Тюнинг КПП с изменением передаточного отношения
Не все знают, что лучшие динамические показатели зависят не от мощности, а достигаются в том диапазоне оборотов, который характернее для максимального крутящего момента. То есть в граничных значениях частоты оборотов коленвала, наименьшем и наибольшем, крутящий момент не достигает своего максимума.
Другими словами, чем большей будет разница между текущими и максимальными оборотами, тем хуже будет происходить набор скорости. В классических коробках передаточные числа стараются подобрать таким образом, чтобы разгон авто был комфортен на низших передачах, а наивысшие использовать для поддержания высокой скорости, экономя при этом горючее.
Если экономичность не является критическим показателем, то можно улучшить динамику, изменяя ПЧ. В этом случае уменьшается диапазон скоростей вращения коленвала при движении на одной передаче, то есть она становится короче, при этом происходит сближение ПЧ рядом расположенных передач. Для этого даже есть свой термин – сближенный ряд КПП.
Что это означает с точки зрения водителя? Двигатель достигает максимальных оборотов на меньшей передаче, но при переходе на более высокую ступень обороты остаются на примерно том же уровне – падают, но не критично, оставаясь в поддиапазоне максимального крутящего момента.
Существует несколько путей решения этой задачи – например, установить колёса меньшего диаметра или изменить передаточное число главной пары (например, увеличить с 3,7 до 4,0). А можно и совместить эти методы.
Многие поступают так: если конкретная модель имеет комплектации с разными силовыми агрегатами (например, 1,1, 1,3 и 1,6 л.), то передаточное число главной пары для автомобиля с 1,6-литровым мотором делают равным ПЧ, характерному младшим версиям.
То есть в результате такого тюнинга при установке ПЧ в значение 4,0 вместо штатных 3,7 передаточное число на пятой передаче станет таким же, как на четвёртой. Если при этом «обуть» машину в покрышки с меньшим диаметром, это ещё больше понизит передаточное число. То есть машина будет разгоняться намного быстрее, но и бензина кушать больше.
После такого апгрейда на 5-й передаче двигатель будет раскручиваться «по полной», что не добавит комфорта пассажирам. Так что подобный тюнинг уместен только в случае острой необходимости с учётом других характеристик машины (её веса, мощности двигателя, режима эксплуатации).
Разновидности планетарных передач
По количеству ступеней планетарные механизмы разделяют на:
- однорядные;
- многорядные.
Планетарная передача из одной солнечной шестерни, одновенцовых сателлитов, водила и эпицикла будет однорядной. Замена сателлитов на двухвенцовые усложняет конструкцию, делая её двухрядной.
Многоступенчатая планетарная коробка передач — это последовательно установленные однорядные блоки. Такая схема позволяет суммировать передаточные числа и получать большие значения. 4-скоростные АКПП состоят из двухрядных планетарных конструкций, 8-скоростные — из четырёхрядных.
В АКПП применяют схемы, названные в честь изобретателей:
- Механизм Уилсона представляет собой трёхрядную конструкцию, в которой соединены корона первого, водило второго и корона третьего рядов. Количество передач — 5 прямых и 1 задняя.
- Механизм Лепелетье состоит из 3 соосно расположенных простых планетарных передач. Количество передач — 6 прямых и 1 задняя.
- Схема Симпсона — 2 редуктора с общей солнечной шестернёй. Водило второго ряда оборудовано тормозом. Корона первого ряда и солнце через две блокировочные муфты жёстко соединены с ведущим валом. Механизм реализует режимы: нейтраль; 1,2,3 передачи; задний ход.
По типу зубчатых конструкций планетарные редукторы делятся на:
- цилиндрические;
- конические;
- волновые;
- червячные.
Разные типы применяют для передачи момента между валами, расположенными параллельно или под углом. А также в механизмах, требующих низкой или высокой кинематической характеристики.
Длинные передачи
Длинная – это передача КПП, способная работать в широком диапазоне оборотов двигателя и скоростей автомобиля. Она может охватывать, условно говоря, диапазон от 0 до 70, от 60 до 120, или от 100 до 150 км/ч.
Длинная в значительной части перекрывает соседние (предыдущую, если речь не о первой, и следующую, если речь не о верхней). То есть, автомобиль или мотоцикл может ехать со скоростью, например, 100 км/ч, на второй, поддерживая 5000 об/мин, на первой – с 7000 об/мин, или на третьей, но с 4000 об/мин.
Длинными передачами обладало большинство старых автомобилей и мотоциклов с трех- или четырехступенчатой коробкой. Преимуществами таких КПП были простота конструкции и потребность в малой частоте переключения скоростей. Можно на старте воткнуть вторую, тронуться на ней, и весь день катать по городу, не переключаясь на третью.
Недостатки таких передач – низкая эффективность использования возможностей двигателя и не лучшая топливная эффективность. Ведь если автомобиль движется без переключений КПП в широком диапазоне скоростей, то на низких он не развивает хорошие мощность и крутящий момент, а на высоких – движок «перекручивается», из-за чего расходует больше топлива и быстрее изнашивается.
16 автомобилей мечты, брошенных владельцами в пустыне (фото)
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.
Что такое передаточное число коробки передач
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.
Тюнинг КПП с изменением передаточного отношения
Не все знают, что лучшие динамические показатели зависят не от мощности, а достигаются в том диапазоне оборотов, который характернее для максимального крутящего момента. То есть в граничных значениях частоты оборотов коленвала, наименьшем и наибольшем, крутящий момент не достигает своего максимума.
Другими словами, чем большей будет разница между текущими и максимальными оборотами, тем хуже будет происходить набор скорости. В классических коробках передаточные числа стараются подобрать таким образом, чтобы разгон авто был комфортен на низших передачах, а наивысшие использовать для поддержания высокой скорости, экономя при этом горючее.
Если экономичность не является критическим показателем, то можно улучшить динамику, изменяя ПЧ. В этом случае уменьшается диапазон скоростей вращения коленвала при движении на одной передаче, то есть она становится короче, при этом происходит сближение ПЧ рядом расположенных передач. Для этого даже есть свой термин – сближенный ряд КПП.
Что это означает с точки зрения водителя? Двигатель достигает максимальных оборотов на меньшей передаче, но при переходе на более высокую ступень обороты остаются на примерно том же уровне – падают, но не критично, оставаясь в поддиапазоне максимального крутящего момента.
Существует несколько путей решения этой задачи – например, установить колёса меньшего диаметра или изменить передаточное число главной пары (например, увеличить с 3,7 до 4,0). А можно и совместить эти методы.
Многие поступают так: если конкретная модель имеет комплектации с разными силовыми агрегатами (например, 1,1, 1,3 и 1,6 л.), то передаточное число главной пары для автомобиля с 1,6-литровым мотором делают равным ПЧ, характерному младшим версиям.
То есть в результате такого тюнинга при установке ПЧ в значение 4,0 вместо штатных 3,7 передаточное число на пятой передаче станет таким же, как на четвёртой. Если при этом «обуть» машину в покрышки с меньшим диаметром, это ещё больше понизит передаточное число. То есть машина будет разгоняться намного быстрее, но и бензина кушать больше.
После такого апгрейда на 5-й передаче двигатель будет раскручиваться «по полной», что не добавит комфорта пассажирам. Так что подобный тюнинг уместен только в случае острой необходимости с учётом других характеристик машины (её веса, мощности двигателя, режима эксплуатации).
Как рассчитываются передаточные числа КПП
Алгоритм определения передаточного числа коробки:
- за базовую берём формулу К = Квм/Квщ, где Квм — число зубцов ведомой шестерни, Квщ — ведущей. Если, скажем, требуется определить ПЧ крутящего момента на колеса от трансмиссии, необходимо взять за исходные данные число зубцов шестерни дифференциала, которая будет ведомой, и количество зубцов шестерни вторичного вала КПП. Полученное значение называют ПЧ главной пары;
- итак, пускай на коробке, расположенной на вторичном валу, имеется 15 зубьев, на шестерне дифференциала – 53 зубца. Подставив эти значения в нашу формулу, получим значение ПЧ для этой пары, равное 3,5. Это означает, что вал дифференциала будет вращаться медленнее вторичного вала коробки в 3,5 раза;
- аналогичным образом рассчитываются ПЧ для каждой пары шестерен, присутствующих в трансмиссии. Чем ближе они будут находиться, тем плавнее будет осуществляться разгон авто, если передачи переключать последовательно друг за другом. По передаточным числам КПП можно произвести расчёт скорости вращения мотора, вернее, разницу скоростей между высшей и низшей передачами, разделив ПЧ первой передачи на ПЧ самой высокой;
- рост передаточного числа, приводит к более коростному разгону автомобиля, но придётся чаще переключаться. Чем меньше ПЧ, тем выше максимально достижимая скорость, но разгоняться придётся дольше.
В принципе такой способ расчёта применяется при разработке трансмиссии, но здесь многое зависит от точности подбора передаточных чисел – это влияет не только на максимальную скорость автомашины, но и её динамические характеристики.
Узнать ПЧ для конкретной модели авто можно просмотрев её технические характеристики в руководстве пользователя. Если таковые найти не удалось, посчитать отношение для каждых пар МКПП можно и самостоятельно.
Делается это следующим образом:
- машина загоняется на яму, все колёса, кроме одного ведущего, фиксируются противооткатными упорами;
- выставляем рычаг КП в нейтральное положение;
- мелом фиксируем текущее положение колеса, поставив метки на шине и полу (добиваясь их совмещения);
- аналогичную операцию выполняем с фланцем и корпусом редуктора;
- пуская помощник вращает колесо, а вы подсчитывайте, сколько оборотов сделает вал редуктора. Помощник добивается повторного совпадения меток, подсчитывая количество оборотов колеса;
- полученное значение делим пополам, а затем на количество оборотов, выполненных карданным валом. Результирующее значение и будет искомым передаточным числом.
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.
Как динамика машины зависит от передаточного числа
Чем правильнее (читай – сбалансированнее) подобраны ПЧ, тем эффективнее будет работать коробка, а износ шестерней будет сведён к минимуму. Но такой подбор – задача нелёгкая, поскольку необходимо учитывать множество факторов: мощность силового агрегата, назначение транспортного средства, диаметр колеса и т. д.
При высоком ПЧ автомобиль будет разгоняться быстрее, то есть будет обладать большей динамикой, но длина передачи будет короткой. Под этим термином понимают, насколько быстро достигаются максимальные обороты коленвала (короткие передачи расположены снизу, и переключаться здесь нужно быстро).
При уменьшении ПЧ мы ухудшаем динамику авто, но зато можем разгонять её до больших скоростей. Именно поэтому на самой высокой передаче обгон выполнять не рекомендуется, нужно перейти на меньшую и переключиться на высшую после завершения манёвра.
Конструкторы, подбирая передаточные числа, стремятся найти компромиссное решение, когда и скорость высока, и разгонные характеристики не страдают.
В автоспорте многие гонщики стремятся сделать передаточные числа коробки передач со строго последовательным уменьшением на определённое значение. Это делается для того, чтобы спортсмен переключался при разгоне «на автомате», то есть длина передач делается примерно равной.
Высокая скорость – режим, характерный для движения по прямой. Если трасса извилистая, рекомендуется использовать ПЧ с большими значениями – такой подбор в зависимости от типа трассы приходит с опытом.
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.
Немного истории:
- 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.
Концерн Great Wall готовит сразу пять «Танков»: первые подробности о новых внедорожниках Tank
Great WallНа сегодняшний день схемы передаточного отношения передачи реализуются с использованием определенных механических соединений, а именно:
- за счет использования специальных ремней;
- при помощи червячных соединений;
- с использованием зубчатого зацепления;
- при помощи цепей;
- за счет фрикционных сцеплений.
Здесь необходимо принимать во внимание тот факт, что передача вращения, основывается на двух естественных физических принципах (трение и зацепление). Читайте наc:. Читайте наc:
Читайте наc:
Учитывая вышесказанное, неудивительно, что практически все современные механизмы изготавливаются производителями с расчетом на замедление или напротив ускорение. В первом случае речь идет про редуктора. Что же касается второго момента, то это мультипликаторы. Каждый представленный вариант может быть выполнен в одноступенчатом, двухступенчатом, а также многоступенчатом исполнении. В частности, если говорить про пространственное расположение отдельных осей, то определяется несколько видов:
- параллельные элементы (валы расположены параллельно);
- пересекающиеся механизмы;
- перекрещивающиеся компоненты.
Во втором случае зацепление осуществляется за счет пересечения, тогда как в третьей ситуации валы должны вступать в перекрестное зацепление.
На практике, практически все механизмы делятся на замедляющие и ускоряющие движения. В современном автомобилестроении чаще всего используются именно первые типы, по той простой причине, что эта разновидность больше всего подходит для взаимодействия с двигателями, вращающимися на большой скорости. Кроме того, такое совмещение обусловлено конечной необходимостью значительно повысить мощность выходного компонента в кинетической схеме. Примечательно, что в настоящее время существует специальная таблица передаточных отношений. Однако, здесь речь идет лишь про сводный документ, где приводятся лишь основные значения и характеристики всех вариантов кинетических соединений.
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).
