Что означают передаточные числа коробки передач
Передаточное число коробки передач: что нужно знать
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.
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.
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.
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
Дифференциал коробки передач: что это такое, устройство дифференциала, виды дифференциалов. Как работает дифференциал КПП в трансмиссии автомобиля.
Коробка передач «механика»: основные плюсы и минусы данного типа КПП, принцип работы механической трансмиссии автомобиля (МКПП).
Устройство планетарной передачи (планетарного механизма). Где используется планетарная передача в автомобиле. Планетарная коробка передач, особенности.
Зубчатые передачи: виды зубчатых передач, их отличительные особенности. Достоинства зубчатых передач и недостатки, изготовление, обслуживание зубчатой пары.
Коробка отбора мощности (КОМ): для чего предназначена, как работает КОМ, особенности, виды и типы. Что нужно учитывать при эксплуатации данной коробки.
Передаточное число КПП: что означает и как его рассчитать
Коробка передач для автомобиля – второй по важности (да и по стоимости) агрегат. Без неё автомобиль бы двигался в ограниченном диапазоне скоростей и был бы очень прожорливым. Именно трансмиссия ответственна за изменение передаваемого на привод крутящего момента.
Большинство современных КПП – ступенчатые, то есть позволяют изменять крутящий момент дискретно, по ступеням, что обеспечивается наличием зубчатой передачи. Схематически ступени можно представить себе в виде пар шестерёнок, характеризующихся разным передаточным числом.
Сегодня мы расскажем, что обозначает передаточное число коробки, как оно измеряется, на что влияет.
Общий принцип работы КПП
Классическая механическая коробка представляет собой редуктор, состоящий из множества ступеней. Основная задача редуктора – увеличить или уменьшить на выходе скорость вращения вала с одновременным изменением крутящего момента, передаваемого от коленвала силового агрегата на пару ведущих колёс. В МКПП работой редуктора управляют вручную, используя рычаг переключения передач, устанавливаемый в салоне ТС.
Увеличивая обороты мотора, водитель разгоняет машину, но на каждой конкретной передаче существует максимальная скорость, выше которой авто ехать не сможет Проблема решается переходом на другую передачу с увеличенным передаточным числом, что позволяет снизить обороты при примерно том же крутящем моменте.
Но что такое передаточное число коробки, о котором мы упоминаем?
Под этим термином понимают вполне конкретную величину: соотношение количества зубьев, имеющихся на ведомой шестерне, к числу зубьев на одной из ведущих шестерен. То есть при переключении передач на шестерню с 30 зубьями при 60 зубьях на ведомой шестерне будем иметь передаточное число, равное двум (60:30).
Это значит, что передаточное число коробки передач говорит о том, насколько быстрее будет вращаться ведомый вал по сравнению со скоростью вращения коленвала.
Как рассчитываются передаточные числа КПП
Алгоритм определения передаточного числа коробки:
В принципе такой способ расчёта применяется при разработке трансмиссии, но здесь многое зависит от точности подбора передаточных чисел – это влияет не только на максимальную скорость автомашины, но и её динамические характеристики.
Узнать ПЧ для конкретной модели авто можно просмотрев её технические характеристики в руководстве пользователя. Если таковые найти не удалось, посчитать отношение для каждых пар МКПП можно и самостоятельно.
Делается это следующим образом:
Как динамика машины зависит от передаточного числа
Чем правильнее (читай – сбалансированнее) подобраны ПЧ, тем эффективнее будет работать коробка, а износ шестерней будет сведён к минимуму. Но такой подбор – задача нелёгкая, поскольку необходимо учитывать множество факторов: мощность силового агрегата, назначение транспортного средства, диаметр колеса и т. д.
Величина передаточного числа влияет на то, как изменяется крутящий момент на выходе конкретной пары, а в конечном итоге – на валу, идущему к ведущим колесам. Для изменения ПЧ подбирают шестерни с увеличенным или уменьшённым количеством зубьев.
При высоком ПЧ автомобиль будет разгоняться быстрее, то есть будет обладать большей динамикой, но длина передачи будет короткой. Под этим термином понимают, насколько быстро достигаются максимальные обороты коленвала (короткие передачи расположены снизу, и переключаться здесь нужно быстро).
При уменьшении ПЧ мы ухудшаем динамику авто, но зато можем разгонять её до больших скоростей. Именно поэтому на самой высокой передаче обгон выполнять не рекомендуется, нужно перейти на меньшую и переключиться на высшую после завершения манёвра.
Конструкторы, подбирая передаточные числа, стремятся найти компромиссное решение, когда и скорость высока, и разгонные характеристики не страдают.
В автоспорте многие гонщики стремятся сделать передаточные числа коробки передач со строго последовательным уменьшением на определённое значение. Это делается для того, чтобы спортсмен переключался при разгоне «на автомате», то есть длина передач делается примерно равной.
Высокая скорость – режим, характерный для движения по прямой. Если трасса извилистая, рекомендуется использовать ПЧ с большими значениями – такой подбор в зависимости от типа трассы приходит с опытом.
Тюнинг КПП с изменением передаточного отношения
Не все знают, что лучшие динамические показатели зависят не от мощности, а достигаются в том диапазоне оборотов, который характернее для максимального крутящего момента. То есть в граничных значениях частоты оборотов коленвала, наименьшем и наибольшем, крутящий момент не достигает своего максимума.
Другими словами, чем большей будет разница между текущими и максимальными оборотами, тем хуже будет происходить набор скорости. В классических коробках передаточные числа стараются подобрать таким образом, чтобы разгон авто был комфортен на низших передачах, а наивысшие использовать для поддержания высокой скорости, экономя при этом горючее.
Если экономичность не является критическим показателем, то можно улучшить динамику, изменяя ПЧ. В этом случае уменьшается диапазон скоростей вращения коленвала при движении на одной передаче, то есть она становится короче, при этом происходит сближение ПЧ рядом расположенных передач. Для этого даже есть свой термин – сближенный ряд КПП.
Что это означает с точки зрения водителя? Двигатель достигает максимальных оборотов на меньшей передаче, но при переходе на более высокую ступень обороты остаются на примерно том же уровне – падают, но не критично, оставаясь в поддиапазоне максимального крутящего момента.
Существует несколько путей решения этой задачи – например, установить колёса меньшего диаметра или изменить передаточное число главной пары (например, увеличить с 3,7 до 4,0). А можно и совместить эти методы.
Многие поступают так: если конкретная модель имеет комплектации с разными силовыми агрегатами (например, 1,1, 1,3 и 1,6 л.), то передаточное число главной пары для автомобиля с 1,6-литровым мотором делают равным ПЧ, характерному младшим версиям.
То есть в результате такого тюнинга при установке ПЧ в значение 4,0 вместо штатных 3,7 передаточное число на пятой передаче станет таким же, как на четвёртой. Если при этом «обуть» машину в покрышки с меньшим диаметром, это ещё больше понизит передаточное число. То есть машина будет разгоняться намного быстрее, но и бензина кушать больше.
После такого апгрейда на 5-й передаче двигатель будет раскручиваться «по полной», что не добавит комфорта пассажирам. Так что подобный тюнинг уместен только в случае острой необходимости с учётом других характеристик машины (её веса, мощности двигателя, режима эксплуатации).
Выбор передаточного числа главных пар
Всем кто ставит большие колеса на свой внедорожник либо делает свап двигателя на более мощный неизбежно приходится сталкиваться с задачей выбора правильного передаточного числа трансмиссии своего автомобиля.
Естественно не все упирается в замену главных пар с пониженным передаточным числом, занизить общее передаточное число трансмиссии можно и несколькими другими способами — занижением в раздаточной коробке, установкой АКПП или МКПП с другими передаточными числами, установкой бортовых редукторов, но эти случаи более трудоемкие и упомянуты будут лишь всколзь.
Итак зачем занижать? Описание проблемы — при установке колес увеличенного диаметра возрастает сила, которую необходимо передать колесу для его вращения, соответственно возрастает нагрузка на двигатель.
Отсюда возникают следующие проблемы:
— не хватает мощности для движения в подъемы — приходится сильнее раскручивать двигатель;
— не хватает мощности для обгона — медленнее набирается скорость;
— не хватает мощности на низах — тяжело тронуться в горку или в грязи;
— увеличивается расход бензина — из-за нехватки мощности приходится больше давить на газ;
— ДВС и АКПП могут быстрее нагреваться из-за выросших нагрузок;
— АКПП начинает переключаться по-другому — уменьшается комфорт управления;
— врет спидометр и одометр;
Правильное решение — вернуть общее передаточное число трансмиссии как можно ближе к заводским параметрам.
Возможная ошибка — выбрать передаточное число, которое будет существенно ниже заводского, так сказать «с запасом» или «на перспективу установки колес еще большего диаметра».
В этом случае также появится ряд отрицательных моментов:
— «перекрут» двигателя, при сохранении прежнего стиля езды двигатель будет работать на повышенных оборотах;
— увеличение расхода как раз за счет повышенных оборотов;
— уменьшение максимальной скорости;
— АКПП начинает переключаться по-другому — уменьшается комфорт управления;
— врет спидометр и одометр;
Когда же имеет смысл менять главные пары?
Дело в том что заводом изготовителем в большинстве своем заложен запас по мощности, и установив например на TLC80 33-е колеса вместо штатных 31-х колес, мощно даже и не заметить разницы в 6% при обычной эксплуатации, но ее уже можно будет почувствовать, если серьезно загрузить машину — закинув например 300 кг груза и выбрав тем самым запас мощности. Но и это еще совсем не повод потратить солидную сумму денег на замену главных пар с пониженным передаточным числом. Если при установке колес большего диаметра в пределах 10% совсем пропала динамика и стало очень тоскливо ездить, то эти деньги имеет смысл потратить на взбадривание своего подуставшего двигателя — толку будет больше.
Опять же потеря мощности может стать не прямым следствием установки колес большего диаметра, а например подклинивающих суппортов из-за начала езды по грязи на таких колесах, изношенных ступичных подшипников, изношенных крестовин в карданах — в этом случае замена главных пар особо и не поможет.
Итак главные пары имеет смысл менять, когда диаметр колес превышает более чем на 10% диаметр штатных колес вашего автомобиля. Менять соответственно надо примерно во столько же раз, насколько изменился диаметр, иногда делая небольшую поправку на увеличившийся вес колеса.
Формула в упрощенном виде выглядит так:
Rnew = Rold * Dnew / Dold
где Rnew — новое передаточное число, Rold — стандартное заводское передаточное число, Dnew — диаметр нового колеса, Dold — диаметр колес с завода.
Так при установке 35-х колес на автомобиль, где штатные колеса с завода идут 31″ и штатное передаточное число равно 4.1 будет высчитано по формуле как 4.63 = 4.1 * 35 / 31, соответственно выбрать нужно главные пары с передаточным числом как можно ближе к этому значению.
Если предполагается эксплуатация автомобиля постоянно с повышенной нагрузкой, например таскание прицепа с катером или трэйлера, либо это экспедиционный автомобиль, в котором на постоянку тонна спальников, багажников, лебедок, доп.баков и железных бамперов с 3-мя запасками и много пассажиров, то лучше сразу рассмотреть вариант с большим занижением.
Что такое передаточное число главной пары — это по сути отношение кол-ва зубов на ведомой шестерне к кол-ву зубов на ведущей шестерне редуктора моста. Например передаточному числу 4.1 соответствует 41 зуб на ведущей шестерне и 10 зубов на ведомой шестерне, передаточному 4.88, а точнее 4.875 соответствует 39 зубов на ведущей шестерне и 8 зубов на ведомой шестерне.
Иногда значения могут быть очень близки, но не совпадать, например 4.1 (41×10) не равно 4.11 (37×9), 4.875 (39×8) не равно 4.888 (44×9).
Важное замечание — передаточное число в переднем мосту должно быть таким же как и в заднем мосту. Незначительная разница допустима — она все равно будет возникать из-за отличия в диаметре передних и задних колес и будет компенсироваться центральным дифференциалом в раздатке.
Также стоит отметить, что установка больших колес и заниженных пар влечет за собой снижение надежности трансмиссии между колесом и главной парой. Т.е. завод изготовитель рассчитывал толщину полуосей, размеры ШРУСов, дифференциал под некоторый стандартный диаметр колес, штатное передаточное число и мощность двигателя, естественно с некоторым запасом, предположим запас прочности для примера в 50% от максимально реализумой нагрузки(с учетом понижайки 1:2 в 25%).
Мы же например при установке 37-колес вместо 31 увеличиваем нагрузку на трансмиссию грубо на 20%, т.е. вращать колесо большего диаметра двигателю намного сложнее и это пока спасает трансмиссию от передачи большего крутящего момента, но когда мы ставим заниженные пары на 20%, то двигатель снова может развивать прежнюю мощь и выдавать задуманный крутящий момент, который принимают на себя дифференциал, сателлиты в нем, полуоси, ШРУСы, хабы, ступицы, шпильки, колесный диск. Но не забываем что на 37-х то без блокировок не так весело едется, а при включении 100% блокировки нагрузка возрастает еще в 2 раза в тяжелых условиях бездорожья, а при включении понижайки еще в 2 раза — так что среди всего этого обязательно найдется слабое звено, которое не выдержит такие нагрузки, каким бы оригиналом или heavy-duty заменителем оно не было. Поэтому при беспощадном тюнинге трансмиссии обязательно нужно учиться ездить аккуратно и с головой, отвязать кирпич от правой ноги и вовремя прятать руку за спину, которая может дотянуться до включения блокировок.
Несколько примеров для наиболее популярных авто:
1. Toyota Land Cruiser 80 — в большинстве своем штатное передаточное число главных пар в мостах 4.1 (реже 3.9) и стандартные колеса 31″.
При установке 35-х колес рекомендуется ставить пары с ПЧ 4.56, 37-х колес пары с ПЧ 4.88, 39-х и более пары 5.29.
2. Toyota Land Cruiser 100, 105, 79, 200, Tundra — передаточное число главных пар в мостах 4.3 (реже 4.1 и 3.9) и стандартные колеса 30″.
При установке 35-х и более колес рекомендуется ставить пары с ПЧ 4.88(единственный вариант заниженных передаточных чисел).
3. Toyota Land Cruiser Prado 78 — ПЧ 4.88 на авто с двигателем 2LT и ПЧ 4.3 на авто с двигателем 1KZ и стандартные колеса 30″.
Так при установке 35-х колес на KZ-ный прадик можно поставить пары с ПЧ 4.88 либо целиком редуктора от 2LT-ного прадика, на 38-х и выше уже можно ставить 5.29. При замене двигателя 2LT на 1KZ можно вообще не трогать мосты, а поставить сразу 35-е колеса, а при замене 1KZ на 2UZ очень хочется поставить пары 4.1 вместо 4.3, чтобы не дрифтить при трогании с места.
4. Toyota Hilux мостовой — диапазон тюнинговых пар от 3.54 до 5.71.
5. Toyota FJ Cruiser, Hilux new, Tacoma и т.п. — тюнинговые 4.56 и 4.88 вместо штатных 3.73, 3.91 и др.
6. Nissan Safari с двигателем TD42 — передаточное число главных пар в мостах 4.11 (реже от 3.9 до 4.625) и стандартные колеса 30″.
Установку 35-х колес атмосферный TD42 и турбовый TD42T почти не замечает, поэтому менять пары имеет смысл только после установки 37-х и выше колес. В то же время не бодрый RB28 и ZD30 не показывают чудес мощности для автомобиля с такой массой и некоторые предпочитает занизить пары даже для штатных колес.
Те кто строят монстров на 42-х и более колесах, либо ставят сафаревские мосты на автомобили с двигателями попроще — не гнушаются самым низким передаточным числом 5.43 от WhiteLK.
7. Suzuki Jimny — разброс родных передаточных чисел очень велик от 3.727 до 5.375 в зависимости от двигателя, года выпуска и параметров трансмиссии, поэтому чаще чтобы ездить на колесах большего диаметра устанавливают шестеренчатую раздатку от самурая вместо того чтобы менять главные пары. Эта раздатка уже идет с большим занижением, позволяет установить понижающие киты в нее и сама по себе является существенным усилением трансмиссии джимника.
8. Suzuki Escudo — выбор не велик, самый низ штатные 5.125 от 1.6 литровой версии.
9. Mitsubishi Pajero, L200 и т.п. — самый низ штатные 5.29.
10. Isuzu Bighorn — 4.3 на АКПП и 4.56 на автомате, были 4.77 у древних труперов — других вариантов нет.
11. Автомобили Jeep, Ford, Dodge, GMC, Chevrolet, Chrysler — для мостов американских автомобилей существует практически безграничный ассортимент главных пар со всеми передаточное числами под любые задачи.
12. Для корейских SsangYong и китайских Great Wall тоже существуют варианты по занижению передаточного числа.
13. Про российский автопром — Нивы, УАЗы, ГАЗы я промолчу, так как не имел счастья познакомиться с ними поближе, но они точно существуют и вариантов занижения передаточных чисел в редукторах и раздатке огромное множество.
14. Портальные мосты Volvo Laplander — существует 3 варианта главных пар 6.0 беговые, 6.х стандартные и 7.1 тяговые (могу ошибаться, позже подправлю).