Передаточное число

Передаточное число

Передаточное число — один из параметров пары зацепления из двух зубчатых колёс (двух шестерён), определяемый как соотношение числа зубьев большего зубчатого колеса к меньшему [1] [2] .

Содержание

• 1 Формула расчёта
• 2 Трактовка определения
• 3 Передаточное число планетарного механизма
• 4 Сходство и отличие от передаточного отношения
• 5 Примечания
• 6 Литература

Формула расчёта [ править | править код ]

u = z_Б / z_М
где
z_Б – число зубьев большей шестерни;
z_М – число зубьев меньшей шестерни.

Трактовка определения [ править | править код ]

Определение передаточного числа одинаково применимо к любым механическим зубчатым передачам в виде пары зацепления из двух зубчатых колёс, независимо от типа: цилиндрическим, коническим, гипоидным, червячным. Передаточное число всегда есть рациональное число. Для определения передаточного числа не имеет значения, какое зубчатое колесо является ведущим, а какое ведомым. Передаточное число показывает:

• Насколько данная пара зацепления в принципе может изменить крутящий момент в ту или иную сторону.
• Линейное соотношение диаметров зубчатых колёс.

Передаточное число не показывает:

• Передаточное отношение, для определения которого необходимо понимать, какое зубчатое колесо является ведущим, а какое ведомым.

Передаточное число планетарного механизма [ править | править код ]

Для любого простого или сложного планетарного механизма таковое определяется как соотношение зубьев большего центрального зубчатого колеса к меньшему [3] [4] .

Сходство и отличие от передаточного отношения [ править | править код ]

Передаточное число в отличие от передаточного отношения всегда положительное и больше единицы. Передаточное число характеризует передачу только количественно. Передаточное число и передаточное отношение могут совпадать только у передачи внутреннего зацепления. У передач внешнего зацепления они не совпадают, так как в любом случае имеют разные знаки: передаточное отношение – отрицательное, а передаточное число – положительное. Наиболее распространены понижающие передачи, так как частота вращения исполнительного механизма в большинстве случаев меньше частоты вращения вала двигателя. [5]

В современном техническом речевом обиходе термины передаточное отношение и передаточное число зачастую подразумеваются как синонимы. Объяснение этому проистекает из факта того, что подавляющее число зубчатых передач являются понижающими, а у таких передач передаточное отношение и передаточное число совпадают. Формально, такое смешение терминов есть ошибка, так как передаточное отношение всегда определяется через угловые и линейные перемещения ведущего и ведомого элемента [6] [7] , а передаточное число только через число зубьев пары зубчатых колёс и только для зубчатых передач вращением. Фактически, это настолько широко распространено, в том числе в технической литературе, что, вероятно, уже может считаться нормой.

Примеры современного употребления:
Для механизмов типа винт-гайка-сектор передаточное число определяется отношением радиуса начальной окружности зубьев сектора к шагу винта [8] .
Передаточные числа червячных пар достаточно велики, достигая 26 и более, причём могут иметь переменное передаточное число в зависимости от угла поворота [9] .

Как передаточное отношение определяет характер автомобиля

Трансмиссионные передачи и крутость автомобиля, как это взаимосвязано?

Знание такого понятия как передаточное отношение, а также его влияние на скорость, динамику разгона и топливную экономичность позволяет выбрать оптимальный режим вождения. Этот параметр имеет определяющее значение для любого автомобиля, вне зависимости от его цены и возраста. Мало кто знает, но грамотный анализ технических параметров перед покупкой позволяет подобрать машину, идеально удовлетворяющую нужды владельца. Рассмотрим основные аспекты, которые необходимо учитывать при выборе.

Высшая передача

Передаточное число высшей передачи крайне важно, поскольку оно определяет максимальные обороты двигателя при крейсерской скорости, а это напрямую сказывается на экономичности и уровне шума. Если изложить этот вопрос кратко, то, чем больше это отношение, тем меньше расход топлива и ниже шум мотора. Следует помнить, что в таком случае за вышеперечисленные преимущества придётся расплачиваться частым переключением на пониженную передачу для достижения наилучшей разгонной динамики.

Оптимальной величиной оборотов двигателя при достижении крейсерской скорости являются 1600-2000 об/мин для дизеля и 2000-2500 об/мин – для бензинового мотора.

Например, в коробке передач автомобиля Toyota GT86 – шесть ступеней с небольшой разницей в передаточном числе, ввиду чего скорость в 100 км/час достигается при работе двигателя на оборотах более 3000 об/мин. Это и является причиной значительного объёма вредных выхлопов, равного 181 гр/км.

Для машины с двухлитровым мотором, выдающим 200 л.с., а также отлично проработанной аэродинамикой (коэффициент лобового сопротивления равен 0,27) это очень высокий показатель. Такой подбор механизма переключения передач предполагает работы двигателя не в самом удачном режиме, что и приводит к избыточному шуму, особенно при значительном пробеге, а это уже сказывается на ликвидности вашего автомобиля при продаже. Разумеется, такие проблемы не свойственны автоматическим коробкам передач, поскольку подбор передаточных отношений там обусловлен ещё и надёжностью узла, соответственно конструкторы стремятся сократить число переключений, и делают передачи более «длинными».

Проблема в том, что спортивный автомобиль и автоматическая коробка – мало совместимые понятия, да и выбрать такое сочетание можно далеко не для всех моделей.

В конечном итоге, чем мощнее двигатель под капотом, тем меньше оборотов двигателя на крейсерской скорости, благодаря чему при 100 км/ч из-под капота доносится едва уловимый шум. Например для Golf Mk6 1.6 TDI этот показатель составляет 2300 об/мин, а для более мощного SEAT Ateca 2.0 TDI с 7-ступенчатой коробкой и двойным сцеплением эта цифра составляет уже 1700 об/мин. Именно поэтому в определённых режимах мощные шестицилиндровые моторы потребляют не на много больше бюджетных 4-цилиндровых аналогов.

Агрессивность

Залог агрессивного вождения – «короткие» передачи, определяющие необходимость частых переключений. Это означает, что чем интенсивнее разгон, тем ниже предельная скорость, которую может развить автомобиль на одной передаче. Поскольку для спортивной модели важна не только динамика, но и максимальная скорость, в их коробках, как правило, существенно больше ступеней, чем в гражданских версиях. Однако в этом правиле есть и исключения, поскольку наиболее мощные машины не нуждаются в низких передаточных числах нескольких первых передач — их тяги вполне достаточно для того, чтобы гарантировать интенсивный разгон и не утомлять водителя необходимостью частых переключений.

Например, Dodge Challenger Hellcat имеет первую передачу, которая позволяет разогнаться до 101,3 км/час. Это сделано специально, чтобы при измерении времени, необходимого для набора 100 км/час, не нужно было совершать переключения и терять драгоценные доли секунды, так и достигается наилучший результат.

Наиболее ярким примером такого подхода к подбору передаточных чисел коробки передач является Koenigsegg Regera, который достигает 402 км/час на 1-й передаче. И дело здесь вовсе не в стремлении поставить какой-либо рекорд, а в разумном подходе и учёте потенциала двигателя и сцепления с поверхностью дороги. То есть, если на этом автомобиле установить коробку передач с более «короткими» ступенями, то выигрыш в динамике достигнут не будет, поскольку на переключения потребуется дополнительное время, а излишняя тяга и крутящий момент попросту приведут к пробуксовке колёс.

Стоит также отметить, что при большом числе передач от конструкторов требуется провести большую работу, позволяющую удержать обороты при переключении на высшую ступень в зоне достижения наибольшей мощности и крутящего момента, что также усложняет конструкцию. Давно доказано, что до 300 км/час разгон спортивных автомобилей вполне обеспечивается тягой мощных моторов — им попросту не нужны пониженные передаточные отношения шестерней.

Что же касается гражданских машин, предназначенных для повседневной эксплуатации, то первые передачи, как правило, делают довольно короткими, с низким передаточным числом, что позволяет при достаточно скромном двигателе уверенно трогаться на подъём, ехать по рыхлому покрытию, разгоняться при сильной загрузке.

Не менее важны и такие показатели как полная и ходовая масса, поскольку их разница и определяет фактически допустимую грузоподъёмность, и чем она выше, тем более короткими должны быть начальные передачи в ряду.

Сближенный и растянутый ряд в коробке передач

Не менее важным фактором, определяющим характер автомобиля, является разрыв между передаточными числами. Сближенный ряд передач гарантирует максимальное ускорение, которого может достичь автомобиль при прочих равных условиях. Кроме того, если во главу угла ставится экономичность, то такое решение позволяет держать рабочие обороты в оптимальной зоне, что также способствует продлению ресурса мотора.

Однако, есть у короткого ряда и существенный недостаток, а именно – необходимость в растянутой 1-й передаче, либо в короткой – высшей. Последствия от этого вполне очевидны, а единственным разумным решением является увеличение числа передач, что делает конструкцию дорогостоящей. Либо, всё же — переход к растянутому ряду.

Выбор решения обычно продиктован типом создаваемого автомобиля. Для скоростной и динамичной модели применяют сближенные по величине передаточного отношения передачи. Если же под капотом установлен двигатель с широким диапазоном мощности и плавным графиком крутящего момента, например – дизель, то необходимость в сближении передач отпадает. Для примера рассмотрим автомобиль Формулы-1, которые имеют очень плотный передаточный ряд, ввиду чего величина передаточных отношений 7-й и 8-й передач отличается всего в 1,12 раза, против 1,25 – у гражданских моделей.

Однако, сближенный ряд не всегда означает более высокую производительность. Например, у спортивного велосипеда, как правило, 8 очень близких по передаточному числу ступеней, при этом шестерня первой из них имеет 30 зубцов, а высшей – 11, это позволяет обеспечить наиболее рациональное использование энергии велосипедиста. Однако при таком подходе для обеспечения максимального ускорения необходимо интенсивно переключаться в интервале с 1-й по 5-ю передачу, всего за несколько секунд. Это касается и автомобилей, поскольку необходимость в столь частом переключении, как правило, предопределяет работу двигателя в неоптимальном режиме, особенно у неопытного водителя.

Всех этих недостатков лишены так называемые бесступенчатые типы трансмиссий, которые позволяют плавно изменять передаточные отношения, в зависимости от выбранного режима езды. К таким конструкциям относят, прежде всего, вариаторы, однако на сегодняшний день механизма, способного передавать огромный крутящий момент и оперативно подстраиваться под разгонную динамику спортивных моделей, пока не создано. Но прогресс не стоит на месте и непрерывная работа по совершенствованию таких агрегатов уже сделала их широко распространённым решением.

Замена главной передачи

Если вы недовольны динамикой вашего автомобиля, самый простой способ её исправить — замена главной передаточной пары. Это подразумевает установку нового дифференциала с другим внутренним передаточным числом. Меньшее число позволяет получить более длинную передачу, а большее число – короткий передаточный ряд. Это не позволит вам изменить плотность ступеней в коробке, но обеспечит смещение всего ряда в область тех значений, которые вам подходят.

В действительности, такие манипуляции с автомобилем — вовсе не панацея от всех бед, поскольку изменять вышеописанную величину можно лишь в очень небольшом интервале значений, в противном случае недостатки многократно превысят достигнутый положительный эффект. В этом случае стоит помнить и о том, что ваш спидометр потребует корректировки, постольку его значения уже не будут отражать реальную скорость автомобиля.

Такой тип тюнинга может быть относительно простым как в переднеприводном, так и в заднеприводном автомобиле, но в некоторых передне- и полноприводных автомобилях осуществить его невозможно. Многие автомобили используют трансмиссию, которая имеет встроенный дифференциал, что означает, что окончательное передаточное число не может быть так легко изменено.

Кроме того, некоторые автомобили (например, Audi R8) имеют разные главные передаточные пары в приводах на переднюю и заднюю оси.

К сожалению, все больше и больше автомобилей выбирают интегрированные устройства, что делает невозможным работу с ними, если вы не воспользуетесь услугами лицензированных тюнинг-ателье и не заплатите слишком большие суммы денег. В любом случае, производитель подбирал параметры трансмиссии, исходя из особенностей эксплуатации, характеристик мотора, возможной нагрузки и целевой аудитории автомобиля, так что внесение столь существенных изменений, давая выигрыш в одной из сфер использования, существенно сокращает остальные.

Передаточное число коробки передач

Передаточное число – это величина, которая характеризует отношение количества зубьев ведомой шестерни к ведущей. Является основным показателем эффективности работы любой зубчатой передачи.

Устройство коробки переключения передач

Механическая коробка передач – это многоступенчатый редуктор, предназначенный для увеличения или уменьшения крутящего момента, передаваемого с маховика двигателя, на карданный вал, а в последствие – на ведущие колеса. Управление таким редуктором осуществляется вручную, с помощью специального рычага, установленного в салоне автомобиля. При достижении максимальных оборотов одной передачи, водитель устанавливает рычаг в такое положение, при котором в действие включится вторая передача, таким образом, обороты уменьшаются, а крутящий момент меняется.

Любая МКПП представляет собой совокупность определенных валов и шестерней. Ведущий вал имеет связь с маховиком двигателя через сцепление и принимает на себя основной крутящий момент. Момент передается на промежуточный вал, а с последнего – на ведомый, который соединяется с карданным валом и передает измененный крутящий момент на ведущие колеса автомобиля.

Все передачи автомобиля – это комбинации положения шестерней и отличаются они друг от друга передаточным числом.

Как определить передаточное число (ПЧ)?

Как вы уже поняли, передаточное число является отношением количества зубьев ведомой шестерни к количеству зубьев ведущей. Таким образом, рассчитать передаточное число не составляет никакого труда. Рассмотрим на примере. Предположим, имеется пара шестерней, со следующими передаточными числами: 40 и 20. Для того, чтобы произвести расчет, необходимо знать, какая из них является ведущей, а какая ведомая и обозначим их буквами А и В, соответственно.

Предположим, что А=40, а В=20. Получается, что число зубьев ведущей равно 40, а число зубьев ведомой равняется 20. Соответственно, чтобы узнать передаточное число данной передачи, необходимо разделить 20 на 40 и получится 0,5. Это означает, что передаточное число данной передачи равно 0,5. В случае, если поменять шестерни местами, то число зубьев ведущей шестерни будет равно 20, а ведомой – 40. Тогда, разделив 40 на 20, мы получаем число 2. В этом случае, передаточное число данной передачи будет равно 2.

Такой метод расчета используется при проектировании трансмиссии автомобиля. Чтобы автомобиль имел прекрасные динамические характеристики и развивал большую скорость, необходимо правильно подобрать передаточные числа коробки передач.

Чтобы узнать передаточное число трансмиссии своего автомобиля, достаточно взглянуть в техническую литературу к вашей модели машины. В других случаях, определение передаточного числа можно провести и без применения специальных расчетов и литературы. Достаточно знать принцип выполнения одного метода расчета передаточного числа.

Установите автомобиль на смотровую яму, под колеса обязательно поставьте противооткатные упоры. Коробка передач должна быть установлена в нейтральном положении. Возьмите мел и обозначьте специальные метки на колесе и полу, чтобы они имели совпадения. Такие же метки поставьте на корпусе и фланце редуктора заднего моста.

Попросите помощника из ямы пронаблюдать за совпадением меток на редукторе и фланце, а вы вращайте ведущее колесо. После повторного совпадения меток, подсчитывается количество оборотов (оно может быть равно даже 1) колеса, делится пополам и затем, полученное числовое значение разделите на количество оборотов, совершенных карданным валом. Конечный результат и будет передаточным числом.

Как передаточное число влияет на динамические характеристики автомобиля

Как было ранее упомянуто, правильно рассчитанное передаточное число позволит добиться максимальной эффективности работы КПП и снизить износ шестерней до минимума. На выбор передаточного числа влияют характеристики двигателя, его мощность, крутящий момент, диаметр колеса, назначение автомобиля и личные пожелания автолюбителя. Изменения, вносимые в передаточное число, могут увеличить или уменьшить крутящий момент, передаваемый на карданный вал автомобиля. Процесс изменения передаточного числа передачи заключается в изменении количества зубьев шестерни.

Если передаточное число высокое, то автомобиль будет набирать большую скорость за малый промежуток времени, однако, длина передачи будет намного меньше. Это означает, что переключение передач нужно будет осуществлять достаточно быстро. Проще говоря, увеличение передаточного числа способствует повышению величины ускорения автомобиля.

Уменьшение передаточного числа позволяет добиться большой максимальной скорости, развиваемой автомобилем. Здесь действует другой принцип, когда разгон происходит медленно, однако, скорость на выходе будет намного больше. Такое значение передаточного числа подходит только для достаточно мощных двигателей.

Исходя из выше сказанного, передаточное число должно быть таким, чтобы автомобиль имел хорошие динамические характеристики и большую максимальную скорость. В этом случае, путем подбора, можно добиться компромисса между двумя величинами, получив и то, и другое.

Многие автогонщики стараются сделать передаточные числа с последовательным уменьшением. То есть, в процессе возрастания скорости автомобиля и переключении передач, передаточное число каждой следующей передачи будет уменьшаться, что позволит добиться как повышенных динамических характеристик, так и большой максимальной скорости.

Большая скорость актуальна только при движении по прямой, с минимальным количеством поворотов. При движении по извилистой дороге, рекомендуется использовать повышенные значения передаточных чисел. Так происходит подбор ПЧ к типу трассы.

Расчет и выбор редуктора

Типы редуктора различаются конструктивно:

Цилиндрические горизонтальные редукторы имеют параллельное расположение осей входных

и выходных валов, которые лежат в одной горизонтальной плоскости.

расположение осей входных и выходных валов, которые лежат в одной

скрещенные под углом 90 0 оси входных и выходных валов.

параллельное расположение осей входных и

выходных валов, которые лежат в разных

Коническо-цилиндрические редукторы имеют пересекающиеся под углом 90 0 оси входных и

выходных валов, которые лежат в одной горизонтальной плоскости.

Особое значение имеет расположение выходного вала редуктора в пространстве:

в червячных редукторах конструкция редуктора позволяет применять один и тот же редуктор

для любого положения выходного вала в пространстве;

в цилиндрических и конических редукторах в большинстве случаев возможно расположение

выходных валов только в горизонтальной плоскости;

имея одинаковые внешние габариты (или вес), цилиндрические редукторы (по сравнению счервячными)

передают нагрузку в 1,5-2 раза большую имеют более высокую КПД, более долговечны, значит

их установка будет экономически эффективнее.

Определение передаточного числа редуктора

Передаточное отношение редуктора:

n вх — количество оборотов входного вала редуктора, т.е обороты электродвигателя, об/мин.

n вых — необходимое количество оборотов выходного вала редуктора, об/мин.

При выборе электродвигателя частота вращения вала двигателя, а, следовательно, и входного вала редуктора не должна превышать 1500 об/мин для всех редукторов. Обороты электродвигателя следует выбирать из технических характеристик электродвигателей .

Определение количества ступеней редуктора

Количество ступеней по типу редуктора определяется по таблице, исходя из рассчитанного передаточного числа.

Диапазон передаточных чисел

Цилиндрический одноступенчатый

Цилиндрический двухступенчатый

Цилиндрический трехступенчатый

Червячный одноступенчатый

Червячный двухступенчатый

Коническо-цилиндрический одноступенчатый

Коническо-цилиндрический двухступенчатый

Выбор габарита редуктора

Т=(9550*Р* U * N )/ (К* n вх ) (формула 2)

Р — мощность электродвигателя, кВт

U — передаточное число редуктора

N — КПД редуктора ( для цилиндрического редуктора принимается 0,97-0,98,

для червячного — свое для каждого передаточного числа (см. паспортные данные))

n вх — количество оборотов входного вала редуктора или электродвигателя, об/мин

Режим эксплуатации по ГОСТ 21354-87 и нормам ГосТехНадзора

«0»-непрерывный ПВ 100%

«II»-средний ПВ ПВ = (Т / 60) * 100%

Т — среднее время работы в течение часа, мин.

Выбор мотор-редуктора

На данный габарит редуктора, возможно, установить только электродвигатели габариты , которых указаны в технических характеристиках на этот редуктор.

Технические характеристики для мотор-редуктора червячного одноступенчатого МРЧ-80.