Что означает когда передаточное число передачи равно 1

О сложном простыми словами. Передаточное число КПП.

Каждый из нас, выбирая для покупки новый автомобиль, смотрит на технические характеристики. Если их уметь анализировать, то мы можем спрогнозировать (пусть и не очень точно) характер машины. Таким образом, нам легче будет подобрать «обновку под себя» (ведь мы все разные, как и предлагаемые нам машины). А правильный выбор положительно скажется как на удовольствии от езды, так и на безопасности. Частенько в характеристиках встречаются передаточные числа передач, а также цифра главной пары. Что они обозначают?
В каждой КПП несколько передач, например, в «механике» чаще всего 5. Для чего их столько нужно? Представьте себе, что 1-я передача — это спринтер. Мощный человек, огромные мускулы ног. Свою «стометровку» 1-я передача (спринтер) пробежит лучше всех. А 5-я передача — это марафонец, который мощным телосложением не выделяется, зато жилист и вынослив. С дистанцией 42 км 5-я передача (марафонец) справится гораздо лучше спринтера (1-я передача). Но вот сдвинуть тяжелую машину с места у марафонца (5-ой передачи) может не хватить сил. Все остальные передачи (2-я, 3-я, 4-я) — это бегуны по своим дистанциям, каждый из них тоже важен.

Одна из основных характеристик трансмиссии авто — передаточное число коробки передач. Значение термина — соотношение количества зубьев двух взаимодействующих шестерён, ведомой к ведущей. Или, что то же самое, соотношение угловых скоростей либо частоты вращения обеих элементов кинематической пары. Размер зубцов на обеих шестернях будет одинаковым, различаться могут их диаметры. В случае взаимодействия нескольких зубчатых колёс, общее значение определяется произведением чисел для всех пар. Если ведущее колесо имеет меньший диаметр и число зубьев, чем ведомое, скорость вращения на выходе снижается, а крутящий момент повышается. Чем ниже скорость, тем выше тяга. При обратном соотношении диаметров шестерён всё наоборот: скорость выше, но тяга меньше.

В КПП любого типа присутствует несколько ступеней. 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.
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.

Отечественный тюнинг — наследие советского автопрома, где на самую большую страну мира производили три типа легковых автомобилей. Обвес, светодиодные «глазки БМВ» и дырявый глушитель-прямоток «звук Мазерати» позволяют владельцам отечественных авто хоть как-то выделиться из безликого потока. «Продвинутые и рукастые» автолюбители идут дальше и глубже, внося конструктивные изменения в двигатель и трансмиссию.

Считается, что «укоротить» коробку — очень круто. Любители быстрой езды могут приобрести вместо стандартных пар (рядов) шестерён альтернативные, повышающие передаточное число. К примеру, значение для главной пары ВАЗ 2107 в заводской КПП составляет 3,9, для ВАЗ 2108 — 3,8. Изменяют на 4,1 и более, до 5,1. Да, это позволяет машине «выстрелить» с места, но ухудшает другие характеристики. Повышается расход топлива и износ двигателя, снижается максимальная скорость, приходится часто переключаться. Чрезмерный тюнинг КПП вместо острых ощущений может привести к разочарованиям.

Источник

Передаточное число коробки передач

Незаменимым конструктивным элементом любого автомобиля является коробка передач. Обычно это ступенчатый агрегат, в основе которого лежит зубчатая передача.

Ступени КП представляют собой пары шестеренок, характеризующиеся различным передаточным числом (так называемым передаточным соотношением). О том, что это такое, и пойдет речь в нашем сегодняшнем разговоре.

Что такое передаточное число коробки и что от него зависит

Итак, передаточное число коробки передач – это соотношение между количеством зубьев ведущей и ведомой шестеренки. Попробуем объяснить более доступно. Если, к примеру, на ведомой шестерне насчитывается 60 зубьев, а на ведущей их 30, то данная пара характеризуется передаточным числом, которое равно 2. Чтобы понять это, необходимо применить простую формулу: 60 делят на 30 и получают 2.

Передаточное число КПП, без преувеличения считается важнейшим показателем зубчатых или ступенчатых передач, базирующихся на передаче крутящего момента с мотора на привод любого другого узла. Одна из ключевых функций данного механизма – уменьшение или увеличение передаваемого момента.

Отвечая на вопрос о том, на что влияет передаточное число передачи и редуктора, отметим, в первую очередь, динамику разгона. Зависит от данного показателя и максимальная скорость, которую способно развить транспортное средство. Ступенчатые коробки оснащаются несколькими парами, а ПЧ у этих пар рознятся.

Больше число – следовательно, выше тяга, которую способна обеспечить соответствующая передача. Двигатель оперативнее набирает обороты, автомобиль разгоняется активнее, но вот скорость движения будет ограничена, и чтобы ее увеличить, необходимо переключить передачу на ту, которая выше.

Чаще всего крутящий момент, поступающий на коробку передач от мотора, значительно повышается на низких скоростях (с первой по третью). Что касается повышенных передач (с четвертой по шестую), то во время движения на них ПЧ снижается, поэтому авто развивает высокую скорость. Правда, интенсивность разгона на высоких передачах ниже, чем на первой, второй или третьей.

Помимо всего прочего, динамика разгона зависит и от главного передаточного числа – если оно больше, значит, лучше динамика, не зависимо от передачи, и тем меньше максимальная скорость езды.

Учитывая описанное выше, можно сделать вывод о том, что передаточные числа автомобилей подбирают в зависимости от мощности силового агрегата, от крутящего момента, от того, для каких целей планируется его использовать и от многих других факторов. Если конструкторам удалось правильно подобрать передаточные числа коробки, то и к динамике машины не будет никаких претензий.

Немаловажную роль играет также баланс между динамикой и экономичностью, ведь быстрых автомобилей, потребляющих минимум топлива, попросту не существует. Если необходимо достичь впечатляющей динамики, на экономичность рассчитывать не стоит.

Передаточные числа каждой передачи с первой по пятую

Чтобы рассчитать передаточные числа КПП, можно воспользоваться следующей формулой:

При этом К1 – это число зубьев на ведомой шестеренке, тогда как К2 – количество их же на шестерне ведущей. Для определения передаточного числа от коробки на колеса нужно узнать соотношение ведомой шестеренки дифференциала и шестеренки вторичного вала КП.

Иными словами, необходимо высчитать главное передаточное число. Так, если на шестеренке вторичного вала коробки 15 зубьев, а на ведомой шестерне их, например, 51, путем нехитрых вычислений получаем следующее: 51 разделить на 15 = 3,4.

Передаточное число конкретного автомобиля указывается в инструкции по его эксплуатации. К примеру, на ВАЗ 21083 передаточные числа с 1 по 5 передачу соответствуют следующим показателям:

Если авто оснащено 6-ступенчатой КП, то на шестой передаче передаточное число равно 1,2.

Выше мы уже писали о том, что оптимальные динамические показатели наблюдаются на максимальном крутящем моменте, характеристики мотора здесь не играет столь существенной роли, как может казаться. Чем больше будет разница между оборотами и оборотами максимального крутящего момента, тем неохотнее машина разгоняется.

Обычно передаточное число каждой передачи подбирается таким образом, чтобы водитель мог быстро разогнать машину на более низких передачах, а на высоких просто поддерживал стабильную скорость движения, экономя при этом топливо. Когда необходимо повысить динамику, прибегают к тюнингу – сужают диапазон частот, развиваемых двигателем на одной скорости (передаче).

Говоря иными словами, передачи делают короче, используя так называемый «сближенный ряд КП». Это позволяет добиться оперативного выхода силовой установки на максимальные обороты на низких передачах. Причем, в момент переключения скорости на более высокую обороты двигателя не снижаются, как это бывает со стандартными коробками передач, они поддерживаются на стабильном уровне, находясь в диапазоне наивысшего крутящего момента.

Для достижения поставленной цели на авто устанавливают другую пару редуктора с измененным передаточным числом. Если одна и та же модель производится с несколькими вариантами силовых агрегатов (на 1,2, 1,4, 1,6, 1,8 л), главную пару берут от версии с менее мощной силовой установкой. К примеру, вместе с 1,6-литровым мотором устанавливают главную пару от 1,2 или 1,4-литрового двигателя. Это позволяет заметно снизить общее передаточное число, улучшив динамику, но влечет за собой повышение расхода топлива.

Однако важно помнить, что при большой скорости движения, в особенности на 5 передаче, мотор будет набирать максимальные обороты, это чревато дискомфортом – усиливаются вибрации, появляется тряска и посторонние звуки. Специалисты советуют правильно подбирать ряд передаточных чисел, учитывая при этом поставленную задачу и требования заказчика, а также многие другие факторы, которые позволят усилить динамику без ущерба безопасности движения.

Передаточные числа с постепенным уменьшением – это прерогатива автогонщиков, которая обеспечивает лучшие динамические характеристики при большой скорости. Но это актуально при езде по ровным участкам без поворотов. Для обычного режима езды такое решение неактуально, лучше применять повышенные значения передаточных чисел.

Передаточные числа подбираются экспертами согласно моментным и мощносным характеристикам мотора с учетом тормозной системы, диаметра колес и многих других факторов.

Передаточное число или отношение

Источник

Выбор передаточного числа главных пар

Всем кто ставит большие колеса на свой внедорожник либо делает свап двигателя на более мощный неизбежно приходится сталкиваться с задачей выбора правильного передаточного числа трансмиссии своего автомобиля.

Естественно не все упирается в замену главных пар с пониженным передаточным числом, занизить общее передаточное число трансмиссии можно и несколькими другими способами — занижением в раздаточной коробке, установкой АКПП или МКПП с другими передаточными числами, установкой бортовых редукторов, но эти случаи более трудоемкие и упомянуты будут лишь всколзь.

Итак зачем занижать? Описание проблемы — при установке колес увеличенного диаметра возрастает сила, которую необходимо передать колесу для его вращения, соответственно возрастает нагрузка на двигатель.
Отсюда возникают следующие проблемы:
— не хватает мощности для движения в подъемы — приходится сильнее раскручивать двигатель;
— не хватает мощности для обгона — медленнее набирается скорость;
— не хватает мощности на низах — тяжело тронуться в горку или в грязи;
— увеличивается расход бензина — из-за нехватки мощности приходится больше давить на газ;
— ДВС и АКПП могут быстрее нагреваться из-за выросших нагрузок;
— АКПП начинает переключаться по-другому — уменьшается комфорт управления;
— врет спидометр и одометр;

Правильное решение — вернуть общее передаточное число трансмиссии как можно ближе к заводским параметрам.

Возможная ошибка — выбрать передаточное число, которое будет существенно ниже заводского, так сказать «с запасом» или «на перспективу установки колес еще большего диаметра».
В этом случае также появится ряд отрицательных моментов:
— «перекрут» двигателя, при сохранении прежнего стиля езды двигатель будет работать на повышенных оборотах;
— увеличение расхода как раз за счет повышенных оборотов;
— уменьшение максимальной скорости;
— АКПП начинает переключаться по-другому — уменьшается комфорт управления;
— врет спидометр и одометр;

Когда же имеет смысл менять главные пары?
Дело в том что заводом изготовителем в большинстве своем заложен запас по мощности, и установив например на TLC80 33-е колеса вместо штатных 31-х колес, мощно даже и не заметить разницы в 6% при обычной эксплуатации, но ее уже можно будет почувствовать, если серьезно загрузить машину — закинув например 300 кг груза и выбрав тем самым запас мощности. Но и это еще совсем не повод потратить солидную сумму денег на замену главных пар с пониженным передаточным числом. Если при установке колес большего диаметра в пределах 10% совсем пропала динамика и стало очень тоскливо ездить, то эти деньги имеет смысл потратить на взбадривание своего подуставшего двигателя — толку будет больше.

Опять же потеря мощности может стать не прямым следствием установки колес большего диаметра, а например подклинивающих суппортов из-за начала езды по грязи на таких колесах, изношенных ступичных подшипников, изношенных крестовин в карданах — в этом случае замена главных пар особо и не поможет.

Итак главные пары имеет смысл менять, когда диаметр колес превышает более чем на 10% диаметр штатных колес вашего автомобиля. Менять соответственно надо примерно во столько же раз, насколько изменился диаметр, иногда делая небольшую поправку на увеличившийся вес колеса.

Формула в упрощенном виде выглядит так:
Rnew = Rold * Dnew / Dold
где Rnew — новое передаточное число, Rold — стандартное заводское передаточное число, Dnew — диаметр нового колеса, Dold — диаметр колес с завода.

Так при установке 35-х колес на автомобиль, где штатные колеса с завода идут 31″ и штатное передаточное число равно 4.1 будет высчитано по формуле как 4.63 = 4.1 * 35 / 31, соответственно выбрать нужно главные пары с передаточным числом как можно ближе к этому значению.
Если предполагается эксплуатация автомобиля постоянно с повышенной нагрузкой, например таскание прицепа с катером или трэйлера, либо это экспедиционный автомобиль, в котором на постоянку тонна спальников, багажников, лебедок, доп.баков и железных бамперов с 3-мя запасками и много пассажиров, то лучше сразу рассмотреть вариант с большим занижением.

Что такое передаточное число главной пары — это по сути отношение кол-ва зубов на ведомой шестерне к кол-ву зубов на ведущей шестерне редуктора моста. Например передаточному числу 4.1 соответствует 41 зуб на ведущей шестерне и 10 зубов на ведомой шестерне, передаточному 4.88, а точнее 4.875 соответствует 39 зубов на ведущей шестерне и 8 зубов на ведомой шестерне.
Иногда значения могут быть очень близки, но не совпадать, например 4.1 (41×10) не равно 4.11 (37×9), 4.875 (39×8) не равно 4.888 (44×9).

Важное замечание — передаточное число в переднем мосту должно быть таким же как и в заднем мосту. Незначительная разница допустима — она все равно будет возникать из-за отличия в диаметре передних и задних колес и будет компенсироваться центральным дифференциалом в раздатке.

Также стоит отметить, что установка больших колес и заниженных пар влечет за собой снижение надежности трансмиссии между колесом и главной парой. Т.е. завод изготовитель рассчитывал толщину полуосей, размеры ШРУСов, дифференциал под некоторый стандартный диаметр колес, штатное передаточное число и мощность двигателя, естественно с некоторым запасом, предположим запас прочности для примера в 50% от максимально реализумой нагрузки(с учетом понижайки 1:2 в 25%).
Мы же например при установке 37-колес вместо 31 увеличиваем нагрузку на трансмиссию грубо на 20%, т.е. вращать колесо большего диаметра двигателю намного сложнее и это пока спасает трансмиссию от передачи большего крутящего момента, но когда мы ставим заниженные пары на 20%, то двигатель снова может развивать прежнюю мощь и выдавать задуманный крутящий момент, который принимают на себя дифференциал, сателлиты в нем, полуоси, ШРУСы, хабы, ступицы, шпильки, колесный диск. Но не забываем что на 37-х то без блокировок не так весело едется, а при включении 100% блокировки нагрузка возрастает еще в 2 раза в тяжелых условиях бездорожья, а при включении понижайки еще в 2 раза — так что среди всего этого обязательно найдется слабое звено, которое не выдержит такие нагрузки, каким бы оригиналом или heavy-duty заменителем оно не было. Поэтому при беспощадном тюнинге трансмиссии обязательно нужно учиться ездить аккуратно и с головой, отвязать кирпич от правой ноги и вовремя прятать руку за спину, которая может дотянуться до включения блокировок.

Несколько примеров для наиболее популярных авто:
1. Toyota Land Cruiser 80 — в большинстве своем штатное передаточное число главных пар в мостах 4.1 (реже 3.9) и стандартные колеса 31″.
При установке 35-х колес рекомендуется ставить пары с ПЧ 4.56, 37-х колес пары с ПЧ 4.88, 39-х и более пары 5.29.
2. Toyota Land Cruiser 100, 105, 79, 200, Tundra — передаточное число главных пар в мостах 4.3 (реже 4.1 и 3.9) и стандартные колеса 30″.
При установке 35-х и более колес рекомендуется ставить пары с ПЧ 4.88(единственный вариант заниженных передаточных чисел).
3. Toyota Land Cruiser Prado 78 — ПЧ 4.88 на авто с двигателем 2LT и ПЧ 4.3 на авто с двигателем 1KZ и стандартные колеса 30″.
Так при установке 35-х колес на KZ-ный прадик можно поставить пары с ПЧ 4.88 либо целиком редуктора от 2LT-ного прадика, на 38-х и выше уже можно ставить 5.29. При замене двигателя 2LT на 1KZ можно вообще не трогать мосты, а поставить сразу 35-е колеса, а при замене 1KZ на 2UZ очень хочется поставить пары 4.1 вместо 4.3, чтобы не дрифтить при трогании с места.
4. Toyota Hilux мостовой — диапазон тюнинговых пар от 3.54 до 5.71.
5. Toyota FJ Cruiser, Hilux new, Tacoma и т.п. — тюнинговые 4.56 и 4.88 вместо штатных 3.73, 3.91 и др.
6. Nissan Safari с двигателем TD42 — передаточное число главных пар в мостах 4.11 (реже от 3.9 до 4.625) и стандартные колеса 30″.
Установку 35-х колес атмосферный TD42 и турбовый TD42T почти не замечает, поэтому менять пары имеет смысл только после установки 37-х и выше колес. В то же время не бодрый RB28 и ZD30 не показывают чудес мощности для автомобиля с такой массой и некоторые предпочитает занизить пары даже для штатных колес.
Те кто строят монстров на 42-х и более колесах, либо ставят сафаревские мосты на автомобили с двигателями попроще — не гнушаются самым низким передаточным числом 5.43 от WhiteLK.
7. Suzuki Jimny — разброс родных передаточных чисел очень велик от 3.727 до 5.375 в зависимости от двигателя, года выпуска и параметров трансмиссии, поэтому чаще чтобы ездить на колесах большего диаметра устанавливают шестеренчатую раздатку от самурая вместо того чтобы менять главные пары. Эта раздатка уже идет с большим занижением, позволяет установить понижающие киты в нее и сама по себе является существенным усилением трансмиссии джимника.
8. Suzuki Escudo — выбор не велик, самый низ штатные 5.125 от 1.6 литровой версии.
9. Mitsubishi Pajero, L200 и т.п. — самый низ штатные 5.29.
10. Isuzu Bighorn — 4.3 на АКПП и 4.56 на автомате, были 4.77 у древних труперов — других вариантов нет.
11. Автомобили Jeep, Ford, Dodge, GMC, Chevrolet, Chrysler — для мостов американских автомобилей существует практически безграничный ассортимент главных пар со всеми передаточное числами под любые задачи.
12. Для корейских SsangYong и китайских Great Wall тоже существуют варианты по занижению передаточного числа.
13. Про российский автопром — Нивы, УАЗы, ГАЗы я промолчу, так как не имел счастья познакомиться с ними поближе, но они точно существуют и вариантов занижения передаточных чисел в редукторах и раздатке огромное множество.
14. Портальные мосты Volvo Laplander — существует 3 варианта главных пар 6.0 беговые, 6.х стандартные и 7.1 тяговые (могу ошибаться, позже подправлю).

Источник

Что такое передаточное число?

Что такое передаточное число КПП и главной передачи?

Что такое передаточное число КПП и главной передачи? Сергей Крововяз, г. Кировоград

Передаточное число – это не что иное как отношение числа зубьев ведомой шестерни к числу зубьев ведущей (КПП или редуктора). На практике это выглядит следующим образом. Если одна (ведомая) шестерня имеет 60 зубьев, а другая (ведущая) – 30, то передаточное число данной пары равно 2 (60:30).

Передаточное число – одна из основных характеристик зубчатых передач, которые обеспечивают передачу крутящего момента от двигателя на привод какого-либо другого устройства (узла). При этом данный механизм позволяет увеличивать или уменьшать величину передаваемого момента. Например, изменяя число зубцов на обеих шестернях, можно увеличивать или уменьшать передаваемый от двигателя к «потребителю» крутящий момент. В обычных автомобилях момент, передаваемый от двигателя внутреннего сгорания к ведущим колесам через КПП (кроме 4-й, 5-й и 6-й передач) и редуктор ведущего моста, увеличивается. Во многих внедорожниках величину передаваемого момента дополнительно изменяет раздаточная коробка с пониженным рядом передач.

Величина передаточного числа в КПП и редукторе влияет на такие характеристики как разгонная динамика и максимальная скорость автомобиля. Применительно к ступеням КПП с разными передаточными числами это выглядит так: чем больше данное число, тем «короче» и «тяговитее» передача, то есть мотор при разгоне быстрее раскручивается до максимальных оборотов, а машина интенсивнее ускоряется. Правда, при этом снижается максимальная скорость на данной передаче. Следовательно, возникает необходимость в более частом переключении.

На разгонную динамику в такой же степени влияет и передаточное число главной пары редуктора. Чем оно выше, тем автомобиль динамичнее, лучше тянет на всех передачах, но максимальная скорость при этом ниже. Уменьшая передаточное число, повышают максимальную скорость (если у двигателя есть так называемый запас мощности), но проигрывают в разгонной динамике авто. Например, установка главной пары 4,1 или 4,3 вместо 3,9 делает ВАЗ-2107 болеединамичным, но менее скоростным.

Стоит отметить, что передаточные числа трансмиссии подбираются в зависимости от мощностных и моментных характеристик двигателя, размера колес, возможностей тормозной системы, а если автомобиль тюнингуют, учитываются еще и пожелания автовладельца.

Подготовили Юрий Дацык, Сергей Иванов
Фото фирм-производителей

Источник

Передаточное число

Любое подвижное соединение, передающее усилие и меняющее направление движения, имеет свои технические характеристики. Основным критерием, определяющим изменение угловой скорости и направления движения, является передаточное число. С ним неразрывно связано изменение силы – передаточное отношение. Оно вычисляется для каждой передачи: ременной, цепной, зубчатой при проектировании механизмов и машин.

Перед тем как узнать передаточное число, надо посчитать количество зубьев на шестернях. Затем разделить их количество на ведомом колесе на аналогичный показатель ведущей шестерни. Число больше 1 означает повышающую передачу, увеличивающую количество оборотов, скорость. Если меньше 1, то передача понижающая, увеличивающая мощность, силу воздействия.

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.

Переходной конструкцией является ременная зубчатая передача.

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.

Модуль – размер между одинаковыми точками двух соседних зубьев.

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:

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.

Когда нет возможности увеличить ширину колеса, а надо передать большое усилие, зуб нарезают под углом и за счет этого увеличивают площадь соприкосновения. Расчет передаточного числа при этом не изменяется. Узел становится более компактным и мощным.

Недостаток косозубых зацеплений в дополнительной нагрузки на подшипники. Сила от давления ведущей детали действует перпендикулярно плоскости контакта. Кроме радиального, появляется осевое усилие.

Компенсировать напряжение вдоль оси и еще больше увеличить мощность позволяет шевронное соединение. Колесо и шестерня имеют 2 ряда косых зубьев, направленных в разные стороны. Передающее число рассчитывается аналогично прямозубому зацеплению по соотношению количества зубьев и диаметров. Шевронное зацепление сложное в исполнении. Оно ставится только на механизмах с очень большой нагрузкой.

В конической зубчатой передачи оси расположены под углом. Рабочий элемент нарезается по конической плоскости. Передаточное число таких пар может равняться 1, когда надо только изменить плоскость действия силы. Для увеличения мощности нарезается полукруглый зуб. Передающееся количество оборотов считается только по зубу, диаметр в основном используется при расчетах габаритов узла.

Винтовая передача имеет зуб, нарезанный под углом 45⁰. Это позволяет располагать оси рабочих элементов перпендикулярно в разных плоскостях.

У червячной передачи нет шестерни, ее заменяет червяк. Оси деталей не пересекаются. Они расположены перпендикулярно в пространстве, но разных плоскостях. Передаточное число пары определяется количеством заходов резьбы на червяке.

Кроме перечисленных производят и другие виды передач, но они встречаются крайне редко и к стандартным не относятся.

Многоступенчатые редукторы

Как подобрать нужное передаточное число. Двигатель обычно выдает несколько тысяч оборотов в минуту. На выходе – колесах автомобиля и шпинделе станка, такая скорость вращения приведет к аварии. Мощности исполняющего механизма не хватит, чтобы рабочий инструмент мог резать металл, а колеса сдвинули автомобиль. Одна пара зубчатого зацепления не сможет обеспечить требуемое понижение или ведомая деталь должна иметь огромные размеры.

Создается многоступенчатый узел с несколькими парами зацеплений. Передаточное число редуктора считается как произведение чисел каждой пары.

U_р – передаточное число редуктора;

Перед тем как подобрать передаточное число редуктора, надо определиться с количеством пар, направлением вращения выходного вала, и делать расчет в обратном порядке, исходя из максимально допустимых габаритов колес.

В многоступенчатом редукторе все зубчатые детали, находящиеся между ведущей шестерней на входе в редуктор и ведомым зубчатым венцом на выходном валу, называются промежуточными. Каждая отдельная пара имеет свое передающееся число, шестерню и колесо.

Редуктор и коробка скоростей

Любая коробка скоростей с зубчатым зацеплением является редуктором, но обратное утверждение неверно.

Коробка скоростей представляет собой редуктор с подвижным валом, на котором расположены шестерни разного размера. Смещаясь вдоль оси, он включает в работу то одну, то другую пару деталей. Изменение происходит за счет поочередного соединения различных шестерен и колес. Они отличаются диаметром и передающимся количеством оборотов. Это дает возможность изменять не только скорость, но и мощность.

Трансмиссия автомобиля

В машине поступательное движение поршня преобразуется во вращательное коленвала. Трансмиссия представляет собой сложный механизм с большим количеством различных узлов, взаимодействующих между собой. Ее назначение — передать вращение от двигателя на колеса и регулировка количества оборотов – скорости и мощности автомобиля.

В состав трансмиссии входит несколько редукторов. Это, прежде всего:

Коробка передач в кинематической схеме стоит сразу за коленвалом, изменяет скорость и направление вращения.

Посредством переключения – перемещения вала, шестерни на валу соединяются поочередно с разными колесами. При включении задней скорости, через паразитку меняется направление вращения, автомобиль в результате движется назад.

Дифференциал представляет собой конический редуктор с двумя выходными валами, расположенными в одной оси напротив друг друга. Они смотрят в разные стороны. Передаточное число редуктора – дифференциала небольшое, в пределах 2 единиц. Он меняет положение оси вращения и направление. Благодаря расположению конических зубчатых колес напротив друг друга, при зацеплении с одной шестерней они крутятся в одном направлении относительно положения оси автомобиля, и передают вращательный момент непосредственно на колеса. Дифференциал изменяет скорость и направление вращения ведомых коничек, а за ними и колес.

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:

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.

Передаточное отношение зубчатой передачи

Значение передаточного числа зубчатой передачи совпадает передаточным отношением. Величина угловой скорости и момента силы изменяется пропорционально диаметру, и соответственно количеству зубьев, но имеет обратное значение.

Чем больше количество зубьев, тем меньше угловая скорость и сила воздействия – мощность.

При схематическом изображении величины силы и перемещения шестерню и колесо можно представить в виде рычага с опорой в точке контакта зубьев и сторонами, равными диаметрам сопрягаемых деталей. При смещении на 1 зубец их крайние точки проходят одинаковое расстояние. Но угол поворота и крутящий момент на каждой детали разный.

Например, шестерня с 10 зубьями проворачивается на 36°. Одновременно с ней деталь с 30 зубцами смещается на 12°. Угловая скорость детали с меньшим диаметром значительно больше, в 3 раза. Одновременно и путь, который проходит точка на наружном диаметре имеет обратно пропорциональное отношение. На шестерне перемещение наружного диаметра меньше. Момент силы увеличивается обратно пропорционально соотношению перемещения.

Крутящий момент увеличивается вместе с радиусом детали. Он прямо пропорционален размеру плеча воздействия – длине воображаемого рычага.

Передаточное отношение показывает, насколько изменился момент силы при передаче его через зубчатое зацепление. Цифровое значение совпадает с переданным числом оборотов.

Передаточное отношение редуктора вычисляется по формуле:

где U₁₂ – передаточное отношение шестерни относительно колеса;

ω₁ и ω₂ – угловые скорости ведущего и ведомого элемента соединения;

Отношение угловых скоростей можно считать через число зубьев. При этом направление вращения не учитывается и все цифры с положительным знаком.

Зубчатая передача имеет самый высокий КПД и наименьшую защиту от перегруза – ломается элемент приложения силы, приходится делать новую дорогостоящую деталь со сложной технологией изготовления.

Источник