Расчет передаточных чисел трансмиссии. Блог › 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.

Ступени КПП

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.

3.3.1. Расчет передаточного числа первой ступени.

Передаточное число первой ступени коробки передач (i к1) определяется из условий преодоления заданного коэффициента сопротивления дороги (ψ max) и обеспеченности сцепления ведущих колес с асфальтобетонной дорогой в хорошем состоянии (φ x = 0,7…0,8). Указанные условия соответствуют следующему диапазону передаточных отношений первой ступени КП:

G a ×ψ max ×r k G a ×φ x ×r k × λφ

i к1 =i к1ψ …i к1φ = _____________________ ... ___________________________ (3.9),

M emax ×i o ×i d в ×η тр M emax ×i o ×i d в ×η тр

i к1 =8,4…12,64

Под коэффициентом сцепной массы автомобиля понимается отношение веса автомобиля, приходящегося на ведущие колеса к полному весу машины, т.е.

При этом, в процессе расчетов должно быть обязательно соблюдено неравенство:

(3.11)

3.3.2. Выбор числа передач.

Количество передач определяется диапазоном передаточных чисел, т.е. отношением передаточного числа первой ступени к передаточному числу высшей ступени, обеспечивающим необходимое соотношение удельных сил на низшей и высшей передачах:

Д кп =10,5/0,815=12,88

При диапазоне передаточных чисел до семи (Д кп < 7) выбирается четырехступенчатая коробка передач. При диапазоне передаточных чисел, находящихся в интервале 6,8 < Д кп < 8,5 применяется пятиступенчатая коробка передач. Для диапазона 8,5 < Д кп < 10 - шестиступенчатая. В случае Д кп > 10 принимается решение об установки дополнительной коробки. При этом ориентировочное значение i дн определяется следующим образом:

После этого определяется уточненное значение передаточного числа первой передачи основной коробки передач по формуле:

i к1 * =i к1 /×2 (3.14)

i к1 * =12,88/2=6,44

Д кп * =i к1 * / i кв

Д кп * =6,44/0,815=7,9

Выбирается 5-ступенчатая коробка передач

3.3.3. Выбор передаточных чисел промежуточных передач.

Передаточные числа промежуточных передач (между первой и высшей) передачей подбирают из условия наиболее интенсивного разгона (по закону геометрической прогрессии).

Расчет передаточных чисел ведется по формуле:

i k = √(i к1) n - k (i кв) k - 1 =5,25

i k = √(i к1) n - k (i кв) k - 1 =2,3

i k = √(i к1) n - k (i кв) k - 1 =1

i k = √(i к1) n - k (i кв) k - 1 =0,5

где k - порядковый номер рассчитываемой передачи;

n=3 - общее число передач, не считая ускоряющую передачу и передачу заднего хода.

Передаточное число заднего хода определяется во время компоновки и в тяговом расчете определению не подлежит. В настоящее время для коробок передач практически всех автомобилей иногда применяют ускоряющую передачу, которая выбирается из условия обеспечения хорошей топливной экономичности машины при работе на загородных дорогах с асфальтобетонным покрытием и малыми подъемами. При этом передаточное число ускоряющей передачи обычно принимается равным 0,7 . . . 0,9. Это передаточное число не входит в геометрический ряд и высшей передачей в этом случае условно считают следующую за ускоряющей, которая выполняется прямой (i кв = 1).

Выбор передаточных чисел дополнительной коробки передач

Дополнительные коробки передач бывают в основном двух типов - раздаточные коробки и делители. Дополнительные коробки обычно бывают двухступенчатыми, причем высшая передача обычно выполняется прямой (т.е. i дв = 1 ).

Передаточное число низшей передачи дополнительной коробки рассчитывается по формуле:

(3.15)

Выбранное значение передаточного числа низшей передачи проверяются по условию обеспечения минимальной устойчивой скорости движения автомобиля:

V min =0,377×380/45,82=3,12км/ч

V min - минимальная устойчивая скорость движения (соответствует минимальным устойчивым числам оборотов двигателя и должна быть не более 4 км/час)

ВЫВОД

В данной курсовой работе мы ознакомились с методами расчета параметров трансмиссии специальной автотракторной техники, изучили методику определения сил сопротивления при движении САТТО и построения тягового баланса, ознакомились с методами расчета тяговых и динамических характеристик для специальной автотракторной техники, освоили методику построения динамической характеристики специальной автомобильной техники и приобретение навыков использования динамической характеристики для решения практических задач, знакомились с методикой расчета показателей устойчивости специальной автомобильной техники. Были достигнуты все поставленные цели.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Краткий автомобильный справочник. - М.:Транспорт, 1994.

2. Копотилов В.И. Тяговый расчет автомобиля. Учебное пособие. Тюмень, ТюмИИ; 1980.- 49 с.

3. Техническая эксплуатация автомобилей: Учебник для вузов / Под ред. Г.В. Крамаренко. – 2-е изд., пепераб. и доп. – М.: Транспорт, 1983. – 488 с.

4. Вахламов В.К. Автомобили: Основы конструкции: Учебник для студ. высш. учеб. завед. - М.: Издательский центр «Академия», 2004.- 528 с.

5. Вахламов В.К. Техника автомобильного транспорта: Подвижной состав и эксплуатационные свойства: Учебник для студ. высш. учеб. завед. - М.: Издательский центр «Академия», 2004.- 528 с

6. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств: Учебник для вузов -М.: Машиностроение, 1989.-240 с.

7. Осепчугов В.В., Фрумкин А. К. Автомобиль (Анализ конструкции и элементы расчета): Учебник.-М.: Машиностроение. 1989.

8. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей: Учеб. пособие для вузов.- 3-е изд. перераб. и доп.-М.: Высш. шк., 2002.-496 с., ил.

Часто задают вопрос, а что у тебя за коробка? Я отвечаю 7 ряд главная пара 4.5. И тут же следует второй вопрос, а это как? И каждый раз рассказывая человеку о том что это и как это, я задумался о создании такой записи в БЖ. Здесь приведены распространенные ряды и пары, их передаточные числа и скорость которую вы получите при установке того или иного ряда.

Оптимальная конфигурация кпп для гражданского атмосферного двигателя: 18 ряд кпп + главная пара 3,9.

Оптимальная конфигурация кпп для более спортивного атмосферного двигателя: 7 ряд кпп + главная пара 4,3.

Оптимальная конфигурация кпп для турбового гражданского двигателя: 104 ряд + главная пара 3,5.

РЯД КПП 05 (КПП 2108) (I - 2.92; II - 1.81; III - 1.27; IV - 0.96; V - 0.78; VI - 0.69)

Относится к категории спортивных рядов. Изменены 4 передачи. 1-я, 2-я и 3-я передачи удлинены (как в 6-ом), 4-я передача сокращена (как в 8-ом на 5%), 5-я стандарт. Обычно устанавливается ГП 4.1. На форсированных моторах – с ГП 3.7, 3.9.

РЯД КПП 06 (КПП 2108) (I - 2.92; II - 1.81; III - 1.27; IV - 1.06; V - 0.94; VI - 0.78)

Требуется 1 шайба 2 мм под 4 передачу

Спортивный ряд. Классическая установка – с 6-ой передачей и ГП 4.1 (4.3). 1-я, 2-я и 3-я передачи удлинены (1-я значительно), 4-я и 5-я – сокращены. 5-я передача 6-го ряда – это 4-я от стандартного ряда.

РЯД КПП 07 (КПП 2108) (I - 2.92; II - 2.05; III - 1.56; IV - 1.31; V - 1.13; VI - 0.94)

Требуется 1 шайба 2 мм под 4 передачу и 1 под 5 передачу

Очень короткий - спортивный (раллийный, кроссовый) ряд. Без 6-ой передачи высокой максимальной скорости добиться не реально. С ГП 3.7 на 5-ой передаче при 5000 об./мин. – 128 км/ч. При установке с ГП 4.1, 4.23 может использоваться, например, для соревнований на коротких дистанциях, таких как драг-рейсинг.

РЯД КПП 08 (КПП 2108) (I - 3.42; II - 2.11; III - 1.35; IV - 0.96; V - 0.78; VI - 0.69)

Его еще называют «коммерческим», так как долгие годы, он был самым популярным и продаваемым рядом. Впрочем, он остается актуальным и сейчас. Удлиненная 1-я передача, 2-я и 4-я сокращены. Все изменения минимальны (по 5%), но этого вполне хватает, чтобы исправить недостатки штатного ряда. Чаще всего устанавливается с ГП 4.1. Недорогой, что радует. Дает улучшенную разгонную динамику.

РЯД КПП 011 (КПП 2108) (I - 3.64; II - 2.22; III - 1.54; IV - 1.17; V - 0.87; VI - 0.78)

Требуется 1 шайба 2 мм под 4 передачу

Пришел из автоспорта, где устанавливается, в основном с 6-ой передачей и ГП 4.1,4.3. В пользовательских версиях обычно устанавливается с ГП 3.7, 3.9. Изменены 4 передачи. При этом 1-я – стандарт, остальные – сближены. Прекрасный вариант для тех, кто не хочет удлинять 1-ую скорость. Ровный, динамичный разгон.

РЯД КПП 012 (КПП 2108) (I - 3.17; II - 1.95; III - 1.35; IV - 1.03; V - 0.78; VI - 0.69)

Самый ремонтопригодный (как и 103-й) ряд, т.к. изменены 1-я (длиннее на 12,91%) и 4-я (короче на 10%) передачи, 2-я, которая, по статистике, чаще всего выходит из строя – стандартная. Ставится, практически, с любой ГП. При установке с НП 4.1 – аналогичен по передаточным отношениям 11-му ряду с ГП 3.7.

РЯД КПП 018 (КПП 2108) (I - 3.17; II - 2.11; III - 1.48; IV - 1.13; V - 0.87; VI - 0.78)

Требуется 1 шайба 2 мм под 4 передачу

Один из самых популярных на сегодняшний день рядов. Изменены все 5 передач. При этом 1-ая передача (длиннее на 12,91%), остальные – очень правильно подобраны (сокращены). 18 ряд обеспечивает ровную, «беспровальную» динамику разгона. Рекомендуется для установки на любые двигатели с ГП 4.1 (город), 3.7 или 3.9 (город-трасса), наилучшим образом зарекомендовал себя, при использовании с форсированными двигателями.

РЯД КПП 102 (КПП 2108) (I - 3.17; II - 1.95; III - 1.35; IV - 0.94; V - 0.73)

Практически, 102-ой ряд является аналогом 103-его, с той лишь разницей, что пятая передача – 0,73. Соответственно, - этот ряд требует большей мощности от двигателя, давая возможность обладателям форсированных двигателей одинаково комфортно себя ощущать и в городе, и на трассе.

РЯД КПП 103 (КПП 2108) (I - 2.92; II - 1.95; III - 1.35; IV - 0.94; V - 0.69)

Изменены всего две передачи, но более чем удачно. 1-я 2,92 от 6-го ряда (длинная), 5-я 0,69 (6-я передача 5-го и некоторых других рядов). Даже с парой 4.3 при 5000 об./мин. на пятой передаче, скорость 180
км/ч. Результат: разгонная динамика почти спортивного ряда без потери максимальной скорости.
Наиболее удачный ряд для тех, кому одновременно важны и динамика, и макс. скорость.

Все показатели, указанные в таблице, соответствуют 5000 оборотам в минуту при колесах 185/60 R14

3. Расчет передаточных чисел трансмиссии

Передаточное число трансмиссии автомобиля определяется выражением:

i TP =i k * i o , (13)

где i K и i o - передаточные числа соответственно КПП и главной передачи.

Следовательно, для определения передаточного числа трансмиссии автомобиля необходимо отдельно определить передаточное число главной передачи (i o) и передаточное число коробки передач (i k).

Расчёт передаточного числа главной передачи

Передаточное главной передачи равно:

где r k - радиус качения колеса;

n N – число оборотов вала ДВС, соответствующие максимальной мощности;

v N – скорость автомобиля, соответствующие максимальной мощности.

Расчёт передаточного числа первой передачи

Определение передаточного числа первой передачи производится по условиям:

1. Преодоление максимальных сопротивлений движению.

2. Сцепление колес с дорогой.

Выполнение первого условия обеспечивает неравенство:

, (15)

где M emax - максимальный крутящий момент на валу ДВС, определяемый по внешней скоростной характеристике; ψ max - максимальная величина коэффициента дорожного сопротивления.

При работе двигателя с полной нагрузкой можно считать, что

где χ – коэффициент влияния нагрузки.

где с, к, n – число пар цилиндрических, конических и количество карданов, передающих крутящий момент двигателя на ведущие колеса автомобиля.

По кинематической схеме автомобиля:

с=2; к=1; n=2,

Для легкового автомобиля примем ψ max =0,27:

Второе условие требует выполнения неравенства:

, (17)

где G сц - вес приходящийся на ведущие колёса автомобиля;

m p - коэффициент перераспределения реакций при разгоне автомобиля.

Так как проектируемый автомобиль заднеприводной, то m p =1,2.

С учетом обоих условий примем i 1 =3,5 , как у аналога.

Расчёт передаточных чисел промежуточных передач

Количество ступеней (передач) в коробке передач и соотношения передаточных чисел определяют величину ускорений при разгоне автомобиля. Но главное - это использование мощности ДВС. Чем больше число ступеней, тем лучше использование мощности, но при этом увеличиваются вес и габаритные параметры коробки передач и осложняются условия управления ей. Именно поэтому количество передач в коробке принимаем равным 5. С целью лучшего использования мощности ДВС передаточные числа коробки подбирают так, чтобы разгон на каждой передаче начинать при одинаковой скорости вращения коленчатого вала ДВС и заканчивать при скорости коленчатого вала, соответствующей максимальной мощности ДВС. С учетом всех требований передаточные числа равны:

(18)

4. Тяговая характеристика автомобиля

Тяговой характеристикой называют зависимость силы тяги от скорости автомобиля на определенной передаче при полной подаче топлива.

При движении автомобиля на первой передаче при n e =585об/мин и М e =179,28 Н*м со скоростью:

, (19)

сила тяги будет равна:

, (20)

Расчеты скоростей движения автомобиля на передачах и величины силы тяги Р Т им соответствующие сводим в таблицу 2 и строим график тяговой характеристики (рисунок 2).

Таблица 2 - Скорости движения и сила тяги на передачах

Параметры	Число оборотов коленчатого вала, об/мин
	585	1000	1500	2500	3500	4500	5500
Ne, кВт	10,98	19,78	30,92	52,58	69,24	75,90	67,57
Me, Н*м	179,28	188,90	196,86	200,83	188,90	161,06	117,32
V1, км/ч	6,00	10,26	15,39	25,64	35,90	46,16	56,42
V2, км/ч	9,13	15,61	23,41	39,02	54,63	70,24	85,85
V3, км/ч	13,82	23,62	35,43	59,05	82,67	106,29	129,91
V4, км/ч	21,00	35,90	53,85	89,75	125,65	161,56	197,46
Pт1, Н; η1=0,9	5379,74	5668,46	5907,14	6026,47	5668,46	4833,11	3520,42
Pт2, Н; η1=0,91	3574,54	3766,38	3924,96	4004,26	3766,38	3211,33	2339,12
Pт3, Н; η1=0,92	2388,26	2516,44	2622,39	2675,37	2516,44	2145,59	1562,84
Pт4, Н; η1=0,93	1588,30	1673,55	1744,01	1779,24	1673,55	1426,92	1039,36

Длины шкал чисел оборотов при движении на третьей, второй и первой передачах соответственно равны.