Все о коробке передач и передаче момента на колеса
Что разгоняет автомобиль? Ответ — двигатель. Двигатель обладает характеристикой крутящего момента в зависимости от оборотов.
От чего зависит динамика автомобиля – от крутящего момента на колесах. Как мы уже выяснили из предыдущей статьи, максимальный приведенный крутящий момент с двигателя получается в точке его максимальной мощности.
Рассмотрим график крутящего момента и мощности атмосферного мотора обьемом 2.5л
Как видим из картинки максимальный крутящий момент равняется 242Нм при 5100 об/мин, а максимальная мощность 208 л.с. при 6800 об/мин
Давайте посчитаем средний крутящий момент у этого двигателя в диапозоне 2000-6000 об/мин.
На 2000 об/мин мы имеем 175Нм, на 6000 об/мин 234Нм, как результат в среднем мы получаем 220Нм в диапозоне 2000-6000об/мин у данного двигателя.
Что будет если в коробке передач будет всего 1 передача? Крутящий момент будет всегда прямо пропорционально передаваться на колеса от двигателя через 1 передачу. И если предположить, что у нас главная пара так же 1 к 1, то график крутящего момента на колесах будет в точности повторять график крутящего момента двигателя умноженный на передаточное число той самой 1 передачи.
Недостаток такой схемы в том, что нам придется выбирать: делать эту передачу короткой чтобы более-менее динамично ускоряться, но иметь максимальную скорость, например 70км/ч, или длинной, скажем до 200км/ч, но тогда даже стронуться с места будет достаточно проблематично.
Посчитаем передаточное число, для того чтобы получить 200км/ч при 6000 об/мин на 1 передаче, на колесах размером 225/45 R17. Длинна окружности колес – 1.993м. 200км/ч это 3.33 км/мин или 3333 метра в минуту. 3333/1.993 = 1672.3 об/мин если сделать прямую передачу. Следовательно, чтобы на 6000 об/мин получить 200км/ч нужно поставить понижающий редуктор в 3.587 раза (для простоты округлим до 3.6). То есть уменьшаем обороты в 3.6 раза, во столько же повышаем момент.
Вот так будет выглядеть график крутящего момента НА КОЛЕСАХ в разгоне 0-200 км/ч, для мотора 2.5л показанного выше. Т.е. каждая точка графика умножается на 3.6.
Оговоримся сразу, что мы стартуем с помощью сцепления на 2000 об/мин, поэтому диапазоном, лежащим до 2000 об/мин пренебрегаем. В реальности же средний крутящий момент будет еще меньше, и двигатель вообще может не стронуть автомобиль с места.
Давайте посчитаем средний (интегральный) крутящий момент на колесах в диапазоне 0-200 км/ч. 3,6*220 — примерно 792Нм.
Из-за чего так происходит? Все дело в моментной характеристике ДВС. Даже у мотора мощностью 208 л.с. обьемом 2.5 литра при 2000 об/мин всего 175Нм крутящего момента. Учитываю нашу длинную одноступенчатую прямую КПП, 792Нм на колесах это крайне мало для адекватного ускорения.
Давайте добавим еще 1 ступень, получив двух ступенчатую коробку передач. Допустим первая передача имеет передаточное отношение 2:1 к нашей старой передаче, то есть понижает обороты вдвое, удваивая крутящий момент. Вторая передача останется так же до 200км/ч. Итого первая передача до 100км/ч, понижение оборотов в 7.2 раза, вторая до 200 км/ч понижение в 3.6 раза.
Давайте посчитаем средний (интегральный) крутящий момент на колесах в диапазоне 0-100 км/ч. 220*7.2 = 1584 Нм. Он стал вдвое выше из за передаточных чисел. В диапазоне 100-200 км/ч он так же будет выше, потому что после переключения на вторую (100км/ч), стрелка тахометра упадет на 3000 об/мин, а значит и средний крутящий момент мотора в диапазоне 3000-6000 об/мин будет выше, и составит примерно 225Нм.
Средний крутящий момент в диапазоне 100-200 км/ч составит примерно: 3.6*225Нм = 810 Нм. Значит в среднем по диапазону 0-200км/ч: (1584+810)/2 = 1197Нм. То есть добавив всего 1 передачу мы увеличили средний крутящий момент на 51%: с 792Нм до 1197Нм, следовательно, и время разгона 0-200 км/ч сократилось бы в полтора раза.
А теперь представим, что мы поставим современную 5 ступенчатую КПП,
где:
0-50км/ч – 1-я передача, понижение оборотов в 14.4 раза,
50-100км/ч — вторая, понижение оборотов в 7.2 раза,
100-150км/ч — третья, понижение оборотов в 4.8 раза,
150-200км/ч — четвертая понижение оборотов в 3.6 раза,
200+ км/ч — пятая.
Посмотрим, как изменится график момента на колесах:
Посчитаем средний крутящий момент на колесах по диапазонам:
0-50 км/ч диапазон 2000-6000об/мин – 220Нм*14.4 = 3168Нм
50-100 км/ч диапазон 3000-6000об/мин – 225Нм*7.2 = 1620Нм
100-150 км/ч диапазон 4000-6000об/мин – 230Нм*4.8 = 1104Нм
150-200 км/ч диапазон 4500-6000об/мин – 235Нм *3.6 = 846Нм
Средний крутящий момент в диапазоне 0-200 км/ч: (3168+1620+1104+846)/4 = 1684 Нм.
Следовательно имея 4 передачи в диапозоне 0-200 км/ч дают нам в 2.1 раза крутящего момента больше по сравнению с 1 ступенчатой КПП и на 40% больше по сравнению с 2 ступенчатой.
Но при этом если бы у нас было еще пару передач, то мы могли бы еще "сжать" диапазон каждой и получить дополнительные пару % момента на колесах.
Какой вывод можно сделать:
Чем больше передач, тем выше средние обороты, а следовательно мы находимся ближе к точке максимальной мощности мотора, а следовательно получаем максимальную отдачу от мотора.
А что будет если сделать очень много передач. Бесконечно много. До каких пор мы можем увеличивать средний крутящий момент на колесах? Так придумали вариаторную кп.
Вариатор позволяет держать мотор всегда на пике мощности на высоких оборотах, подбирая при этом максимальные передаточные числа чтобы получить максимальный крутящий момент на колесах, а следовательно ускорение.
Можем ли мы построить график крутящего момента на колесах вариатора – да.
Средний крутящий момент в диапазоне 0-200 км/ч тут составит порядка 1900Нм, что на 15% больше чем у 4-х ступенчатой акпп, и на 10% больше чем у 5- ступенчатой и лишь на 2% больше чем у 10 ступенчатой акпп. Больше получить невозможно.
Что произойдет если поставить маленькие колеса или скажем укоротить ГП? Наши передачи "сожмутся", станут короче, а момент пропорционально вырастит. Если раньше вы ехали 50км/ч на 1-й и 100км/ч на второй, то укоротив на 10% ГП, вы станете ехать 45 и 90 км/ч соотвествественно, но 90-100км/ч вам придется уже ехать на третей. Другими словами вы "виртуально" увеличиваете количество передач, но эффект будет иметь действие, если вы точно знаете, под какой скоростной диапазон подбираете передаточные числа.
Чем больше передач — тем выше средний крутящий момент на колесах. Тем быстрее разгон автомобиля.
Вариаторные коробки передач максимально эффективно реализуют потенциал двигателя на дорогу.
4 передачи в диапазоне 0-200км/ч всего на 15% хуже, если бы их было 10, но при этом втрое лучше чем 1. Поэтому делать более 6-7 разгонных передач практически нет смысла
Укорачивать коробку передач ГП или колесами надо с умом — нужно заранее знать какой скоростной диапазон вы хотите оптимизировать
Крутящий момент двигателя: на что влияет и почему он так важен
Многие уверены, что главной характеристикой двигателя автомобиля является мощность, которая обычно измеряется в лошадиных силах (на самом деле — в ваттах, но применительно к машинам часто используют «лошадей»). Но ведь есть еще такая характеристика как крутящий момент.
Что такое крутящий момент?
Крутящий момент – это векторная величина, определяемая как произведение радиус-вектора точки приложения силы и вектора силы. В простейшем случае – это произведение прикладываемой силы на плечо рычага, к которому она прикладывается. Единица измерения у крутящего момента – соответствующая: ньютоны на метры (Н∙м).
Звучит сложно, но попытаемся объяснить на простом примере. Представьте себе механическую мясорубку, которую нужно крутить за ручку. Так вот, в ней прикладываемая сила – это та сила, с которой вы крутите ручку. А плечо – это сама ручка. И чем она длиннее, тем выше крутящий момент при тех же ваших усилиях.
Статьи 24 апреля 2017 10 автомобилей, которые удивили мощностью и динамикой
Фото 24 мая 2020 Железные мускулы. 10 лучших двигателей в истории
Как это всё относится к двигателю автомобиля? Очень просто. В моторе сила давления сгорающей смеси бензина и воздуха передаётся через поршень на кривошипно-шатунный механизм. Сила «берётся» из сгорания топлива, а в качестве рычага выступают детали механизма.
На что влияет крутящий момент
Крутящий момент характеризует «итоговую» тягу двигателя. Он говорит «насколько двигатель сильный», какую силу тяги может создавать. При этом надо понимать, что на колёса крутящий момент доходит уже изменённым, ведь шины связаны с мотором не напрямую, а через трансмиссию, в которой момент изменяется в зависимости от передаточного соотношения.
Крутящий момент — величина не постоянная. Момент изменяется вместе с количеством поступающей в цилиндр смеси и оборотами двигателями. Поэтому для оценки возможностей двигателя обычно используют график крутящего момента, который иллюстрирует его зависимость от оборотов.
Чем большее усилие развивает двигатель — тем лучше автомобиль разгоняется. Поэтому максимальное ускорение получается на тех оборотах, при которых момент достигает пиковых значений.
Но особенность двигателей внутреннего сгорания в том, что с ростом оборотов крутящий момент рано или поздно начинает снижаться. Решить эту проблему помогает коробка передач: при разгоне мы включаем нужную передачу, поддерживая обороты на оптимальном уровне. И поэтому так важно, чтобы двигатель на как можно большем промежутке оборотов выдавал максимальную тягу.
Крутящий момент и мощность: что важнее
Но что важнее? Крутящий момент или мощность двигателя? Чтобы ответить на этот вопрос, сначала нужно понять, что такое вообще мощность.
С точки зрения физики мощность получается путём деления совершенной работы на время, за которое работа совершилась. То есть, эта характеристика показывает не «что было сделано», а «что было сделано за определённое время». Например, перенести из пункта А в пункт Б десять ящиков можно за пять минут, а можно за сорок. Выполненная работа будет одинакова. А вот мощность — нет.
Применительно к автомобильному двигателю мощность тоже является такой же «оценочной» характеристикой. При этом, можно сказать, что работой двигателя, по сути, является… крутящий момент. Ведь работа мотора — это крутить коленвал. Следовательно, крутящий момент и мощность — величины взаимосвязанные.
Вернемся к воображаемой мясорубке. Длинная ручка обеспечивает высокий крутящий момент, то есть вы можете прокручивать, например, не обычное мясо, а замороженное. Допустим, за один оборот сквозь мясорубку проходит 10 граммов такого мяса, а если у вас получится делать 100 оборотов в минуту — на выходе получится килограмм фарша. Это и есть ваша мощность.
В автомобилях мощность мотора равняется его крутящему моменту на данных оборотах в минуту, умноженному на число этих оборотов и разделённому на определённый коэффициент. Она показывает «суммарное количество» крутящего момента, то есть, работы, совершённой двигателем за определённое время. Чем больше момент, «сила кручения» — тем больше мощность.
Отметим, что как для крутящего момента, так и для мощности существуют графики, демонстрирующие зависимость от числа оборотов. Более того, часто на графике отображаются сразу две линии: одна обозначает момент, а другая — мощность.
Вот и получается, что вопрос о том, что из этих показателей важнее — не совсем корректен. Во-первых, они взаимосвязаны. А, во-вторых, значение имеют не только сами эти показатели, но и обороты.
Крутящий момент в дизельных и бензиновых двигателях
Какой двигатель обладает большим крутящим моментом — бензиновый или дизельный? Как правило, у дизеля крутящий момент заметно выше, чем у аналогичного бензинового мотора. Причём на низких оборотах эта разница наиболее значительна. Дизель развивает хорошую тягу «сразу», чуть ли не с холостых оборотов. А бензиновый должен сперва раскрутиться.
С другой стороны, у дизельных двигателей в силу особенности конструкции меньше рабочий диапазон оборотов: когда при разгоне бензиновый двигатель продолжает раскручиваться, дизельный уже требует перехода на высшую передачу.
Значит ли это, что дизель со своим большим крутящим моментом подходит только ля грузовиков и внедорожников? Когда-то многие были в этом уверены. Однако современные дизельные двигатели отлично ведут себя на быстрых спортивных автомобилях.
Тестовые задания по теме «Коробка передач»
Тесты к теоретическим занятиям по теме « Коробка передач », входящей в состав МДК 01.01 «Устройство автомобилей» специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» .
Целью настоящих тестов является закрепление студентам знаний, полученных при изучении теоретического материала по теме « Коробка передач », входящей в состав МДК 01.01 «Устройство автомобилей» специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» .
Тесты составлены в соответствии с требованиями программы профессионального модуля ПМ.01 « Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта » специальности 23.02.03 «Техническое обслуживание и ремонт автомобильного транспорта» дневной формы обучения.
Организация-разработчик: Морской колледж ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет».
Разработчик: Минаев Николай Александрович, преподаватель.
1. Какие функции выполняет коробка передач?
а) изменяет крутящий момент по величине
б) изменяет крутящий момент по направлению
в) увеличивает мощность
г) длительно разъединяет двигатель и трансмиссию
д) кратковременно разъединяет двигатель и трансмиссию
2. Сколько передач может включаться с помощью одного синхронизатора в коробке передач?
а) одна г) четыре
3. Какой вал коробки передач заднеприводного автомобиля приводится во вращение от ведомого диска сцепления?
г) вал блока шестерён заднего хода
4. Какой вал коробки передач заднеприводного автомобиля передает крутящий момент на карданную передачу?
г) вал блока шестерён заднего хода
5. Какого типа установлена коробка передач на переднеприводных автомобилях?
в) одна из указанных в зависимости от мощности двигателя
6. Какие функции выполняет синхронизатор?
а) синхронизирует скорость вращения ведущих колёс
б) синхронизирует скорость первичного и вторичного валов КПП
в) синхронизирует скорость вала и шестерни соответствующей передачи
7. Какая передача обеспечивает наибольший крутящий момент?
а) первая в) третья д) пятая
б) вторая г) четвёртая е) задняя
8. К какой коробке передач применимо название «полуавтомат»?
а) автоматическая коробка передач
б) роботизированная коробка передач
в) механическая коробка передач
9. Перечислите, с помощью каких элементов происходит переключение передач в механической коробке передач ?
а) рычаг переключения
б) первичный вал
д) опорные подшипники
10. Для чего предназначен гидротрансформатор в АКПП?
а) для передачи крутящего момента от коленвала к блоку шестерён
б) для переключения передач
в) для компенсации вращения коленвала при остановках втомобиля
г) для рассоединения двигателя и трансмиссии
11. Для какого типа коробок передач подходит понятие «автоматизированная механическая трансмиссия (АМТ)»?
а) автоматическая КПП
б) роботизированная КПП
12. С помощью чего передаётся вращение между шкивами вариатора?
а) с помощью гладкого ремня
б) с помощью зубчатого ремня
в) с помощью цепи
13. Сколько валов имеется в коробке передач заднеприводного автомобиля?
14. Особенности роботизированной коробки DSG :
а) два сцепления
б) отдельное включение чётных и нечётных передач
в) электронное управление от ЭБУ
г) всё вышеперечисленное
Ответы на тестовые задания
Критерии оценивания
Оценка «неудовлетворительно» – 8 правильных ответов и меньше
Оценка «удовлетворительно» – 9-10 правильных ответов
Оценка «хорошо» – 11-12 правильных ответов
Оценка «отлично» – 13-14 правильных ответов
Список используемой литературы
1. Устройство автомобилей : учеб. пособие / В.А. Стуканов, К.Н. Леонтьев. — М.: ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2018. — 496 с. — (Профессиональное образование). — Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/911994
2. Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей : учеб. пособие / В.М. Виноградов. — М.: КУРС: ИНФРА-М, 2018. — 376 с. — Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/961754
3. Устройство автомобилей. Сборник тестовых заданий: Учебное пособие / В.А. Стуканов. — М.: ИД ФОРУМ: НИЦ ИНФРА-М, 2014. — 192 с.: ил.; 60×90 1/16. — (Профессиональное образование). (обложка) ISBN 978-5-8199-0457-2 — Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/430327
4. Устройство автомобилей : учеб. пособие / В.А. Стуканов, К.Н. Леонтьев. — М.: ИД «ФОРУМ» : ИНФРА-М, 2018. — 496 с. — (Профессиональное образование). — Режим доступа: http://znanium.com/catalog/product/911994
5. Гладов Г.И. Устройство автомобилей: учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Г.И. Гладов, А.М. Петренко. – 3-е изд., стер. – М.: Издательский центр «Академия», 2014. – 352 с.