Как рассчитать передаточное число
Шестерня и колесо имеют разное количество зубов с одинаковым модулем и пропорциональный размер диаметров. Передаточное число показывает, сколько оборотов совершит ведущая деталь, чтобы провернуть ведомую на полный круг. Зубчатые передачи имеют жесткое соединение. Передающееся количество оборотов в них не меняется. Это негативно сказывается на работе узла в условиях перегрузок и запыленности. Зубец не может проскользнуть, как ремень по шкиву и ломается.
Расчет без учета сопротивления
В расчете передаточного числа шестерен используют количество зубьев на каждой детали или их радиусы.
Где u12 – передаточное число шестерни и колеса;
Z2 и Z1 – соответственно количество зубьев ведомого колеса и ведущей шестерни.
Знак «+» ставится, если направление вращения не меняется. Это относится к планетарным редукторам и зубчатым передачам с нарезкой зубцов по внутреннему диаметру колеса. При наличии паразиток – промежуточных деталей, располагающихся между ведущей шестерней и зубчатым венцом, направление вращения изменяется, как и при наружном соединении. В этих случаях в формуле ставится «–».
При наружном соединении двух деталей посредством расположенной между ними паразитки, передаточное число вычисляется как соотношение количества зубьев колеса и шестерни со знаком «+». Паразитка в расчетах не участвует, только меняет направление, и соответственно знак перед формулой.
Обычно положительным считается направление движения по часовой стрелке. Знак играет большую роль при расчетах многоступенчатых редукторов. Определяется передаточное число каждой передачи отдельно по порядку расположения их в кинематической цепи. Знак сразу показывает направление вращения выходного вала и рабочего узла, без дополнительного составления схем.
Вычисление передаточного числа редуктора с несколькими зацеплениями – многоступенчатого, определяется как произведение передаточных чисел и вычисляется по формуле:
Способ расчета передаточного числа позволяет спроектировать редуктор с заранее заданными выходными значениями количества оборотов и теоретически найти передаточное отношение.
Зубчатое зацепление жесткое. Детали не могут проскальзывать относительно друг друга, как в ременной передаче и менять соотношение количества вращений. Поэтому на выходе обороты не изменяются, не зависят от перегруза. Верным получается расчет скорости угловой и количества оборотов.
КПД зубчатой передачи
Для реального расчета передаточного отношения, следует учитывать дополнительные факторы. Формула действительна для угловой скорости, что касается момента силы и мощности, то они в реальном редукторе значительно меньше. Их величину уменьшает сопротивление передаточных моментов:
- трение соприкасаемых поверхностей;
- изгиб и скручивание деталей под воздействием силы и сопротивление деформации;
- потери на шпонках и шлицах;
- трение в подшипниках.
Для каждого вида соединения, подшипника и узла имеются свои корректирующие коэффициенты. Они включаются в формулу. Конструктора не делают расчеты по изгибу каждой шпонки и подшипника. В справочнике имеются все необходимые коэффициенты. При необходимости их можно рассчитать. Формулы простотой не отличаются. В них используются элементы высшей математики. В основе расчетов способность и свойства хромоникелевых сталей, их пластичность, сопротивление на растяжение, изгиб, излом и другие параметры, включая размеры детали.
Что касается подшипников, то в техническом справочнике, по которому их выбирают, указаны все данные для расчета их рабочего состояния.
При расчете мощности, основным из показателей зубчатых зацепления является пятно контакта, оно указывается в процентах и его размер имеет большое значение. Идеальную форму и касание по всей эвольвенте могут иметь только нарисованные зубья. На практике они изготавливаются с погрешностью в несколько сотых долей мм. Во время работы узла под нагрузкой на эвольвенте появляются пятна в местах воздействия деталей друг на друга. Чем больше площадь на поверхности зуба они занимают, тем лучше передается усилие при вращении.
Все коэффициенты объединяются вместе, и в результате получается значение КПД редуктора. Коэффициент полезного действия выражается в процентах. Он определяется соотношением мощности на входном и выходном валах. Чем больше зацеплений, соединений и подшипников, тем меньше КПД.
Преимущества и недостатки
Червячная главная передача
Каждый из типов зубчатых соединений имеет свои плюсы и минусы. Рассмотрим их:
- Цилиндрическая главная передача. Максимальное передаточное число ограничено значением 4,2. Дальнейшее увеличение отношения числа зубьев ведет к существенному увеличению размера механизма, а также повышению уровня шума.
- Гипоидная главная передача. Этот тип отличается низкой нагрузкой на зубья и пониженным уровнем шума. При этом из-за смещения в зацеплении шестерен повышается трение скольжения и понижается КПД, но в то же время появляется возможность опустить карданный вал максимально низко. Передаточное число для легковых автомашин – 3,5-4,5; для грузовых – 5-7;.
- Коническая главная передача. Используется редко из-за большого размера и шумности.
- Червячная главная передача. Данная разновидность зубчатого соединения из-за трудоемкости изготовления и высокой стоимости производства практически не используется.
Главная передача – это неотъемлемая часть трансмиссии, от которой зависит расход топлива, максимальная скорость и время разгона машины. Именно поэтому при тюнинге трансмиссии пару зубчатых колес часто меняют на улучшенный вариант. Это помогает снизить нагрузку на КПП и сцепление, а также улучшить разгонную динамику.
Ступени КПП
В КПП любого типа присутствует несколько ступеней. Среди них выделяют низшие, одну прямую и высшие (одну или две). КПП внедорожников и тягачей имеют дополнительные понижающие передачи, они обеспечивают увеличение крутящего момента. Чем ниже ступень, тем выше её передаточное число и тем она «короче». Низшие ступени в большинстве МКПП, — первых три. Они, обеспечивая большую тягу, предназначены для трогания, медленной езды, разгона. Затем мы переключаемся на прямую передачу — четвёртую. Пятая, повышенная или «длинная» — для движения на высокой скорости. Однако она не может обеспечить нужный крутящий момент, когда мы едем в гору или собираемся обогнать впереди идущую машину. Необходимо перейти на ступень ниже: четвёртую или даже третью.
«Длинными» и «короткими» могут быть не только нижние передачи, но и МКПП в целом — это определяет главная передача. Для обычного автомобиля, владельцем которого будет среднестатистический водитель со спокойной манерой езды, производители стараются создать сбалансированную трансмиссию с усреднёнными характеристиками.
Передаточные числа ступеней в коробках передач выбираются с учётом типа привода, веса машины, мощности мотора, диаметра колёс. Расчёт ведут таким образом, чтобы при приличной динамике водителю не приходилось часто переключать рычаг и расход топлива был умеренным.
Массовые авто оснащают «длинными» КПП. Они удобнее, шире диапазон скоростей для каждой из ступеней. В городе, при постоянном изменении скорости движения, это имеет большое значение.
Спортивные версии, рассчитанные на любителей быстрой езды, оборудуются «короткими». Реально «рвануть» первым с перекрёстка, но переключаться придётся чаще.
Неодинаков подход в проектировании трансмиссии у различных производителей. Например, VW, Opel, Volvo, французские, американские, корейские и большинство японских авто имеют «длинные» КПП, предназначенные для умеренной манеры езды. Марки со спортивным имиджем Alfa-Romeo, Lancia, BMW, Audi, SAAB, Honda тяготеют к «коротким».
Что такое передаточное число КПП?
Передаточные числа КПП — частные от деления количества зубцов ведомых к количеству зубьев ведущих шестерней. Ещё такие передачи, у которых высокие передаточные числа — называют «короткими», а низкие числа – «длинными».
Физический смысл заключается в следующем: так как наибольшей частотой вращения обладает всегда двигатель (коленвал и первичный вал),
а частота вращения кардана всегда ниже (поэтому коробка и называется КПП – коробка понижающих передач), за исключением 5 передачи, где передаточное число меньше 1, то передаточное число – это количество оборотов карданного вала за один оборот коленвала.
Есть общее правило: чем оно больше, тем более короткое время понадобится при нажатии педали газа, чтобы набрать максимальное количество оборотов. Соответственно, передача будет более мощной, автомобиль будет «выпрыгивать» вперёд, но при этом водитель должен быть готов к быстрому переключению. И, как только машина значительно ускорилась, нужно готовиться к переключению. Поэтому характерно на высоких оборотах падение скорости.
Для того чтобы улучшить динамику автомобиля при разгоне, можно, конечно, сделать тюнинг карбюратора. Но если вы решились на настоящий поступок – нужно изменить главное передаточное число, главной пары КПП.
В КПП есть такое понятие, как ряд – набор валов и шестерёнок.
- изначально на ВАЗ ставилась четырёхступенчатая КПП 2101;
- затем с 1976 года появилась «нивовская» КПП, или 2121. Она отличалась повышенным рядом, где передаточное число было низкое (всё – таки внедорожник)! Кроме этого, ею комплектовались «шестёрки» с объёмом 1,6 л;
- за год до Олимпиады – 80 появилась КПП 2105;
- в настоящее время в продаже есть только 2107, 21074 и кое – где можно встретить 2106. Все другие коробки сняты с производства;
- КПП 2107 существует для пятиступенчатой коробки, она именуется 21074, разница в том, что есть место для крепления блока шестерней заднего хода и пятой передачи;
Чтобы не утомлять читателя, приведём данные передаточные числа в таблице для КПП 2101, родоначальницы коробок (на самом деле, естественно, фиатовской конструкции) и ВАЗ 2107.
| Ваз 2101 | Ваз 2107 | |
| 1 | 17 | 18 |
| 2 | 29 | 28 |
| 3 | 15 | 14 |
| 4 | 33 | 33 |
| 5 | 3.753 | 3.667 |
| 6 | 20 | 20 |
| 7 | 27 | 27 |
| 8 | 2.303 | 2.1 |
| 9 | 24 | 24 |
| 10 | 21 | 21 |
| 11 | 1.493 | 1.361 |
| 12 | 1 | 1 |
| 13 | — | 38 |
| 14 | — | 20 |
| 15 | — | 0.819 |
- – количество зубцов первичного вала (главная пара);
- – количество зубцов промежуточного вала (главная пара);
- – промежуточный вал 1 ;
- – вторичный вал 1 ;
- – передаточное число 1 передачи;
- — промежуточный вал 2 ;
- — вторичный вал 2 ;
- — передаточное число 2 передачи;
- — промежуточный вал 3 ;
- — вторичный вал 3;
- — передаточное число 3 передачи;
- — передаточное число 4 передачи;
- — промежуточный вал 5;
- — вторичный вал 5;
- – передаточное число 5 передачи. У ВАЗ 2107 нет.
Даже при поверхностном анализе эти передаточные числа говорят следующее:
- все передаточные числа ВАЗ 2107 чуть ниже, чем ВАЗ 2101, это делает коробку «мягче»;
- на 4 передаче имеем 1, это значит, что карданный вал и коленвал соединены напрямую;
- существует 5 передача, которая заставляет колёса вращаться быстрее первичного вала, так как отношение меньше единицы.
Устройство и основные требования к главной передаче
Устройство рассматриваемого механизма простое: главная передача состоит из двух шестерен (зубчатый редуктор). Ведущая шестерня имеет меньший размер, при этом она имеет связь с вторичным валом коробки передач. Ведомая шестерня больше ведущей, а связана она с дифференциалом и, соответственно, с колесами машины.
Схема главной передачи ведущего моста автомобиля: 1 – ведущие колеса; 2 – полуось; 3 – ведомая шестерня; 4 -ведущий вал; 5 -ведущая шестерня
Рассмотрим основные требования, предъявляемые к главной передаче:
- минимальный уровень шума и вибраций при работе;
- минимальный расход топлива;
- высокий КПД;
- обеспечение высоких тягово-динамических характеристик;
- технологичность;
- минимальные габаритные размеры (чтобы увеличить клиренс и не повышать уровень пола в автомобиле);
- минимальная масса;
- высокая надежность;
- минимальная необходимость в обслуживании.
Увеличить КПД главной передачи можно повысив качество изготовления зубьев обоих шестерен, а также увеличив жесткость деталей и применив в конструкции подшипники качения. Отметим, что максимально сокращать вибрации и шум при работе чаще всего требуется для зубчатых редукторов легковых автомобилей. Вибрации и шум можно минимизировать, обеспечив надежное смазывание зубьев, повысив точность зацепления зубчатых колес, увеличив диаметр валов, а также прочими мерами, которые повышают жесткость элементов механизма.
По числу пар зацеплений
- Одинарная – имеет в составе только одну пару шестерен: ведомую и ведущую.
- Двойная – имеет в составе две пары зубчатых колес. Делится на двойную центральную или двойную разнесенную. Двойная центральная располагается только в ведущем мосту, а двойная разнесенная еще и в ступице ведущих колес. Применяется на грузовом транспорте, так как на нем требуется повышенное передаточное число.
Одинарная и двойная главная передача
По виду зубчатого соединения
- Цилиндрическая. Применяется на машинах с передним приводом, в которых двигатель и коробка переключения передач имеют поперечное расположение. В этом типе соединения применяются шестерни с шевронными и косыми зубьями.
- Коническая. Используется на тех заднеприводных машинах, в которых не важны размеры механизмов и нет ограничений на уровень шума.
- Гипоидная – самый популярный вид зубчатого соединения для автомобилей с задним приводом.
- Червячная -в конструкции трансмиссии автомобилей практически не применяется.
Цилиндрическая главная передача
По компоновке
- Размещенные в коробке передач либо в силовом агрегате. На переднеприводных автомобилях главная передача расположена непосредственно в корпусе КПП.
- Размещенные отдельно от КПП. В машинах с задним приводом главная пара шестерен располагается в картере ведущего моста вместе с дифференциалом.
Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.
Коническая главная передача
Как соотносится возраст человека и кошки позже 12 лет
Считается, что 12 лет для кошки то же самое, что 60-64 года для человека. Звериное становится «пенсионером»: двигается немного и не дюже с охотой, с трудом переносит перемены в жизни, почаще и дольше болеет. Но некоторые кошки остаются бодрыми и энергичными даже в этом возрасте, так же, как и отлично сохранившиеся люди. Пятнадцатилетняя кошка и 76-летний человек приблизительно равны по состоянию здоровья и резерву жизненных сил. Ну а звериные 18-20 лет встречаются с такой же частотой, как и люди-долгожители старше 90 лет
Видео по теме Обратите внимание! При переходе с четырехступенчатой коробки передач на пятиступенчатую вам придется реже переключать передачи, и вы можете увеличить максимальную скорость на всей передаче
Планетарная передача
Широко применяется так называемая планетарная кинематическая схема. Она представляет собой механизм, предназначенный для передачи, преобразования вращательного движения. С этой целью используются зубчатые колеса, расположенные на перемещающейся оси. Конструктивными элементами являются: центральные зубчатые колеса, закреплённые на неподвижных осях, боковые зубчатые колеса (расположены на перемещающихся осях). Для обеспечения наилучшего эффекта планетарные механизмы изготовляются на параллельных осях.
Коэффициент полезного действия достаточно высокий. Его значение приближается к 0,98. Наиболее распространёнными являются конструкции, в которых применяются нескольких сателлитов. Их располагают с угловыми шагами равной величины.
Такие конструкции выполняются с постоянным или переменным передаточным отношением. Некоторые из них имеют возможность регулировки этого параметра. Они разработаны обратимыми и необратимыми. В обратимых образцах предусмотрено движение в прямом и обратном направлении. В необратимых конструкциях такое движение невозможно. Изменение передаточного отношения бывает ступенчатым или бесступенчатым. Ярким представителем первого агрегата является механическая коробка передач автомобиля. Второй вариант применяется в вариаторах.
Рассмотренные передаточные отношения передач рассчитываются на этапе проектирования агрегата при выборе кинематической схемы. С их помощью производится выбор типа соединения, определяется эффективность. Оценивается надёжность всего механизма.
Влияние передаточного числа на динамику
Какое автономное пуско-зарядное устройство лучше
Передаточное число – величина вычисляемая, она находится отношением числа зубьев ведомой шестерни к количеству ведущей. Чем выше это значение, тем двигатель быстрее накрутит нужное количество оборотов и разгонит автомобиль более стремительно. «Супер!», — скажете вы, но ошибетесь в главном – максимум скорости в этом случае будет меньшим, а переключать передачи вам придется намного чаще. Поэтому производители придерживаются средних значений передаточных чисел КПП, создавая многоступенчатые конструкции.
Сначала конструкции КПП содержали 3 вала, где 3-я передача являлась прямой и позволяла достигать предельной скорости. Последующая же регулировка скорости сводилась к уменьшению оборотов двигателя через подачу топлива, в этом случае эффект управления скоростью достигался, но терялась экономичность авто совершенно. Поэтому количество передач увеличили, и бывшая прямая третья стала четвертой или пятой, а далее достигла и более высоких ступней.
Передаточные числа механической коробки передач самой распространенной 5-скоростной КПП находятся в следующих диапазонах:
- 1-я передача – от 3 до 4;
- 2-я передача – от 2 до 2,9;
- 3-я передача – от 1,2 до 1,9;
- 4-я передача – от 0,9 до 1,2;
- 5-я передача – от 0,7 до 0,9;
- задний ход – от 3 до 4.
Если передаточные числа АКПП будут настроены неправильно, то комфорта от поездки за рулем добиться не удастся. А вот в АКПП передаточные числа при несбалансированности способны равномерное движение автомобиля превратить в езду на упрямом осле, сопровождающуюся постоянными рывками и необоснованно большим расходом топлива. Оптимальными специалисты считают значения, расположенные близко друг к другу, тогда у автомобиля будет разгон без рывков при переключении скоростей. Такого дробления не удастся осуществить, если передач будет мало, поэтому чем больше передач – тем лучше для вашего комфорта при вождении. Особенно это касается машин с автоматом: если есть возможность выбора, то АКПП с 5-ю, 6-ю, 7-ю скоростями будет намного предпочтительнее 4АКПП. Здесь за вас скорости переключает автоматика, и чем чаще она будет это делать, тем быстрее выйдут из строя дорогостоящие механизмы.
Часто значения передаточных чисел указывают в характеристиках автомобиля. За этими цифрами стоит скрупулезный подбор производителем оптимальных значений. Каких-то идеальных величин, как при оценке других параметров, здесь не существует. Поэтому назвать одно значение плохим, а другое хорошим нельзя, так как коробки передач влияют на динамику машины, а тип вождения и предпочтения у владельцев авто зачастую кардинально различны, и сложно рассматривать КПП отдельно от всего «организма» машины.
Все скоростные режимы и рекомендации завода-изготовителя формируются только после определения передаточных чисел, ибо они должны учитывать такие нюансы, как:
- комфорт в управлении автомобилем, исключающий частое переключение передач как на механике, так и на автомате;
- хорошие показатели динамики автомобиля;
- все передачи должны работать слаженно, чтобы ни один режим поездки не выбивался из заданного ритма;
- расход топлива должен быть нормальным и соизмерим заявленной литражности, перегазовок быть не должно;
- длинная последняя передача способна разогнать авто до максимальной скорости;
- должна быть полная совместимость двигателя и передаточных чисел.
Последний пункт поясним немного подробнее. Для каждого двигателя разработчики создают коробку с заданными передаточными числами, поэтому задумываясь о замене КПП, вариант неродной коробки даже не стоит рассматривать. С данной модификацией вы можете приобрести массу проблем. Если новая коробка взята от такого же двигателя, но более мощного, то вам гарантирован больший износ мотора и не слишком удобное переключение скоростей, но к этому со временем можно привыкнуть, а вот преждевременный износ двигателя – вещь малоприятная.
Не лучше ситуация получается и при обратной замене – коробку взяли из пары, где двигатель был слабее. Этой модификацией вы обделите себя по потенциалу машины и увеличите топливные затраты на поездку.
Таким образом, для полноценной работы автомобиля в нем должна располагаться родная трансмиссия.
Но народные умельцы автомобильного тюнинга уже научились менять в машине передаточное число, используя новые шестерни в рядах и получая другие характеристики модели. Такие модификации часто проводят с автомобилями ВАЗ. Следствие этого — более интенсивный разгон автомобиля, но приходится жертвовать максимальной скоростью.
Передаточное число гоночных автомобилей также разительно отличается от серийных моделей, ибо перед ними стоят другие задачи эксплуатации.
Устройство механической коробки передач
Устройство механической КПП
Конструктивно механическая коробка передач состоит из следующих элементов:
- ведущий или первичный вал;
- ведомый или вторичный вал;
- промежуточный вал (для 3-х вальной МКПП);
- шестерни первичного и вторичного валов;
- механизм выбора передач;
- муфты синхронизаторов (синхронизаторы);
- картер;
- главная передача;
- дифференциал.
При этом устройство и принцип работы двухвальной и трехвальной трансмиссии отличаются друг от друга.
Двухвальная коробка передач: устройство и принцип работы
Схема двухвальной МКПП
Этот тип коробки является наиболее распространенным. Крутящий момент от двигателя через муфту сцепления передается на первичный вал. В зависимости от конструкции конкретной коробки передач часть шестерней на первичном и вторичном валах жестко закреплены на них, а часть свободно вращаются. Также на каждом валу расположен минимум один синхронизатор. Шестерни первичного и вторичного валов находятся в постоянном зацеплении друг с другом. Понять, какие из них зафиксированы, а какие вращаются, очень просто: шестерни возле синхронизаторов всегда вращаются на валу.
Шестерня главной передачи жестко закреплена на ведомом валу. Крутящий момент от вторичного вала к колесам транспортного средства передают главная передача и дифференциал. Последний обеспечивает вращение колес с разной угловой скоростью.
Механизм выбора передач в двухвальной КПП расположен в корпусе коробки и состоит из вилок и штоков, перемещающих муфты синхронизаторов. Механизм оснащен защитой от одновременного включения двух передач.
Принцип работы двухвальной трансмиссии следующий:
- В нейтральном положении рычага переключения передач крутящий момента от двигателя не передается на ведущие колеса, шестерни на валах свободно прокручиваются.
- При перемещении рычага водитель перемещает муфту синхронизатора соответствующей вилкой через систему тросиков или тяг.
- Муфта синхронизирует угловые скорости соответствующей шестерни и вала, на котором расположен синхронизатор.
- Муфта синхронизатора входит в зацепление с шестерней и крутящий момент начинает передаваться с первичного вала на вторичныый.
- Происходит передача крутящего момента от двигателя на ведущие колеса с заданным передаточным числом.
Для движения задним ходом используется дополнительный вал с промежуточной шестерней заднего хода.
Схемы передачи крутящего момента на каждой из передач:
Нейтральное положение
1-я передача
2-я передача
3-я передача
4-я передача
5-я передача
Задний ход
Трехвальная КПП: устройство и принцип работы
Отличие трехвальной механики от двухвальной в том, что здесь используются три вида валов. Помимо ведомого и ведущего также применяется промежуточный вал.
Первичный вал, соединенный со сцеплением, передает крутящий момент на промежуточный. Передача происходит через соответствующую шестерню — таким образом, валы находятся в постоянном зацеплении.
Устройство трехвальной МКПП
Промежуточный вал расположен параллельно первичному, все шестерни на нем жестко зафиксированы.
На одной оси с первичным расположен вторичный вал. За это отвечает упорный подшипник на ведущем валу, в который входит вторичный вал. При этом шестерни ведомого вала могут свободно вращаться и не имеют жесткой фиксации с валом. Шестерни вторичного вала находятся в постоянном зацеплении с шестернями промежуточного вала. Следовательно, в нейтральном положении КПП крутящий момент от первичного вала передается на промежуточный и далее на шестерни вторичного вала. Но поскольку они свободно вращаются на валу, автомобиль не двигается.
Между шестернями вторичного вала находятся синхронизаторы, работа которых заключается в выравнивании угловых скоростей шестерен вторичного вала с угловой скоростью самого вала за счет сил трения.
Синхронизаторы жестко закреплены на вале и за счет шлицевого соединения могут двигаться по нему в осевом направлении.
В отличие от двухвальной КПП, механизм переключения в трехвальной трансмиссии располагается на корпусе коробки и состоит из рычага управления и штоков с вилками. Механизм также оснащен блокирующим устройством для предотвращения одновременного включения двух передач.
Он может также иметь и дистанционное управление. При этом дистанционный механизм переключения обеспечивает кулиса или шарнирные тросы.
Принцип включения передач в трехвальной КПП аналогичен принципу работы двухвальной трансмиссии.
Общее определение
Наглядный пример изменения числа оборотов проще всего наблюдать на простом велосипеде. Человек медленно крутит педали. Колесо вращается значительно быстрее. Изменение количества оборотов происходит за счет 2 звездочек, соединенных в цепь. Когда большая, вращающаяся вместе с педалями, делает один оборот, маленькая, стоящая на задней ступице, прокручивается несколько раз.
Передачи с крутящим моментом
В механизмах используют несколько видов передач, изменяющих крутящий момент. Они имеют свои особенности, положительные качества и недостатки. Наиболее распространенные передачи:
Ременная передача самая простая в исполнении. Используется при создании самодельных станков, в станочном оборудование для изменения скорости вращения рабочего узла, в автомобилях.
Ремень натягивается между 2 шкивами и передает вращение от ведущего в ведомому. Производительность низкая, поскольку ремень скользит по гладкой поверхности. Благодаря этому, ременной узел является самым безопасным способом передавать вращение. При перегрузке происходит проскальзывание ремня, и остановка ведомого вала.
Передаваемое количество оборотов зависит от диаметра шкивов и коэффициента сцепления. Направление вращения не меняется.
На ремне имеются выступы, на шестерне зубчики. Такой тип ремня расположен под капотом автомобиля и связывает звездочки на осях коленвала и карбюратора. При перегрузе ремень рвется, так как это самая дешевая деталь узла.
Цепная состоит из звездочек и цепи с роликами. Передающееся число оборотов, усилие и направление вращения не меняются. Цепные передачи широко применяются в транспортных механизмах, на конвейерах.
Характеристика зубчатой передачи
В зубчатой передаче ведущая и ведомая детали взаимодействуют непосредственно, за счет зацепления зубьев. Основное правило работы такого узла – модули должны быть одинаковыми. В противном случае механизм заклинит. Отсюда следует, что диаметры увеличиваются в прямой зависимости от количества зубьев. Одни значения можно в расчетах заменить другими.
Например, между осями или точками на эвольвенте по средней линии Размер модуля состоит из ширины зуба и промежутка между ними. Измерять модуль лучше в точке пересечения линии основания и оси зубца. Чем меньше радиус, тем сильнее искажается промежуток между зубьями по наружному диаметру, он увеличивается к вершине от номинального размера. Идеальные формы эвольвенты практически могут быть только на рейке. Теоретически на колесе с максимально бесконечным радиусом.
Деталь с меньшим количеством зубьев называют шестерней. Обычно она ведущая, передает крутящий момент от двигателя.
Зубчатое колесо имеет больший диаметр и в паре ведомое. Оно соединено с рабочим узлом. Например, передает вращение с необходимой скоростью на колеса автомобиля, шпиндель станка.
Обычно посредством зубчатой передачи уменьшается количество оборотов и увеличивается мощность. Если в паре деталь, имеющая больший диаметр, ведущая, на выходе шестерня имеет большее количество оборотов, вращается быстрее, но мощность механизма падает. Такие передачи называют понижающими.
Зачем нужна паразитка
При взаимодействии шестерни и колеса происходит изменение сразу нескольких величин:
- количества оборотов;
- мощности;
- направление вращения.
Только в планетарных узлах с нарезкой зубьев по внутреннему диаметру венца сохраняется направление вращения. При наружном зацеплении ставится две одинаковые шестерни подряд. Их взаимодействие не меняет ничего, кроме направления движения. В этом случае обе зубчатые детали называются шестернями, колеса нет. Вторая, промежуточная, получила название «паразитка», поскольку в вычислениях не участвует, меняет только знак.
Виды зубчатых соединений
Зубчатое зацепление может иметь различную форму зуба на деталях. Это зависит от исходной нагрузки и расположения осей сопрягаемых деталей. Различают виды зубчатых подвижных соединений:
Самое распространенное и простое в исполнении прямозубое зацепление. Наружная поверхность зуба цилиндрическая. Расположение осей шестерни и колеса параллельное. Зуб расположен под прямым углом к торцу детали.
Кулиса
На современных автомобилях, в том числе и на новых Грантах, Калинах, Приорах устанавливаются КПП с тросовым приводом передач, благодаря чему переключение передач становится легкой и четкой. На Самарах же: 2114 -2113-2115 привод передач осуществляется не за счет тросика, а за счет кулисы.
Кулиса
Кулиса — разработка 80-х, поэтому передачи могут не включаться с первого раза, плохо заходить и т. д.
На спортивных тюнингованных автомобилях часто ставят «короткоходную» кулису.
Суть короткоходной кулисы в том, что путь рычага КПП от нейтрали до передачи становится короче, чем был. Проще говоря: передачи включаются легче, ход рычага меньше, что дает существенное преимущество при переключении.
Как рассчитать передаточное число
Необходимость определить передаточное число (коэффициент) КПП у водителей возникает редко. Основная причина — модернизация трансмиссии для получения лучших динамических характеристик. Коэффициенты передачи коробки передач разных ступеней закладывает конструктор при проектировании автомобиля. Их выбирают на основе мощностных параметров двигателя и целевого назначения транспортного средства. Для среднестатистического водителя закладывают передаточные отношения КПП главной и понижающих передач, обеспечивающие наибольшую экономичность. Те, кто хочет придать автомобилю большей динамики, рассчитывают характеристики самостоятельно.
Расчет без учета сопротивления
Узнать передаточный коэффициент можно в сопроводительной документации на агрегат (коробку или редуктор заднего моста). Когда документа нет, расчёт ведут самостоятельно. Для этого сравнивают количество оборотов на входном и выходном валах. Определение передаточного отношения главной пары редуктора заднего моста:
- Вывесить приводное колесо, приподняв автомобиль домкратом.
- На входном валу редуктора или на кардане поставить метку. Вторую отметку наносят на вывешенном колесе.
- Вращая за ступицу считают обороты карданного вала. Когда колесо повернётся на 360°, оценивают положение второй отметки.
- Определяют передаточный коэффициент, деля количество оборотов входного вала на 1 (поворот колеса). Полученное значение сравнивают со стандартными величинами.
К сведению!
Для более точного вычисления колесо поворачивают 10 раз.
В переднеприводных автомобилях главная пара размещается в КПП. Определение коэффициента выполняют по схожему принципу:
- Снимают правое переднее колесо, открывая доступ к шкиву двигателя.
- Ставят метки на ступице и хвостовике коленвала.
- Включают 1 передачу и вращают шкив, считая обороты. Когда ступица провернётся на 360°, вычисляют передаточное отношение.
- Процедуру выполняют для всех скоростей.
Для вычисления передаточного отношения главной передачи необходимо сравнить технические данные с полученными результатами. Для этого в интернете находят справочные таблицы, где указаны характеристики типовых КПП и выбирают совпадающую модель.
КПД зубчатой передачи
Более точный расчёт трансмиссии подразумевает вычисление крутящего момента с учётом всех сопротивлений. Передача вращения от двигателя к колёсам происходит с небольшими потерями на трение в зубчатых парах, подшипниках и уплотнениях. Эти помехи уменьшают выходной крутящий момент, а компенсируют его за счёт увеличения мощности двигателя. При расчёте используют КПД цилиндрической и конической зубчатой передачи. В первом случае он составляет 0,98, во втором — 0,97.
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).
