестерен и передаточных чисел. Посмотрите невероятно полезное видео из Learn Engineering ниже, чтобы узнать больше о том, как работают механические коробки передач.

Важно отметить, что, хотя механические коробки передач перестают пользоваться популярностью у автопроизводителей, поскольку их нелегко установить в гибридные или электромобили, они работают почти так же, как автоматические трансмиссии, в том, что касается передачи. .Основное отличие заключается в том, как переключаются передачи.

СВЯЗАННЫЙ: ПЯТЬ ТЕНДЕНЦИЙ, ФОРМИРУЮЩИХ АВТОМОБИЛЬНУЮ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ В 2020 ГОДУ

Механические трансмиссии будут включать в себя действия пользователя (перемещение переключателя передач и сцепления) для переключения, тогда как автоматические трансмиссии будут использовать ввод от бортового компьютера автомобиля или, ранние модели, механическое воздействие либо от скорости автомобиля, либо от двигателя автомобиля.

Как выбрать правильное передаточное число для вашего пикапа

Вопросы осей, которые необходимо учитывать

Одна сложная вещь при выборе передаточного числа состоит в том, что информация об экономии топлива EPA на наклейке на окошке в первую очередь относится к «базовой» или стандартной оси передаточное число, даже если этот конкретный грузовик может поставляться с дополнительным передаточным числом оси, говорит Дэн Эдмундс, директор по испытаниям автомобилей Эдмундс.Таким образом, любое передаточное число осей, указанное на наклейке на окошке со стороны опций, снизит показатели экономии топлива, напечатанные на той же наклейке.

Другая трудность заключается в том, что дополнительные передаточные числа осей и их влияние на буксировку нельзя сравнивать между производителями грузовиков, — говорит Дэн Эдмундс. Это потому, что каждый производитель грузовиков может использовать шины разного размера, а сама шина выступает в качестве последней «шестерни» в системе. По его словам, лучше всего сравнить варианты осей в рамках одной марки, чтобы увидеть, как каждый из них влияет на характеристики буксировки, указанные в руководстве по буксировке этой марки.

Когда вы покупаете свой грузовик, вы можете услышать, что передаточные числа осей с меньшими цифрами называются «высокими» передачами, а с более высокими — «короткими» передачами. Чтобы легче запомнить, что это означает, представьте себе высокого человека, который с каждым шагом преодолевает большее расстояние. Точно так же высокая передача перемещает грузовик дальше с каждым оборотом двигателя. Грузовики с высокими передачами обеспечивают лучший расход топлива, потому что их двигатели имеют меньшее количество оборотов в минуту при заданной скорости движения. Но более высокие шестерни также уменьшают крутящий момент или мощность, поэтому вы не можете буксировать более тяжелые прицепы или перевозить более тяжелые грузы.

Ram и другие производители рекомендуют покупателям грузовиков просматривать таблицы буксировки и полезной нагрузки на своих сайтах. Они помогают клиентам выбрать силовой агрегат, соответствующий их конкретным потребностям. Поскольку производители грузовиков производят трансмиссии с большим количеством передач, передаточные числа осей также изменятся. Например, трансмиссия с большим количеством передач может позволить производителю грузовиков предложить более высокое передаточное число задней оси (3,55 вместо 3,73) и при этом обеспечить улучшенные возможности буксировки и буксировки.

Прежде чем отправиться в автосалон, подумайте, как вы собираетесь использовать грузовик. В случае сомнений по умолчанию используется более высокое числовое передаточное число. Хотя это немного снизит экономию топлива, это также означает, что вам будет удобнее буксировать и буксировать на большие расстояния.

Но если ваша задача — добиться большей экономии топлива на скоростях шоссе, вам может подойти более низкое числовое передаточное число ведущего моста, равно как и трансмиссия с большим количеством передач.

Калькулятор передаточного числа

Этот калькулятор передаточного числа определяет механическое преимущество, которое двухступенчатая установка дает в машине. Передаточное отношение дает нам представление о том, насколько выходная шестерня ускоряется или замедляется, или сколько крутящего момента теряется или увеличивается в системе. Мы снабдили этот калькулятор уравнением передаточного числа и уравнением редуктора, чтобы вы могли быстро определить передаточное число ваших шестерен. Чтобы узнать больше о расчете передаточного числа и о том, как это важно при создании простых (и даже сложных) машин, продолжайте читать.

Но сначала: что такое шестерня?

Шестерня представляет собой зубчатое колесо, которое может изменять направление, крутящий момент и скорость вращательного движения, приложенного к нему. Шестерни бывают разных форм и размеров, и эти различия описывают поступление или передачу вращательного движения. Передача движения происходит, когда две или более шестерен в системе сцепляются вместе во время движения. Мы называем эту систему шестерен зубчатая передача .

В зубчатой ​​передаче поворот одной шестерни также приводит к вращению других шестерен.Шестерня, которая изначально принимает крутящее усилие либо от мотора с приводом, либо вручную (или ногой в случае велосипеда), называется входной шестерней . Мы также можем назвать это ведущей шестерней, поскольку она инициирует движение всех других шестерен в зубчатой ​​передаче. Последняя шестерня, на которую влияет входная шестерня, известна как выходная шестерня . В двухступенчатой ​​системе мы можем назвать эти шестерни ведущей шестерней и ведомой шестерней соответственно.

Результирующее движение выходной шестерни может быть в том же направлении, что и входная шестерня, но может быть в другом направлении или осях вращения в зависимости от типа шестерен в зубчатой ​​передаче.Чтобы помочь вам это наглядно представить, вот иллюстрация различных типов шестерен и их взаимосвязей между входными и выходными шестернями:

Что такое передаточное число и как его рассчитать

Передаточное число — это отношение длины окружности входной шестерни к окружности выходной шестерни в зубчатой ​​передаче. Передаточное число помогает нам определить количество зубьев, необходимое каждой шестерне для достижения желаемой выходной скорости / угловой скорости или крутящего момента.

Мы вычисляем передаточное число между двумя шестернями, разделив длину окружности входной шестерни на окружность выходной шестерни.Мы можем определить окружность конкретной шестерни так же, как вычисляем длину окружности. В форме уравнения это выглядит так:

передаточное число = (π * диаметр входной шестерни) / (π * диаметр выходной шестерни)

Упрощая это уравнение, мы также можем получить передаточное число, если рассматривать только диаметр или радиус шестерен:

• передаточное число = (π * диаметр входной шестерни) / (π * выходная шестерня)
• передаточное число = (диаметр входной шестерни) / (диаметр выходной шестерни)
• передаточное число = (радиус входной шестерни) / (радиус выходной шестерни)

Аналогичным образом мы можем рассчитать передаточное число, учитывая количество зубьев на входной и выходной шестернях.Это аналогично рассмотрению окружностей шестерен. Мы можем выразить окружность шестерни, умножив сумму толщины зуба и расстояния между зубьями на количество зубьев шестерни:

передаточное число = (количество зубьев первичной шестерни * (толщина шестерни + расстояние между зубьями)) / (число зубьев вторичной шестерни * (толщина шестерни + расстояние между зубьями))

Но, поскольку толщина и расстояние между зубьями зубчатой ​​передачи должны быть одинаковыми для того, чтобы зубчатые колеса зацеплялись плавно, мы можем исключить множитель толщины зубчатого колеса и шага зубьев в приведенном выше уравнении, оставив нам следующее уравнение:

Передаточное число = количество зубьев входной шестерни / количество зубьев выходной шестерни

Передаточное число, как и любые другие передаточные числа, может быть выражено как:

• дробь или частное — где, если возможно, мы упрощаем дробь, разделив числитель и знаменатель на их наибольший общий делитель.
• десятичное число — выражение передаточного числа в виде десятичного числа дает нам быстрое представление о том, насколько необходимо повернуть входную шестерню, чтобы выходная шестерня совершила один полный оборот.
• упорядоченная пара чисел , разделенная двоеточием, например 2: 5 или 1:14 . Благодаря этому мы можем увидеть наименьшее количество оборотов, необходимое для одновременного возврата как входной, так и выходной шестерен в исходное положение.

С другой стороны, если мы возьмем обратную величину передаточного числа в дробной форме и упростим ее до десятичного числа, мы получим значение механического преимущества (или недостатка) нашей зубчатой ​​передачи или зубчатой ​​передачи.

Понимание передаточного числа и значений механического преимущества

Передаточные числа довольно легко понять, и теперь, когда мы знаем, как рассчитать передаточное число, не лучше ли узнать, как оно влияет на сами шестерни? Чтобы лучше объяснить передаточные числа, давайте рассмотрим систему с двумя шестернями, в которой входная и выходная шестерни имеют десять и сорок зубьев соответственно:

Следуя нашему уравнению передаточного числа, мы можем сказать, что эта зубчатая передача имеет передаточное число 10:40, 10/40 или просто 1/4 (или 0.25). Это передаточное отношение означает, что выходная шестерня будет вращаться только на 1/4 полного оборота после того, как входная шестерня совершит полный оборот. Продолжая в том же духе и сохраняя постоянную входную скорость, мы видим, что скорость выходной шестерни также составляет 1/4 скорости входной скорости. Другими словами, скорость входной шестерни в четыре раза превышает скорость выходной шестерни, как показано на анимированном изображении ниже:

В то время как эта установка демонстрирует редуктор с точки зрения скорости, в свою очередь, он дает нам выход, который имеет на больше крутящего момента по сравнению с входом.Обратное передаточное число равно 4/1, поэтому мы можем сказать, что мы получаем в четыре раза больше механического преимущества, когда дело касается крутящего момента.

Важное примечание о промежуточных шестернях

Прямозубая цилиндрическая шестерня с любым числом зубцов между входной и выходной шестернями не изменяет общее передаточное число зубчатой ​​передачи. Однако эта шестерня (или шестерни) может изменять направление выходной шестерни. Мы называем эту промежуточную шестерню промежуточной шестерней. В качестве примера приведем редукторную систему 1: 2,5 с дополнительной промежуточной шестерней:

Без промежуточной шестерни — та же зубчатая передача.Обратите внимание, что направление выходной шестерни обратное:

Реальные простые машины с шестернями

Мы видим шестерни в повседневной жизни, и, чтобы лучше понять передаточные числа, вот несколько реальных примеров простых машин с шестернями в них:

Механическое преимущество с точки зрения скорости