Любой автолюбитель при выборе транспортного средства в первую очередь обращает внимание на технические параметры автомобиля. Но при этом далеко не все автомобилисты догадываются, что одним из самых важных факторов, который оказывает огромное влияние на управляемость автомобилем, а также на его скорость и параметры расхода топлива считается передаточное число коробки передач.
Несмотря на то, что каждый производитель автомобилей выпускает свои типы авто, все они имеют коробки передач с единым принципом устройства. Как правило, КПП — это некоторое количество валов с размещенными на них шестернями с конкретным количеством зубьев.
Основным предназначением этой конструкции является именно распределение усилия, которое вырабатывается непосредственно мотором автомобиля. Если бы производители не предусмотрели такую конструкцию, то любой автомобиль было бы невозможно сдвинуть с места.
Назначение
Передаточное число — это параметр, который можно просчитать самостоятельно. Величина его вычисляется путем деления количества зубьев ведомой шестерни на количество ведущей. При этом чем большее значение передаточного числа, тем более стремительно силовой агрегат может накрутить нужное количество оборотов. То есть при большом передаточном числе автомобиль гораздо быстрее набирает разгон.
Однако здесь есть один немаловажный нюанс, максимум скорости в таком случае будет меньшим, а переключение передач придется выполнять намного чаще. Именно по этой причине большинство автопроизводителей считают приемлемым значение параметра в среднем диапазоне и создают коробки передач многоступенчатой конструкции.
Величина
Для механической коробки передач, работающей в пятискоростном режиме, передаточные числа находятся в таких 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.
В автоматических коробках передач диапазоны значений несколько шире. Сделано это для того, чтобы в различных режимах силовой агрегат работал динамичнее и более гладко. Кроме того, если в автоматике передаточные числа будут настроены неправильно, то езда на автомобиле станет некомфортной с периодическими рывками и внушительным расходом топлива. Поэтому оптимальными для АКПП считаются значения передаточного числа, расположенные близко к друг другу. При таких параметрах разгон автомобиля будет происходить без неприятных рывков во время переключения скоростей.
Подробнее о передаточном числе будет рассказано в этом видеоролике:
Как подобрать передаточные числа для КПП?
Большинство технологий, применяемых в тюнинге трансмиссии, проверены в автоспорте. Трансмиссия любого, особенно спортивного автомобиля — важнейший механизм реализации динамических характеристик двигателя. Даже с относительно слабым мотором машина может быть быстрой из-за правильно подобранных передаточных чисел.
В автоспорте применяются синхронизированные (как на ‘дорожных’ автомобилях) и несинхронизированные (кулачковые) коробки передач. По принципу переключения они делятся на обычные (Н-схема) и секвентальные (с последовательным выбором передач, как на мотоциклах).
В автомобилях достаточно серьезного уровня подготовки применяются кулачковые КП. Они имеют ряд преимуществ — выдерживают более высокие нагрузки (за счет формы зуба и зацепления шестерня — кулачковая муфта), позволяют опытным пилотам тратить меньше времени на переключение передач за счет неполного выжима сцепления или вообще без выжима сцепления, в них не разрушаются синхронизаторы (которых попросту нет).
Для обычного дорожного движения кулачковые КП практически непригодны, так как являются достаточно шумными (за счет работы прямозубых зубчатых пар), ‘жесткими’ при включении передачи, имеют относительно небольшой ресурс. Кроме того, они несоизмеримо дороже, чем синхронизированные, и требуют регулярного квалифицированного обслуживания.
Синхронизированные КП отличаются от стандартных лишь передаточными числами. В отдельных случаях (ВАЗ-2108 и -2110) возможно добавление 6-й передачи. Правильный подбор передаточных чисел главной пары редуктора, первичного вала и ведомых шестерен вторичного вала — залог согласованной работы трансмиссии. Передаточные числа подбираются в зависимости от мощностных и моментных характеристик двигателя, размера колес и самое главное — от пожеланий владельца автомобиля.
Передаточное число коробки передач — это отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубцов ведущей шестерни. Чем оно выше, тем передача ‘короче’ и ‘мощнее’, то есть мотор очень быстро выкручивает положенное количество оборотов, набор скорости происходит так же стремительно, но возникает необходимость в частом переключении передач. Как следствие — некоторое снижение максимальной скорости на данной передаче.
Первое средство повышения разгонной динамики автомобиля — изменение передаточного числа главной пары редуктора. При производстве переднеприводных моделей и машин ‘десятого’ семейства на АвтоВАЗе, как правило, устанавливают пары с передаточным числом 3,7-3,9. Трудно поверить, пока не убедишься сам, что установка главной пары 4,1 или 4,3 превращает стандартную ‘восьмерку’ в автомобиль с пушечной динамикой.
К примеру при езде на автомобиле ВАЗ-2108 с двигателем все 1,3 л и главной парой 4,5′. Ощущение такое, будто под капотом живет что-то могучее и дикое, явно не ВАЗовского происхождения. Пилоту заметно чаще приходилось перебирать рычагом переключения передач, зато на светофоре и при любом маневре автомобиль — первый. К слову, на спортивной технике используются шестеренки еще ‘экстремальнее’ — 4,7, а у кроссовиков — и вовсе 5,1.
В продолжение разговора о ‘перебирании рычагом’ упомянем о специальных тюнинговых рядах (в профессиональной среде их именуют коммерческими рядами) передач. Хозяева ‘восьмерок’ наверняка знают, что, даже если сильно выкрутить двигатель на первой передаче, при переключении на вторую обороты резко падают, снижается и динамика. Виной тому — слишком большой разрыв между передаточными числами 1-й и 2-й передач.
Тюнинговые ряды рассчитаны так, чтобы обеспечивать уверенный равномерный разгон автомобиля всех передачах. Первая передача, по сравнению со ‘стандартом’, слегка ‘понижена’. В этом варианте динамика ухудшается, зато передача становится более ‘длинной’, а в сочетании с главной парой 4,3 — предел мечтаний. Вторая приближена к первой, что избавляет от ощутимого ‘провала’, хорошо знакомого владельцам переднеприводных ВАЗов. Третья и пятая — такие же, как на ‘стандарте’. Четвертая приближена к третьей, шестая — к пятой.
Вернемся к автоспорту и отметим еще несколько моментов. В гонке необходимо максимально быстрое и четкое включение выбранной передачи. Добиться этого можно различными способами. К примеру, в системах с тяговым включением передач (переднеприводные ВАЗы, ряд моделей Volkswagen) стандартные механизмы не обеспечивают четкого ‘попадания в передачу’, и их конструкция существенно модернизируется путем применения более жестких пластиков и замены соединений шпилька-шплинт на ШС.
Для спортивных автомобилей семейства ВАЗ-2108 давно стала нормой установка жесткой страховочной тяги, соединяющей корпус КП с точкой крепления рычага переключения. ‘Страховка’ обеспечивает их взаимную неподвижность и предотвращает самопроизвольное ‘выбивание’ передачи при резком изменении тяги двигателя, а также при ударных и прыжковых нагрузках на подвеску и кузов.
Операция проходит следующим образом. В стандартном исполнении корпус шаровой опоры рычага переключения передач на переднеприводных ВАЗах жестко прикреплен к кузову автомобиля, поэтому в кузове высверливается отверстие, в него помещается корпус шаровой опоры и соединяется с кузовом через резиновые подушки.
Снизу корпуса шаровой опоры устанавливается тяга, второй конец которой соединяется с корпусом коробки передач. Четкое включение передач может понадобиться не только в условиях соревнований, но и в повседневном движении по городу ( особенно водителям, предпочитающим жесткий, активный стиль езды).
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.
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.
- 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
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.
Итог
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.
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).