Чем больше передаточное число тем скорость

Для изучения влияния передаточного числа главной передачи на максимальную скорость движения рассмотрим мощностной ба­ланс автомобиля при различных передаточных числах главной передачи (рис. 6.1).

Кривая 1 характеризует изменение тяговой мощности на веду­щих колесах автомобиля при передаточном числе главной переда-

Рис. 6.1. Графики мощностного ба­ланса автомобиля с разными пере­даточными числами главной пере­дачи:

1—4— кривые тяговой мощности при передаточных числах главных передач u_г1 — u_г4; v₁ — v₄ — значения максималь­ной скорости движения при передаточ­ных числах главных передач u_г1 — u_г4

чи, равном u_г1. При указанном передаточном числе автомобиль развивает максимальную скорость движения v₁.

Уменьшение передаточного числа главной передачи до u_г2 (кри­вая 2) приводит к увеличению максимальной скорости автомо­биля до v₂ при том же значении угловой скорости коленчатого вала.

По мере уменьшения передаточного числа главной передачи максимальная скорость автомобиля возрастает до тех пор, пока кривая суммарной мощности N_д + N_в, затрачиваемой на преодо­ление сопротивления движению автомобиля, не пересечет кри­вую тяговой мощности N_т в точке ее максимума (кривая 3). Ско­рость автомобиля v₃, соответствующая этой точке пересечения кривых N_д + N_в и N_т, является максимально возможной на дан­ной дороге. При дальнейшем уменьшении передаточного числа главной передачи (кривая 4) максимальная скорость автомоби­ля снижается до v₄.

Таким образом, выбирать передаточные числа главной переда­чи необходимо с учетом назначения и условий эксплуатации ав­томобиля. Так, например, для городского автобуса целесообразно большее передаточное число главной передачи (u_г1 или u_г2). В этом случае благодаря значительному запасу мощности обеспечивается лучшая приемистость автобуса, хотя и уменьшается его макси­мальная скорость.

Что касается спортивных и гоночных автомобилей, то следует отдать предпочтение передаточному числу u_г3, так как для этих ав­томобилей важна максимальная скорость движения. Выбор пере­даточного числа u_г4 нецелесообразен, поскольку максимальная мощность двигателя вообще не используется, что приводит к ухуд­шению тягово-скоростных свойств автомобиля.

Если проектируемый автомобиль предназначен для работы в тяжелых дорожных условиях, то передаточное число главной пе­редачи необходимо увеличить, чтобы обеспечить возрастание тя­говой силы на ведущих колесах и динамического фактора автомо­биля по тяге.

6.4. Влияние числа передач в коробке передач на скорость

Для выявления влияния числа передач в коробке передач на скорость движения автомобиля в различных дорожных условиях сравним динамические характеристики одного и того же автомо­биля при установке на него трехступенчатой (рис. 6.2, а) и четы­рехступенчатой (рис. 6.2, б) коробок передач. При этом первые и последние передачи данных коробок передач имеют равные пере­даточные числа, а динамические факторы автомобиля по тяге на первой и последней передачах обеих коробок одинаковы.

При сравнении максимальной скорости автомобиля на дорогах с различным сопротивлением очевидно преимущество четырех­ступенчатой коробки передач. Так, на дороге, характеризуемой коэффициентом сопротивления ψ₁, максимальная скорость v_max′ ав­томобиля с трехступенчатой коробкой передач меньше максималь­ной скорости, развиваемой при использовании четырехступенча­той коробки. Максимальная скорость v_max′′ при движении по дороге с коэффициентом сопротивления, равным ψ₂, также меньше у автомобиля с трехступенчатой коробкой передач. Следовательно, увеличение числа передач в коробке приводит к возрастанию сред­ней скорости движения автомобиля. Чем больше число передач, тем полнее используется мощность двигателя в различных дорож­ных условиях, улучшаются тяговые свойства и повышается топ­ливная экономичность автомобиля.

Однако при очень большом числе передач усложняется конст­рукция и увеличивается масса коробки передач, а также затруд­няется управление автомобилем. В связи с этим на легковых авто­мобилях обычно применяют четырех- и пятиступенчатые короб-

Рис. 6.2. Динамические характеристики автомобиля с трехступенчатой (а) и четырехступенчатой (б) коробками передач:

I —IV — передачи; v‘_max, v”_max — максимальные значения скорости движения при коэффициентах сопротивления дороги соответственно ψ₁ и ψ₂

ки передач, а на грузовых автомобилях и автобусах — пяти- и шестиступенчатые. На грузовых автомобилях, предназначенных для работы в составе автопоездов, увеличение числа передач основ­ной коробки в два раза и более достигается применением допол­нительных коробок передач.

6.5. Последовательность проектировочного тягового

При выполнении тягового расчета проектируемого вновь авто­мобиля приходится иметь дело с тремя группами параметров. Это параметры, задаваемые техническими условиями на автомобиль, выбираемые и расчетные параметры автомобиля. Рассмотрим ука­занные параметры.

Параметры, задаваемые техническими условиями. К этим пара­метрам относятся тип автомобиля, грузоподъемность или пасса-жировместимость, максимальная скорость v_max автомобиля на выс­шей передаче, коэффициент сопротивления дороги ψ_v, которое может преодолеть автомобиль при максимальной скорости, мак­симальный коэффициент сопротивления дороги ψ_max, преодоле­ваемого автомобилем на первой передаче, тип двигателя по ис­пользуемому топливу (бензиновый, газовый, дизель) и тип транс­миссии (механическая, гидромеханическая и т.д.).

Для легковых автомобилей коэффициент сопротивления доро­ги ψ_v задают равным коэффициенту сопротивления качению f_v при максимальной скорости автомобиля, т.е. максимальную ско­рость автомобиль может развить только на ровной горизонталь­ной дороге.

Для грузовых автомобилей коэффициент ψ_v задают в виде ди­апазона значений (0,025. 0,035), т.е. с некоторым запасом для достижения устойчивой максимальной скорости. Благодаря этому грузовой автомобиль сможет при максимальной скорости преодо­левать небольшие подъемы, буксируя прицепы.

Максимальный коэффициент сопротивления дороги, преодо­леваемого на первой передаче, для автомобилей с колесной фор­мулой 4×2 обычно составляет 0,3. 0,45 — для легковых автомоби­лей, 0,3. 0,4 — для грузовых и 0,28. 0,33 — для автобусов. Для грузовых автомобилей с колесной формулой 6×4 ψ_maх = 0,4. 0,55, а для полноприводных ψ_maх = 0,6. 0,7.

Выбираемые параметры. Этими параметрами являются масса снаряженного автомобиля т₀, фактор обтекаемости автомобиля k_вF_а (или коэффициент сопротивления воздуха k_в и лобовая пло­щадь автомобиля F_а), распределение нагрузки по осям снаряжен­ного и полностью груженого автомобиля, угловая скорость ко­ленчатого вала ω_N при максимальной мощности двигателя и меха­нический КПД трансмиссии η_тр автомобиля. Значения указанных

параметров выбирают по техническим характеристикам существу­ющих автомобилей аналогичного типа.

Расчетные параметры. К этим параметрам относятся макси­мальная мощность двигателя N_max, передаточное число главной передачи и_г, передаточные числа основной коробки передач и_к и передаточное число дополнительной (раздаточной) коробки пе­редач и_д.

Используя выбранные значения параметров и значения, за­данные техническими условиями, при проектировании нового ав­томобиля сначала определяют его полную массу и подбирают шины, а затем находят максимальную мощность двигателя и пе­редаточные числа трансмиссии — главной передачи, коробки пе­редач и раздаточной коробки.

Определение полной массы автомобиля. Полная масса проекти­руемого автомобиля т_а, кг, определяется в соответствии с его типом и назначением. С этой целью можно пользоваться следую­щими выражениями:

для легковых автомобилей

где т₀ — масса снаряженного автомобиля, кг; 70 — масса одного пассажира, кг; n_пасс— число пассажиров, включая водителя; т_б — масса багажа (25. 50 кг);

для грузовых автомобилей

где n_пасс — число пассажиров в кабине, включая водителя; т_гр — грузоподъемность автомобиля, кг;

для городских автобусов

где n_сид — число мест для проезда сидя; n_ст — число мест для проезда стоя; 2 — число мест для водителя и кондуктора; для междугородных автобусов

где п_сид + 1 — число мест для проезда сидя, включая место водителя.

Подбор шин для автомобиля. При подборе шин сначала необ­ходимо определить нагрузку, приходящуюся на одно колесо пол­ностью груженого автомобиля.

У легковых автомобилей нагрузка на передние и задние колеса при полной нагрузке автомобиля почти одинакова.

У грузовых автомобилей с колесной формулой 4×2 при двух­скатных задних колесах и полной нагрузке на передние колеса приходится 25. 30 % всей нагрузки автомобиля. Хотя на задние двухскатные колеса устанавливают четыре шины, на каждую из них приходится большая нагрузка, чем на шину переднего коле­са. Поэтому шины для грузового автомобиля подбирают исходя

из нагрузки на одно заднее колесо. По значению этой нагрузки в соответствии с ГОСТом определяют размер шин и радиус коле­са r_к.

Определение максимальной мощности двигателя. Для определе­ния этой величины сначала находят мощность двигателя при мак­симальной скорости движения, используя уравнение мощност-ного баланса автомобиля, представленное в развернутой форме.

Мощность при максимальной скорости

где k_BF_a — фактор обтекаемости, Н∙с 2 /м 4 ; v_max — максимальная скорость, м/с; ψ_v — коэффициент сопротивления дороги при v_max; η_тр — КПД трансмиссии.

После определения мощности двигателя при максимальной ско­рости рассчитывают его максимальную мощность по формуле

,

где а, b, с — эмпирические коэффициенты, характеризующие тип двигателя; а = b = с = 1 для бензиновых двигателей; а = 0,53,

b = 1,56, с = 1,09 для дизелей; = 1,05. 1,1 для бензиновых

двигателей без ограничителя угловой скорости коленчатого вала;

= 0,8 . 0,9 — для бензиновых двигателей с ограничителем уг-

ловой скорости коленчатого вала; =1,0 для дизелей.

С учетом найденной максимальной мощности двигателя и вы­бранной угловой скорости коленчатого вала ω_N при максималь­ной мощности рассчитывают и строят внешнюю скоростную ха­рактеристику двигателя. Для определения эффективной мощнос­ти и эффективного крутящего момента двигателя используют фор­мулы, приведенные в разд. 2.

Определение передаточного числа главной передачи. Передаточ­ное число главной передачи находят исходя из максимальной ско­рости автомобиля на высшей передаче, заданной техническими условиями на проектируемый автомобиль.

Значение передаточного числа главной передачи определяют по формуле

,

где v_max — максимальная скорость автомобиля, км/ч; ω_mах — мак­симальная угловая скорость коленчатого вала, рад/с; r_к — радиус колеса, м; и_к — передаточное число коробки передач на высшей передаче; и_д— передаточное число дополнительной коробки пе­редач на высшей передаче (и_д = 1).

Полагают, что передаточные числа коробки передач на выс­шей передаче имеют следующие значения: и_к = 1,0 — для прямой передачи и и_к = 0,9. 1,0 — для повышающей передачи легковых автомобилей; и_к = 1,0 — для грузовых автомобилей с числом пере­дач не более шести; и_к = 0,7. 0,8 — для многоступенчатых коро­бок передач грузовых автомобилей.

Найденное расчетным путем передаточное число главной пе­редачи и_г должно иметь следующие значения: не более 5,0 — у легковых автомобилей; не более 7,0 — у грузовых автомобилей грузоподъемностью до 8 т; не более 8,0 — у грузовых автомобилей грузоподъемностью свыше 8 т.

Расчетное значение передаточного числа главной передачи не­обходимо сравнить с существующими передаточными числами главных передач автомобилей аналогичного типа и назначения. В том случае, если у новой модели автомобиля проектируется ве­дущий мост, то это значение передаточного числа уточняют с учетом числа зубьев шестерен главной передачи.

Выше был рассмотрен вариант определения передаточного числа главной передачи по заданной максимальной скорости ав­томобиля. Однако иногда задают не максимальную скорость авто­мобиля, а мощность двигателя при максимальной скорости дви­жения. В этом случае сначала рассчитывают мощность двигателя

N_v при максимальной угловой скорости коленчатого вала, а за­тем графическим способом опре­деляют максимальную скорость автомобиля.

Рис. 6.3. Определение максималь­ной скорости движения автомо­биля:

А — точка, соответствующая макси­мальной скорости

С этой целью на оси ординат откладывают значение произведе­ния N_vη_тр (рис. 6.3) и проводят горизонтальную линию. Затем для разных скоростей движения авто­мобиля рассчитывают значения мощности, затрачиваемой на пре­одоление сопротивления дороги N_д и сопротивления воздуха N_в, и строят кривую N_д + N_в суммар­ных потерь. Точка А пересечения кривой N_д + N_в и прямой N_vη_тр со­ответствует максимальной скоро­сти автомобиля.

Определение передаточных чисел коробки передач. При опре­делении передаточных чисел коробки передач нужно помнить о том, что I передача предназначена для преодоления максималь­ного сопротивления дороги. Промежуточные передачи коробки пе­редач используются при разгоне автомобиля, преодолении повы­шенного сопротивления движению, работе автомобиля в услови­ях, не позволяющих двигаться с высокой скоростью (гололед, выбитая дорога, задержка впереди идущим транспортом и т.д.), а также при торможении двигателем на затяжных пологих спусках.

При расчете передаточных чисел сначала находят передаточ­ное число I передачи по заданному техническими условиями мак­симальному коэффициенту сопротивления дороги ψ_max или мак­симальному динамическому фактору автомобиля по тяге D_max на I передаче.

Это передаточное число определяют с помощью выражения, полученного из формулы для динамического фактора, пренебре­гая силой сопротивления воздуха, так как она незначительна при небольших скоростях движения:

где G_a — вес автомобиля с полной нагрузкой, Н; М_mах — макси­мальный крутящий момент двигателя, Н∙м.

Полученное передаточное число I передачи коробки передач не гарантирует отсутствия буксования ведущих колес автомобиля. Чтобы не было буксования ведущих колес при движении на I пере­даче, необходимо выполнение следующего неравенства:

,

где D_сц — динамический фактор автомобиля по сцеплению; т_p2 = = 1,20. 1,35 — коэффициент изменения реакций на задних веду­щих колесах; (G_а2 — вес, приходящийся на задние колеса автомо­биля с полной нагрузкой, Н; φ_х = 0,6. 0,8 — коэффициент сцеп­ления колес с дорогой.

Из этого соотношения определяют новое передаточное число I передачи, при котором буксования ведущих колес не будет:

.

После проверки передаточного числа I передачи на отсутствие буксования ведущих колес автомобиля из двух найденных переда­точных чисел I передачи коробки передач для дальнейших расче­тов выбирают меньшее.

По этому значению передаточного числа I передачи и извест­ному значению передаточного числа высшей передачи определя­ют передаточные числа промежуточных передач.

Если высшая передача прямая (и_п = 1), то для расчета переда­точных чисел промежуточных передач используют следующее выражение:

где п’ — число передач, не считая повышающую передачу и пере­дачу заднего хода; k — номер передачи.

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.

Читайте в этой статье

Что такое передаточное число коробки передач

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

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

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

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

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

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

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

Изменение передаточного отношения КПП: тюнинг коробки передач

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

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

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

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

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

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

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

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

Что в итоге

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

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

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

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

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

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

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

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

Что такое передаточное число?

Довольно часто от автовладельцев можно услышать вопрос «что такое передаточное число». В данной статье я попытаюсь кратко осветить эту тему. Итак, передаточные механизмы передают вращение одного вала другому, т.е. заставляют вращаться второй вал через вращение первого. Этот вопрос исследовал еще Леонардо да Винчи. Некоторые его изобретения используют и по сей день в конструкциях велосипедов и даже автомобилей. Так, на основе его эскизов зубчатых передач, глобоидной червячной передачи, конической, спиральной передач и роликовой цепи были разработаны ныне действующие механизмы КПП автомобиля. Передаточное число же представляет собой отношение угловых скоростей ведущей к ведомой шестерне (колес, валов) или отношение радиусов ведомой к ведущей шестерне. В частности, передаточные числа КПП определяются отношением числа зубьев ведомой к ведущей шестерне. В случае участия в передаче нескольких пар шестерен общее передаточное число представляет собой произведение передаточных чисел всех участвующих в передаче пар шестерен.

Чтобы получить крутящий момент различной величины, который позволит работать автомобилю в различных условиях, в коробке передач установлены несколько пар шестеренок, которые имеют различные передаточные числа. «Задняя» передача получается путем помещения между ведущей и ведомой шестеренками еще одной, промежуточной, которая сделает вращение обратным.