Передаточные числа трансмиссии

Передаточные числа трансмиссии

Единственный вопрос, в котором я не согласен с производителями автомобилей это передаточные числа трансмиссии. Не так давно во времена трех- и четырехступенчатых механических коробок передач и трехступенчатых автоматических коробок передач приходилось иметь дело с шумными и потребляющими большое количество топлива автомобилями при движении на высоких скоростях по шоссе, чтобы достичь эффективного ускорения на извилистой дороге. В наше время, так как большинство автомобилей оснащены четырех- и пятиступенчатыми механическими и четырехступенчатыми автоматическими коробками передач, нет смысла жертвовать бесшумным движением и экономичностью для резкого ускорения. Однако большое количество производителей устанавливают повышающие передачи, хотя автомобиль может достичь максимальной скорости на следующей низкой передаче. К тому же использование повышающей передачи резко увеличивает расход топлива, так как дроссельная заслонка должна быть широко открыта, чтобы поддерживать высокую скорость при движении по холмистой местности. Кроме того, в автомобилях, оснащенных механической коробкой передач, увеличивается износ сцепления и коробки передач, вследствие необходимости частого переключения передач, не говоря уже об усталости водителя.

Однажды у меня был высококачественный автомобиль, однако по моему мнению передаточные числа коробки передач были неправильно рассчитаны. При движении на скорости 120-130 км/ч по извилистой дороге расход топлива был слишком высоким, примерно 11 л на 100 км, при увеличении скорости расход топлива увеличился до 13 л/100 км! Не слишком хорошее решение, учитывая небольшой вес и объем двигателя 1,6 л. Передаточные числа были вполне подходящими, поэтому необходимо было подобрать подходящую ведомую и ведущую шестерню. В списке спецификаций не было указано альтернативных деталей, однако я нашел другие модели автомобилей того же производителя, в который использовались те же дифференциалы с меньшей понижающей передачей (большее передаточное число). Передаточное число ведущего моста моего автомобиля составляло 3,8:1, однако на других моделях присутствовали передаточные числа 3,95:1 и 4,15:1, а автомобили для коммерческих перевозок имели передаточное число на ведущем мосту 4,41:1.

Затем я выполнил некоторые расчеты, чтобы определить, какое передаточное число будет наиболее подходящим для моего автомобиля с учетом дорожных условий, в которых он чаще всего используется. Двигатель заработал на полную мощность при частоте вращения 4000 об/мин и начал идти в разнос при частоте вращения 6000 об/мин. я хотел, чтобы двигатель автомобиля работал в нормальном режиме на скорости 120 – 130 км/ч. При установке ведомой и ведущей шестерни с передаточным отношением 4,15:1, частота вращения двигателя составила бы 4400 – 4500 об/мин на заданной скорости. Автомобиль был модифицирован. Технические характеристики при движении по холмистой местности улучшились, а расход топлива составил 8 л/100км. Максимальная скорость увеличилась с 172 км/ч до 180 км/ч. Чтобы достичь этих результатов единственной модификацией, кроме дифференциала, было незначительное улучшение форсунок ускорительного насоса карбюратора и главной форсунки. Ведущие шестерни спидометра также были изменены.

Обычно изменение передаточного числа на ведущем мосту не привело бы к таким результатам, однако этот пример показывает, насколько можно улучшить мощность и экономичность при замене ведущей и ведомой шестерни. Производители автомобилей утверждают, что рассчитывают оптимальные передаточные числа, чтобы обеспечить плавный и тихий ход автомобиля и меньший расход топлива при движении на средней эксплуатационной скорости. Однако большинство автомобилей редко используются для движения по шоссе, следовательно необходимо внимательно изучить передаточные числа, чтобы определить, действительно ли они снижают мощность и экономичность автомобиля. В действительности, многие производители рассчитывают передаточные числа, чтобы пройти тесты по контролю за выбросами отработавших газов и показать отличные технические характеристики на динамометрическом стенде. К тому же на некоторых моделях автомобилей устанавливаются только автоматические коробки передач, так как считается, что автомобили с механической коробкой передач в некоторых рабочих режимах больше загрязняют атмосферу.

Очень часто простая замена ведущей и ведомой шестерни не принесет ожидаемых результатов, особенно, если двигатель рассчитан на использование распредвала с кулачками закругленного профиля. В данном примере владельцу пришлось потратить одну треть стоимость нового автомобиля на модификации. Это был высококачественный автомобиль, модифицированный посредством установки повышающей пятой передачи, обработки головки блока цилиндров и распредвала, а также установки дополнительных элементов подвески. В результате мы получили автомобиль, который невозможно было использовать нигде к роме движения по шоссе на высокой скорости, так как на более низких скоростях расход топлива резко возрастал до 13 л/100км. Максимальная скорость увеличилась всего лишь на 10 км/ч по сравнению с заводскими спецификациями.

Прежде всего необходимо было подобрать подходящую ведущую и ведомую шестерню, однако производитель не указал в спецификациях возможные альтернативы. При этом другой производитель, который использовал такой же дифференциал в сборе, указал несколько возможных передаточных отношений 3,7:1 и 4,1:1. Передаточное отношение 4,1:1 было желательным в виду передаточного отношения 0,76 повышающей пятой передачи в пяти ступенчатой коробке передач, однако передаточное отношение первой передачи 3,58 в таком случае становилось бесполезным. Пришлось установить ведущую и ведомую шестерню с передаточных отношением 3,7:1 вместо стандартного передаточного отношения 3,15:1. При движении управляемость автомобиля значительно улучшилась, при этом расход топлива сократился до 12 л/100 км, а скорость на верхней передаче увеличилась на 10 км/ч. Обнадеженный полученными результатами, владелец обратился к производителю, чтобы выяснить, можно ли установить другое передаточное отношение для повышающей передачи. В конечном итоге была выбрана и установлена повышающая передача с передаточным отношением 0,84:1. По всем параметрам технические характеристики автомобиля возросли. Расход топлива составлял теперь 11 л/100км, скорость на высшей передаче увеличилась еще на 8 км/ч и повышающая передача была вполне пригодна к эксплуатации.

Сейчас вы, наверное, задумались: как можно определить, правильно ли рассчитаны передаточные числа в моем автомобиле? В действительности четких правил не существует. Чаще всего определяющим фактором являются дорожные условия, стиль вождения и личные предпочтения. Также запомните, что некоторые автомобили действительно имеют подходящие передаточные отношения, особенно если владелец дополнительно заказал подбор передаточных чисел, однако в некоторых автомобилях передаточные числа действительно слишком низкие. Учтите, что при установке низкопрофильных шин передаточное число может измениться, если только диаметр колес не был увеличен соответственно. Например, при замене с профиля 175/75 на 195/60 передаточное число уменьшится примерно на 5%, поэтому передаточное отношение 3,5 будет эквивалентно отношению 3,68:1.

Владелец этого автомобиля дополнительно заказал подбор передаточных чисел, установил передаточное отношение на ведущем мосту 3,36:1 и дифференциал повышенного трения вместо стандартного с передаточным отношением 3,08:1. Учтите, что установка заднего стержня стабилизатора большего диаметра уменьшит крен кузова и улучшит технические характеристики управляемости.

В автомобиле, который чаще всего используется при движении по извилистым дорогам с двухрядным движением с ограничением скорости 97-113 км/ч, необходимо использовать меньшее передаточное число, по сравнению с автомобилем, который используется при движении по шоссе без ограничений скорости. Автомобиль с отличными аэродинамическими характеристиками может иметь гораздо более высокое передаточное отношение, чем автомобиль такой же массы и размера, но с худшими аэродинамическими характеристиками. Автомобиль с более широким диапазоном мощности будет нормально работать при более высоком передаточном отношении, чем автомобиль с таким же объемом двигателя, однако более узким диапазоном мощности.

Лично я предпочитаю использовать передаточное отношение, которое повышает расширить диапазон мощности автомобиля на 500 об/мин на средней эксплуатационной скорости, и которое позволяет достичь максимальной скорости при максимальной частоте вращения или на 300 об/мин меньше. Подобное передаточное отношение чаще всего способствует уменьшению расхода топлива и снижает частоту переключения передач. Для получения оптимальных технических характеристик передаточное число чаще всего будет ниже указанного значения, чтобы позволить двигателю работать с частотой немного выше указанных производителем спецификаций.

В таблице 15.1 указана скорость движения на автомобиле при частоте вращения 1000 об/мин, что позволяет в большинстве случаев обеспечить оптимальную мощность и экономичность при различных режимах коробки передач.

Таблица 15. 1. Передаточное число для оптимальной мощности и экономичности.

Для расчета скорости в км/ч используется следующая формула:

где Td – диаметр шин в дюймах, GR – общее передаточное отношение (отношение коробки передач × передаточное отношение ведущего моста), π = 3,1416.

Изменяя формулу, мы может определить при помощи таблицы 15.1 подходящее передаточное число для ведущего моста, чтобы получить оптимальные технические характеристики при движении на средней эксплуатационной скорости, при этом мощность и экономичность будут увеличиваться.

где об/мин = 1000, км/ч = данные таблицы 15.1.

Чтобы определить передаточное отношение ведущего моста необходимо разделить GR на передаточное отношение коробки передач верхней передачи.

Установка подходящего передаточного отношения ведущего моста с целью увеличения эффективности повышающей передачи и экономичности автомобиля также помогает улучшить технические характеристики ускорения. Коробка передач и ведущий мост по сути являются увеличителями крутящего момента. Следовательно общее передаточное число 3:1 увеличивает крутящий момент двигателя в три раза, передавая на колеса силу вращения в три раза больше по сравнению с силой вращения маховика. Уменьшение передаточного отношения до 4:1 увеличит силу вращения на 1/3 и значительно улучшит технические характеристики ускорения. В таблице 15.2 показано влияние правильно подобранного передаточного отношения на общие технические характеристики и ускорение автомобиля. в данном примере если сохранить стандартное передаточное отношение, потребовалось бы еще 20 л.с., чтобы достичь необходимого времени разгона автомобиля с откорректированным передаточным числом. В таком случае понадобится установить распредвал большего размера, чтобы компенсировать увеличение мощности, следовательно, могут возникнуть проблемы связанные с увеличением расхода топлива и общими техническими характеристиками автомобиля, о которых говорилось ранее. Подбор оптимального передаточного отношения также важен как и подбор подходящей детали для модификации. Неверный выбор может стать причиной значительного ухудшения технических характеристик автомобиля.

Таблица 15.2. Влияние подбора оптимального передаточного отношения на мощность и экономичность автомобиля.

Иногда производитель подбирает совершенно неверные передаточные отношения с слишком большими промежутками между передачами. Это значительно снижает технические характеристики и ограничивает модификации двигателя, нацеленные на увеличение мощности двигателя. Когда компания BMW выпустила новую модель автомобиля M3, в котором пятая повышающая передача была заменена шестиступенчатой коробкой передач, я надеялся, что они уменьшат промежуток между передаточными числами второй и третьей передачи. Этот недостаток незаметен в большинстве случаев, однако при движении по извилистой дороге в течение длительного времени можно заметить некоторые неудобства. К сожалению, вместо того, чтобы установить новый набор шестерен, как в автомобиле Porsche 968, они просто убрали повышающую передачу и сохранили передаточное число старых пяти передач.

Таблица 16.3. Сравнение коробки передач автомобилей BMW M3, Porsche 968 и Ferrari F355.

Иногда производители устанавливают совершенно неверное передаточное число, а на некоторых автомобилях передаточное число выбрано практически точно, поэтому изменение передаточного числа является простым и недорогим способом модификации автомобиля с неверным передаточным числом.

Таблица 15.4. Сравнительная таблица коробки передач автомобилей Opel/Holden/Vauxhaul.

Многие владельцы переднеприводных автомобилей Opel/Holden/Vauxhaul жалуются, что эти модели недостаточно мощные и слишком инертные. Однако на самом деле проблема в слишком больших промежутках между передачами и неправильного расчета передаточных чисел в случае пяти ступенчатой коробки передач с длинными передачами. По данным таблицы 15,4 можно увидеть, что пяти ступенчатая коробка передач с укороченными передачами, устанавливающаяся на некоторые автомобили, имеет 5 шестерен в том же диапазоне что и старая четырех ступенчатая коробка передач. Промежуток между второй и третьей передачей все еще велик, следовательно это должно стать первой необходимой модификацией. Промежуток передач можно рассчитать по следующей формуле:

Насколько большим может быть промежуток между передачами зависит от большого количества факторов. Размер двигателя, диапазон мощности, масса автомобиля, дорожные условия и стиль вождения – все необходимо принимать в расчет. Например, некоторые водители довольно ленивы и не любят слишком часто переключать передачи при движении на средней скорости, поэтому для них маленькие промежутки между передачами являются проблемой. Лично я предпочитаю использовать передачи, диапазон эффективности которых будет довольно большим, чтобы двигатель работал в нормальном диапазоне мощности, и при слишком маленьком промежутке между передачами я могу пропускать передачи вверх и вниз, если я не тороплюсь или мне просто лень. Я считаю, что если диапазон мощности двигателя довольно чувствительный, мне бы подошла шести ступенчатая коробка передач со следующими промежутками между передачами: от 30 до 40%, от 25 до 28%, от 20% до 23%, от 17 до 20%, от 12 до 20%. При использовании пяти ступенчатой коробки передач промежутки составили бы: от 35 до 40%, от 25 до 28%, от 22 до 25%, от 19 до 21%.