Что такое передаточное число редуктора и КПП, формула и примеры расчетов

Любой механизм с шестернями имеет передаточное число. Говорим понятными словами о сути: для чего они нужны и на что влияют в автомобиле

Что такое передаточное число
Как рассчитать
Пример передаточного числа
Зависимость от типа редуктора
Частые вопросы
Главное

Что такое передаточное число

rbc.group

Передаточное число — это отношение скорости вращения ведущего элемента к скорости вращения ведомого. Проще говоря, оно показывает, во сколько раз механизм меняет скорость вращения и крутящий момент при передаче вращения.

Если передаточное число больше единицы, ведомый механизм снижает обороты, но увеличивает тягу. Если меньше единицы — наоборот, повышает скорость вращения, жертвуя моментом. Именно поэтому одно и то же устройство может быть «тяговым» или «скоростным» — все решает «передатка». Классический пример — всем известная коробка передач. Каждая передача меняет соотношение оборотов ведущего и ведомого валов трансмиссии.

Передаточное число — величина арифметическая. Его не измеряют ни в оборотах, ни в ньютон-метрах: это просто цифра математического отношения.

Формула передаточного числа

Существует два базовых способа расчета — через обороты и через зубья шестерен.

Через частоту вращения (обороты)

i=n1/n2

Где i — передаточное число, n1 — обороты ведущего вала, n2 — обороты ведомого вала.

Пример: Вал двигателя вращается со скоростью 3000 об/мин, выходной вал КПП — 1000 об/мин. Передаточное число будет равно: 3000/1000=3.

Через количество зубьев

i=z2/z1

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

Пример: На ведущей шестерне 20 зубьев, на ведомой — 60. Передаточное отношение будет равно: 60/20=3.

Виды передаточных чисел

i=1 — единичное. Передача осуществляется без изменения скорости и крутящего момента. Еще такую передачу называют прямой.

i>1 — понижающее. Больше тяги, но меньше скорости.

i<1 – повышающее. Больше скорости, но меньше тяги.

В КПП используется несколько передаточных отношений под разные режимы движения (Фото: OE993 / Shutterstock / FOTODOM)

Передаточное число КПП (пример)

В автомобильной коробке передач используется несколько передаточных чисел — по одному на каждую передачу. Идея простая: низшие передачи — тяговые, для старта или движения внатяг (в горку или с большим грузом). Высшие — скоростные. Пример для КПП «Газели», усредненные значения:

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

Первая и вторая передача обеспечивают уверенный старт и хорошую тягу под нагрузкой; четвертая и пятая — пониженные обороты двигателя на трассе и экономию топлива. Четвертая передача — прямая. Третью можно считать переходно-универсальной.

Передаточное число: как зависит от типа редуктора

Разные типы редукторов (это механизмы, изменяющие передаточное отношение) дают разные диапазоны передаточных чисел, и это напрямую связано с их конструкцией. Соответственно, строение коробки передач, а также других узлов и механизмов, где необходимо изменение крутящего момента и скорости (коробки отбора мощности, раздаточные коробки, дифференциалы и т.д.) определяется типом редуктора. Рассмотрим основные.

Передаточное число цилиндрического редуктора

Цилиндрический редуктор — это пара (или несколько пар) зубчатых колес с параллельными валами. В простейшем исполнении (одна пара) валы расположены в корпусе, приблизительно напоминающем цилиндр — отсюда и название. Характерные особенности: простая и эффективная схема, высокий КПД, широкое применение ввиду дешевизны изготовления и сборки. Примерные значения отношений: от 0,5 до 6 на одну пару шестерен.

Цилиндрический редуктор применяется повсеместно: автомобильные механические коробки передач, всевозможные узлы и агрегаты спецтехники, промышленные станки и оборудование и т.д. МКПП легкового автомобиля — частный случай сложного многоступенчатого цилиндрического редуктора, где валы расположены параллельно.

Самое Самое известное применение планетарного редуктора в автомобилестроении — классическая гидротрансформаторная АКПП (Фото: Setta Sornnoi / Shutterstock / FOTODOM)

Передаточное число планетарного редуктора

Планетарный редуктор состоит из солнечной шестерни, сателлитов и коронной шестерни. Самое известное применение в автомобилестроении — классическая гидротрансформаторная АКПП. Особенности такой схемы: компактность, соосность входного и выходного валов и более сложное строение, чем в механике. Также в передаче вращения используется гидротрансформатор, увеличивающий крутящий момент еще до коробки. Примерные значения отношений: от 0,7 до 4,5 на одну ступень.

Передаточное число червячного редуктора

Здесь ведущим элементом выступает червяк, а ведомым — червячное колесо. Нюансы такой схемы: очень большое передаточное число и плавная работа, но низкий КПД по сравнению с зубчатыми передачами. Пример из автотемы — рулевое управление типа «червяк-ролик», как на классических ВАЗах. Но сегодня схема полностью вытеснена рейкой, но осталась во вспомогательных механизмах: приводах сидений, люков и т.п. Типичное значение отношения в старых рулевых механизма — в районе 15.

Передаточное число конического редуктора

Коническая передача — это зубчатая передача, в которой валы пересекаются под углом — чаще всего 90°. В автомобилях «коничка» используется там, где нужно развернуть поток мощности: из продольного вращения вала сделать поперечное. Классический и самый понятный пример — главная передача моста заднеприводного автомобиля. Типичное значение отношения в конической передаче заднего моста легковушки — около 4.

Частые вопросы о передаточном числе

Как влияет передаточное число звезд на разгон и максимальную скорость мотоцикла?

Так же, как и в любом редукторе. Увеличение передаточного числа (большая задняя звезда или меньшая передняя) улучшает разгон, но снижает максимальную скорость. Уменьшение — наоборот.

Как передаточное число влияет на расход топлива автомобиля?

Слишком короткая передача увеличивает обороты и расход. Слишком длинная может привести к работе мотора «внатяг». Поэтому оптимальная передача — всегда компромисс между экономией и тягой. Именно поэтому нет единого «правильного» соотношения для всех ситуаций, и в КПП используются все ступени.

Как определить передаточное число готового редуктора, если нет данных о шестернях?

Либо посчитать количество зубьев, либо разницу оборотов — оба метода описывались выше. Еще вариант — воспользоваться компьютерной диагностикой, если в системе есть датчики оборотов.

Слишком Слишком короткая передача увеличивает обороты и расход. Слишком длинная может привести к работе мотора «внатяг». Поэтому оптимальная передача — всегда компромисс между экономией и тягой (Фото: Max Anuchkin / Shutterstock / FOTODOM)

Главное о передаточном числе

Передаточное число показывает, во сколько раз изменяется скорость и крутящий момент ведущего и ведомого валов.
Передаточное число — арифметическая величина, а не физическая единица.
Чем больше передаточное число — тем выше тяга и ниже скорость.
В КПП используется несколько передаточных отношений под разные режимы движения.
Тип редуктора напрямую влияет на возможный диапазон передаточных чисел.