Передаточное число редуктора и коробки передач: формула и примеры расчета

Что такое передаточное число: определение, оптимальные значения, источники информации и область применения
Каждый механизм, включающий шестерни, характеризуется передаточным числом. Давайте попробуем объяснить простыми словами, в чем заключается его суть: для чего используются шестерни и какое влияние они оказывают на работу автомобиля

Источник изображения: img.freepik.com

Что такое передаточное число

Передаточное число определяет соотношение скоростей вращения ведущего и ведомого элементов. Если говорить понятнее, то оно демонстрирует, насколько изменяется скорость вращения и крутящий момент в процессе передачи вращательного движения.

Когда передаточное число превышает единицу, ведомый механизм замедляет вращение, но при этом возрастает его тяговое усилие. Если же это число меньше единицы, то, наоборот, увеличивается скорость вращения, но снижается крутящий момент. Отсюда и возможность использования одного и того же устройства в качестве «тягового» или «скоростного» механизма — ключевую роль играет передаточное число. Типичный пример — всем знакомая коробка передач, где каждая передача изменяет соотношение оборотов ведущего и ведомого валов трансмиссии.

Передаточное число — это арифметическая величина, выражаемая числом, которое отражает математическое соотношение. Её не измеряют в оборотах или ньютон-метрах.

Формула передаточного числа

Расчет может производиться двумя основными методами: исходя из оборотов и на основе количества зубьев шестерен.

Через частоту вращения (обороты)

i=n1/n2

Здесь i — передаточное число, n1 — скорость вращения ведущего вала, n2 — скорость вращения ведомого вала.

Пример: Вал двигателя совершает 3000 оборотов в минуту, в то время как выходной вал коробки передач вращается со скоростью 1000 об/мин. Таким образом, передаточное число составляет 3000, деленное на 1000, что равно 3.

Через количество зубьев

i=z2/z1

Тут i — передаточное число, z1 — количество зубьев ведущей шестерни, z2 — количество зубьев ведомой.

Пример: На ведомой шестерне 60 зубьев, на ведущей — 20. Таким образом, передаточное отношение составляет 3, что рассчитывается как 60, деленное на 20.

Виды передаточных чисел

i=1 — одиночный. Передача происходит без изменения скорости и крутящего момента. Этот тип передачи также известен как прямая.

Не пропустите: Пять штрафов, грозящих омрачиться отдыхом летом

i>1 — уменьшающее. Обеспечивает повышенную тягу, но снижает скорость.

i<1 – увеличивающее. Увеличение скорости, но снижение тяги.

Передаточное число КПП (пример)

В автомобильной коробке передач предусмотрено несколько передаточных чисел, каждое из которых соответствует определенной передаче. Принцип заключается в следующем: более низкие передачи обеспечивают повышенный крутящий момент, что необходимо при начале движения или движении с нагрузкой (например, в гору или с большим весом). Более высокие передачи предназначены для увеличения скорости. Для примера, в КПП «Газели» используются следующие усредненные значения:

1 передача — 3,82
2 передача — 2,2
3 передача –1,49
4 передача — 1,0
5 передача — 0,82

Первые две передачи предназначены для уверенного начала движения и поддержания тяги при нагрузке, а четвертая и пятая – для снижения оборотов двигателя на трассе и уменьшения расхода топлива. Четвертая передача имеет фиксированное передаточное число. Третья передача является универсальной.

Передаточное число: как оно определяется типом редуктора

Различные типы редукторов, представляющие собой механизмы, изменяющие передаточное отношение, обладают разными диапазонами передаточных чисел, что обусловлено их конструкцией. Таким образом, конструкция коробки передач, а также других узлов и механизмов, где требуется изменение крутящего момента и скорости (например, коробки отбора мощности, раздаточные коробки, дифференциалы и т.д.), определяется используемым типом редуктора. Далее мы рассмотрим основные типы.

Передаточное число цилиндрического редуктора

Цилиндрический редуктор представляет собой конструкцию из двух или более пар зубчатых колес, оси которых расположены параллельно. В самой простой конфигурации, состоящей из одной пары колес, валы размещаются в корпусе, имеющем форму, близкую к цилиндру, что и обусловило название устройства. К типичным чертам относятся: лаконичная и результативная конструкция, высокий коэффициент полезного действия и широкое распространение благодаря невысокой стоимости производства и монтажа. Отношения передаточных чисел обычно находятся в диапазоне от 0,5 до 6 для одной пары шестерен.

Не пропустите: Ли Авто И8: одна комплектация в новой модели

Цилиндрические редукторы находят широкое применение в различных областях: от автомобильных механических коробок передач до узлов специальной техники, промышленных станков и оборудования. Механическая коробка передач легкового автомобиля – это лишь один из примеров сложного многоступенчатого цилиндрического редуктора, в котором валы располагаются параллельно.

Передаточное число планетарного редуктора

Планетарный редуктор включает в себя солнечную шестерню, сателлиты и коронную шестерню. Наиболее распространенное применение в автомобильной промышленности – это классическая автоматическая коробка передач с гидротрансформатором. Данная конструкция отличается компактностью, соосностью входного и выходного валов, а также более сложной структурой по сравнению с механической трансмиссией. Для передачи вращения и увеличения крутящего момента перед коробкой передач используется гидротрансформатор. Коэффициенты редукции обычно находятся в диапазоне от 0,7 до 4,5 на одну ступень.

Передаточное число червячного редуктора

В данной конструкции червяк является ведущим звеном, а червячное колесо – ведомым. Отличительные особенности этой схемы заключаются в высоком передаточном числе и плавности хода, однако она характеризуется более низким КПД по сравнению с зубчатыми передачами. В автомобильной тематике примером может служить рулевое управление типа «червяк-ролик», которое применялось на классических моделях ВАЗ. В настоящее время эта схема практически не используется в рулевом управлении, но находит применение во вспомогательных механизмах, таких как приводы сидений и люков. Типичное значение передаточного отношения в устаревших рулевых механизмах составляло приблизительно 15.

Передаточное число конического редуктора

Коническая передача представляет собой зубчатый механизм, в котором оси пересекаются под углом, обычно составляющим 90 градусов. В автомобилях, часто называемых «коничками», такие передачи применяются для изменения направления потока мощности, преобразуя вращение вдоль оси вала во вращение поперек неё. Наиболее распространенным и наглядным примером является главная передача моста заднеприводного автомобиля. Отношение числа зубьев в конической передаче заднего моста легкового автомобиля, как правило, составляет приблизительно 4.

Частые вопросы о передаточном числе

Какое влияние оказывают значения передаточных чисел звезд на ускорение и максимальную скорость мотоцикла?

Как и в любом редукторе, изменение передаточного числа – будь то за счет установки большей задней звезды или меньшей передней – способствует улучшению динамики разгона, однако при этом снижает максимальную скорость. И наоборот, уменьшение передаточного числа позволяет достичь более высокой максимальной скорости, но ухудшает разгон.

Не пропустите: В Москве ограничат движение на нескольких улицах 9 и 10 августа.

Каким образом трансмиссия влияет на потребление топлива транспортным средством?

Недостаточно короткая передача повышает обороты двигателя и увеличивает расход топлива. Слишком длинная передача может вызвать работу мотора в режиме перегрузки. Таким образом, оптимальное передаточное число всегда является результатом баланса между экономичностью и тяговым усилием. Именно поэтому не существует универсального, идеального соотношения, подходящего для всех условий, и в коробке передач предусмотрены все доступные ступени.

Как вычислить передаточное отношение уже установленного редуктора, когда отсутствует информация о его шестернях?

Существует два способа определения: можно измерить число зубьев или вычислить разницу в оборотах – оба этих подхода были рассмотрены ранее. Альтернативный вариант – использовать компьютерную диагностику, при наличии датчиков оборотов в системе.

Главное о передаточном числе

Передаточное число отражает изменение скорости вращения и крутящего момента между валами, выполняющими ведущую и ведомую роли.
Передаточное число представляет собой арифметическую величину, а не физическую единицу измерения.
Повышение передаточного числа приводит к увеличению тяги и снижению скорости.
В коробке переменной передаточного числа применяются различные значения передаточного отношения для обеспечения разных режимов движения.
Выбор типа редуктора определяет диапазон допустимых передаточных отношений.

Илья Калинчиков