Передаточные числа кпп
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.
Рекомендуем также прочитать статью о том, как устроена механическая коробка передач. Из этой статьи вы узнаете об особенностях и принципах работы МКПП, устройстве механической коробки, преимуществах агрегатов данного типа и т.д.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.
Главная задача – обеспечить как приемлемую динамику разгона, так и добиться необходимых показателей топливной экономичности. В результате такая трансмиссия полностью подходит для штатной эксплуатации автомобиля. Если же владелец стремится улучшить динамические показатели, тогда кроме двигателя необходимо реализовать и тюнинг коробки 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?
Передаточные числа являются основной наукой, стоящей за каждой машиной 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 понимаете математику за кругами.Я избавлю вас от математики в начальной школе, но важно знать, что окружность круга связана с диаметром круга. Эта математика важна в дизайне передаточного числа.
Основы передаточных отношений и дизайна передаточных чисел
Чтобы начать понимать передаточные числа, проще всего начать с удаления зубьев с зубчатых колес. Представьте себе два круга, катящихся друг против друга и не допускающих проскальзывания, как в физике в колледже 1. Дайте окружности один диаметр 2.54 дюйма Умножение этого числа на пи оставляет нас с окружностью 8 дюймов или, другими словами, одно полное вращение окружности 1 приведет к смещению 8 дюймов .
Дайте окружности два диаметром .3175 дюймов , что дает нам окружность 1 дюйм . Если эти два круга скрутятся вместе, они получат передаточное число 8: 1, поскольку окружность имеет окружность , умноженную на 8 8 900, равную длине второго круга. Передаточное число 8: 1 означает , что второй круг вращается 8 раз для каждого временного круга один поворот один раз.Пока не уснете на мне; мы собираемся стать все более и более сложным.
Gears не круги, потому что, как вы знаете, у них есть зубы. Зубчатые колеса должны иметь зубы, потому что в реальном мире между двумя вращающимися кругами нет бесконечного трения. Зубы также позволяют легко достичь точных передаточных чисел.
Вместо того, чтобы иметь дело с диаметрами зубчатых колес, вы можете использовать количество зубьев на зубчатом колесе для достижения высокоточных соотношений.Передаточные числа никогда не являются просто произвольными значениями, они сильно зависят от необходимого крутящего момента и выходной мощности, а также от силы передач и материала. Например, если вам нужно передаточное число , 3,57: 1 , было бы возможно спроектировать две совместимые шестерни , одну с 75 зубцами и другую с 21 .
ОТНОСИТЕЛЬНО: ЭТОТ МЕХАНИЗМ ТУРБОФАНА НА 15 ПРОЦЕНТОВ БОЛЬШЕ, ЧЕМ ДРУГИХ ДВИГАТЕЛЕЙ САМОЛЕТА
Еще одним важным аспектом, который играет роль зубьев в зубчатых передачах, являются производственные допуски. Большинство шестерен может быть изготовлено с довольно широкими допусками, и мы знаем, что чем жестче допуск, тем дороже его изготовление. Зубья позволяют изготавливать зубчатые колеса с заданными диаметрами в некоторой степени, что означает, что изготовление дешевле. По сути, зубья становятся буфером, который допускает недостатки в производстве зубчатых колес.
Расчет передаточных чисел в конструкции машины
Хотя базовое передаточное число довольно просто для понимания, оно также может быть намного сложнее.Большие размеры зубчатых колес, называемые зубчатыми передачами, часто необходимы в конструкции машины. Они состоят из множества зубчатых колес, которые часто складываются или укладываются подряд. 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 отношением 1: 5 даст увеличение скорости вращения на 2500% и , сохраняя при этом выходной сигнал в том же направлении, что и входной.Чтобы привести 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 снизить мощность двигателя 2500 об / мин до 100 об / мин . Эти изменения позволяют регулировать крутящий момент и скорость.
ПО СВЯЗАННЫМ: ФУТУРИСТИЧЕСКАЯ ПЕРЕДАЧА РОССИЙСКОЙ ПЕРЕДАЧИ ПОЛУЧИЛА ЯДЕРНО-УСТОЙЧИВОЕ ОБНОВЛЕНИЕ Более сложные комбинации передач и передаточных чисел дают интересные конструкции машин.Теоретически, передаточные числа просты, но, как инженер, вы можете оказаться вовлеченными в сложные конструкции зубчатых колес, которые кажутся немного подавляющими. Как и в случае с другими инженерными навыками, требуется время, чтобы полностью развить навыки проектирования передаточного числа. Коробки передач являются одними из лучших примеров практического применения передаточных чисел. Любой, кто ездил на автомобиле или другом моторизованном транспортном средстве, в той или иной форме получил пользу от трансмиссии.И каждая передача - это, по сути, просто набор передач и передаточных отношений, тесно связанных друг с другом. Посмотрите невероятно полезное видео из Learn Engineering ниже, чтобы узнать больше о том, как работают ручные коробки передач. Важно отметить, что, хотя механические коробки передач теряют популярность у автопроизводителей, поскольку их нелегко использовать в гибридных или электромобилях, они функционируют почти так же, как и автоматические коробки передач в отношении передачи.Основное отличие заключается в том, как переключаются передачи. , СВЯЗАННЫЕ: ПЯТЬ ТЕНДЕНЦИЙ, КОТОРЫЕ СЛЕДУЮТ АВТОМОБИЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ В 2020 ГОДУ Механические коробки передач будут включать в себя действия пользователя (переключение передач и сцепление) для переключения, в то время как автоматические коробки передач будут использовать данные, поступающие от бортового компьютера автомобиля, или, на очень ранних моделях, механический сигнал от скорости автомобиля или двигателя автомобиля. Причина, по которой у него нет этой функции, заключается в том, что передаточное число также отношение числа зубьев (двух зубчатых колес), и это значение, которое пользователь должен войти. Слева два зубчатых колеса с 7 зубцами и 21 зубом будет иметь соотношение 7:21 (что соответствует 1: 3).То есть 7-зубчатая передача будет вращаться 3 раза за один оборот 21-зубчатой передачи. Логика проста, каждая шестерня должна вращаться таким же количеством зубьев, чтобы они были в сетке, так что 7 зубчатая передача, имея одну треть зубов, нужно повернуть в три раза больше Определение необходимых передач Например, для шестерни слева синие шестерни имеют 7 и 21 зубьев, в то время как зеленые шестерни имеют 9 и 30 зубов.Таким образом, первое передаточное число составляет 7:21, а второе - 9:30. Умножение двух вместе дает (7x9) :( 21x30) = 63: 630, что составляет 1:10. Таким образом, большая зеленая шестерня будет делать 1 оборот на каждые 10 ходов маленькой синей передача. Определение того, какие шестерни вам нужны для проектирования многоступенчатой передачи Есть много способов добиться данного сокращения в несколько этапов, но как решить, какой зуб использовать для передач? Предположим, нам нужно передаточное число 1:11, и мы хотим наименьшую передачу иметь не менее 10 зубов. Мы могли бы сделать это с 10-зубным и 110-зубчатым механизмом. Давай напишем соотношение как 10: 110 Теперь давайте представим, что мы поставили еще один механизм между ними.Давайте представим, что 35 зубчатых колес расположены между 10 и 110 зубцами. передач. Передаточное число между зубчатыми колесами 10 и 110 будет по-прежнему быть одинаковыми, хотя зубчатые колеса 10 и 110 теперь будут вращаться в одном и том же направление, тогда как раньше они поворачивались в разные стороны. С 35-зубным зубчатым колесом между ними, теперь мы можем думать о 10:35 уменьшение зуба с последующим сокращением зуба 35: 110. Мы можем уменьшить 35: 110 до 7:22, но если мы не хотим меньше передач чем 10 зубов, нам нужно удвоить это до 14:44.Итак, теперь мы можем сделать наша передача 1:11 со следующими этапами: 10:35 и 14:44 Общее количество зубов между двумя этапами составляет 103 зуба против 120 для оригинальная версия. но что более важно, этот набор передач меньше. Общие знаменатели очень важны, и может быть необходимо выберите другое число промежуточных зубов, чтобы сделать возможным уменьшение. Если, однако, мы хотели, чтобы передаточное число 11: 127, единственный способ получить такое точное соотношение будет с зубчатой передачей 11 и 127 зубьев (или их кратные), потому что оба являются простыми числами, которые не может быть учтено. При дальнейшем рассмотрении приведенного выше примера передачи 1:11 мы могли бы получить сделано еще лучше, если бы вместо этого мы начали с 1:11 как 12: 132. Затем мы могли бы написать это как 12:44 и 44: 132, а 44: 132 это соотношение 1: 3, которое мы могли бы также сделать 10:30. Это оставило бы нас с 12:44 и 10:30, что составляет всего 96 Всего зубов. Мы могли бы также поменять две большие передачи, если бы захотели. Например, 10:44 и 12:30, умноженные вместе, также дают соотношение 1:11. Предположим, мы хотим сделать сокращение 1:12 для часов. 12 факторов на 4 и 3, так что мы можем сделать 1: 4 и 1: 3. но давайте посмотрим, сможем ли мы сделать два отношения ближе друг к другу. Давайте умножим обе стороны на 8, чтобы наше соотношение 1:12 стало 8:96. Таким образом, мы можем написать 8:28:96 или 8:28 и 28:96 Мы можем разделить правую сторону на 4, поэтому мы получаем 8:28 и 7:24 Это не всегда получается так хорошо. Иногда одна сторона или другой не имеет общих делителей, поэтому вам может понадобиться разные значения для промежуточного. Для часов часовая и минутная стрелки должны быть концентрическими, поэтому обе эти зубчатые пары должны иметь одинаковое расстояние между валами.Если мы используем один и тот же шаг зубьев для обеих передач, валы не будет выстраиваться Используя мою программу генератора передач, Я могу просто ввести расстояние между валами, и программа соответствующим образом пересчитает размер зуба. Я использовал 8 см для обоих комплектов. Я вырезал шестерни из фанеры толщиной 10 мм на ленточной пиле. Если я положу их сверху друг от друга, два набора передач выглядят почти одинаково, но они имеют немного разные соотношения, и зубы на одном наборе слегка больше. Вал через большую шестерню справа соединяется с меньшим 7-зубная шестерня позади него, а более короткая «часовая» стрелка прикручена напрямую к большой передаче. Теперь, если бы у меня был таймер, который вращался на 1 оборот в час, я мог бы сделать действительно большие часы с этими механизмами. «Построй часы» - это предложение, которое я часто получаю. Может быть, на днях Я построю один, а может и нет. Нет необходимости предлагать это во всяком случае, потому что мысль наверняка пришла мне в голову :) Вернуться на мой сайт по деревообработке. Любая планетарная передача имеет три основных компонента: Каждый из этих трех компонентов может быть входом, выходом или может удерживаться стационарно. Выбор того, какая часть играет, какую роль определяет передаточное число для коробки передач.Давайте посмотрим на одну планетарную передачу. Один из планетарных редукторов нашей трансмиссии имеет зубчатое колесо с 72 зубцами и солнечное зубчатое колесо с 30 зубьями. Мы можем получить множество различных передаточных чисел из этой передачи. Таким образом, этот один набор передач может производить все эти различные передаточные числа без необходимости включать или отключать какие-либо другие передачи. С двумя из этих наборов в ряд мы можем получить четыре передачи переднего хода и одну передачу заднего хода, в которых нуждается наша передача. Мы соберем два набора шестеренок в следующем разделе. Коробки передач - практическое применение передаточных чисел
Разработка простых передаточных чисел (две передачи)
Функция часто запрашивается в моей программе передач заключается в том, что он должен рассчитывать и отображать передаточное число.
Предположим, у вас есть двигатель, который вращается со скоростью 1200 об / мин (оборотов в минуту), и вам нужно что-то крутить на 500 об / мин.
Требуемое соотношение составляет 500: 1200 или 5:12.Тем не менее, простые механизмы только с 5 зубцами, как правило, немного грубоваты, поэтому лучше всего сделать (или получить) шестерни с 10 и 24 зубьями. Определение составных передаточных чисел (несколько ступеней)
Когда зубчатая передача имеет несколько ступеней, передаточное число для Общая система зацепления является продуктом отдельных этапов.
Любое передаточное число, которое может быть достигнуто за счет нескольких ступеней зацепления также производиться одноступенчатой передачей, но для больших передаточных чисел, большая передача может стать громоздкой.
Пример дизайна 2: Механизмы часовых и минутных стрелок циферблата
Чтобы получить коэффициент уменьшения для обеих передач, мы хотим, чтобы каждая передача отношение должно быть около квадратного корня из 12, что составляет около 3.464. Сейчас 8 * 3,464 - это 27,7. Итак, давайте попробуем 28 зубьев для промежуточной передачи.
Смотри также:
Вход
Выход
Стационарный
Расчет
Передаточное отношение
A
Солнце ( S )
Планетоносец ( C ) Кольцо
( R )
1 + R / S
3.4: 1
B
Планетоносец ( C ) Кольцо
( R )
Солнце ( S )
1 / (1 + S / R)
0,71: 1
C
Солнце ( S ) Кольцо
( R )
Планетоносец ( C )
-R / S
-2.4: 1
Кроме того, блокировка любых двух из трех компонентов приведет к блокировке всего устройства при понижении передачи 1: 1. Обратите внимание, что первое передаточное число, указанное выше, является понижением и - выходная скорость ниже входной скорости. Вторым является перегруз - скорость на выходе выше, чем скорость на входе. Последнее снова является уменьшением, но направление вывода меняется на противоположное. Есть несколько других передаточных чисел, которые можно получить из этой планетарной передачи, но они относятся к нашей автоматической трансмиссии.Вы можете попробовать это в анимации ниже:
Анимация различных передаточных чисел, связанных с автоматическими коробками передач. Нажмите на кнопки слева в таблице выше.
