Как посчитать передаточное число зубчатой передачи

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.

u₁₂ = ± Z₂/Z₁ и u₂₁ = ± Z₁/Z₂,

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:

u₁₆ = u₁₂×u₂₃×u₄₅×u₅₆ = z₂/z₁×z₃/z₂×z₅/z₄×z₆/z₅ = z₃/z₁×z₆/z₄

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:

• трение соприкасаемых поверхностей;
• изгиб и скручивание деталей под воздействием силы и сопротивление деформации;
• потери на шпонках и шлицах;
• трение в подшипниках.

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.

Волновая передача

Ее работа основывается на принципе трансформации параметров движения благодаря волновому деформированию гибкого элемента механизма. По сути, такая передача является разновидностью планетарной передачи.

В состав волновой передачи входит жесткое колесо зубчатое, имеющее внутренние зубья, и вращающееся гибкое колесо с наружными зубьями. Оба колеса между собой входят в зацепление благодаря генератору волн, соединенному непосредственно с корпусом передачи.

За счет имеющихся конструктивных особенностей волновая передача наделена следующими достоинствами:

• Небольшие габариты и масса.
• Высокая кинематическая точность.
• Передаточное отношение передачи в одной ступени имеет большой показатель и вполне может достигать 300.
• Идеальная демпфирующая способность.
• Формирование в одной ступени большого передаточного отношения.

К недостаткам же относятся:

• Весьма сложная конструкция.
• Высокие потери мощности на трение и деформацию гибкого колеса (КПД составляет порядка 0,7-0,85).

Способы определения

Существует несколько способов, как определить передаточное число редуктора:

• теоретический;
• практический;
• расчетный.

Первый, наиболее простой, способ – теоретический. Обычно, для того, чтобы узнать необходимую информацию, нужно просто заглянуть в инструкцию автомобиля, где указаны подробные таблицы. Большинство авто содержат такую информацию в Vin-номере, где она зашифрована, но ее легко узнать. Автомобили российского производства обычно имеют стандартный набор типовых моделей редукторов. Это значительно облегчает процесс замены.

Другое дела, когда необходимо заменить только отдельную часть узла. Обычно, когда автомобиль сменил нескольких владельцев, неизвестно сколько раз редуктор заменялся и какая модель установлена в данный момент. Сделать это часто достаточно легко, так как необходимую информацию стараются нанести на места, наиболее удобные для просмотра.

Практический способ определения передаточного числа редуктора более сложный и требует прямого вмешательства в механизм автомобиля. Разберем подробную пошаговую инструкцию:

1. Первое, что нужно сделать, это узнать какая модель установлена на вашем автомобиле. Существует несколько типов, которые отличаются в зависимости от типа передачи зацепления, бывают зубчатые, цепные, винтовые, гипоидные, волновые и фракционные. Передаточное число в любом случае считается как отношение скорости вращения ведомого и ведущего вала. Если вышеуказанные данные известны, придется прибегнуть к разбору узла.
2. Нужно отсоединить редуктор от корпуса и сопутствующих узлов и открыть крышку, чтобы иметь обзор конструктивных элементов. С помощью таких манипуляций можно точно узнать, от какого элемента редуктора стоит отталкиваться при расчете.
3. Затем провести расчет передаточного числа исходя из типа узла. Если передача зубчатая, то провести расчет довольно легко, в таком случае расчетный показатель равняется отношению количества зубьев ведомой шестерни к зубьяv ведущей. Нужно просто посчитать указанные параметры.
4. Если передача ременная, подсчет происходит путем соотношения диаметра ведущего шкива к ведомому, или наоборот. Расчет всегда проводиться от большего числа. При цепной передачи, нужно посчитать количество зубьев ведущей и ведомой звезды, и просчитать соотношение большей к меньшей. При червячной передаче, считается количество заходов на червяке и зубья на червячном колесе, после чего рассчитывается отношение второго полученного числа к первому.

Для этого нужно использовать специальный измерительный прибор – тахометр, с помощью которого измеряется скорость вращения приводного вала двигателя и вала, приводящего в движение колеса. Соотношение первого показателя к второму поможет точно определить передаточное число.

Можно делать это проще, посчитав крутящий момент редуктора с помощью вращения колеса. Ведущую ось нужно приподнять на опорах. Фиксируется изначальное положение колеса и ведущего вала, сделать это можно с помощью простых меток. Затем стоит вращать колеса, пока метки не совпадут и подсчитать отдельно количество оборотов вала и колеса. Для этих целей рационально воспользоваться чьей-либо помощью.

После сбора всей необходимой информации нужно поделить число оборотов ведущего вала на количество вращений колеса. Чтобы получить точный результат, нужно внимательно отнестись к каждому этапу процедуры, так как даже малейшая неточность в измерении может критично повлиять на конечный результат.

Модернизация редукторов — стабильная тенденция

В модельном ряду производителей представлены стандартные и модернизированные решения. В усовершенствованных агрегатах сохраняются прежние габариты и размеры присоединений.

Основу модернизации составляют:

• Стандарты ISO.
• Блочно-модульные конструкции.
• Усовершенствованные механизмы защиты редукторов.
• Модификации зубчатых зацеплений.
• Модернизация корпусов редукторов, ориентированная на производство монолитных конструкций небольшого веса, характеризующихся высокой теплоотдачей.
• Применение технологии литья под давлением при производстве корпусов из алюминиевых сплавов.
• Использование синтетического масла для всего периода эксплуатации редуктора.
• Отсутствие необходимости в техническом обслуживании приводных механизмов в процессе их эксплуатации.

Непрерывный процесс модернизации способствует улучшению технических характеристик редукторов, расширению их функциональности и вариативности исполнений. Сегодня продукция крупных российских производителей не уступает по качеству иностранным аналогам.

Романов Сергей Анатольевич, руководитель отдела механики компании Техпривод

Замена главной передачи

Если вы недовольны динамикой вашего автомобиля, самый простой способ её исправить — замена главной передаточной пары. Это подразумевает установку нового дифференциала с другим внутренним передаточным числом. Меньшее число позволяет получить более длинную передачу, а большее число – короткий передаточный ряд. Это не позволит вам изменить плотность ступеней в коробке, но обеспечит смещение всего ряда в область тех значений, которые вам подходят.

В действительности, такие манипуляции с автомобилем — вовсе не панацея от всех бед, поскольку изменять вышеописанную величину можно лишь в очень небольшом интервале значений, в противном случае недостатки многократно превысят достигнутый положительный эффект. В этом случае стоит помнить и о том, что ваш спидометр потребует корректировки, постольку его значения уже не будут отражать реальную скорость автомобиля.

Такой тип тюнинга может быть относительно простым как в переднеприводном, так и в заднеприводном автомобиле, но в некоторых передне- и полноприводных автомобилях осуществить его невозможно. Многие автомобили используют трансмиссию, которая имеет встроенный дифференциал, что означает, что окончательное передаточное число не может быть так легко изменено.

Кроме того, некоторые автомобили (например, Audi R8) имеют разные главные передаточные пары в приводах на переднюю и заднюю оси.

К сожалению, все больше и больше автомобилей выбирают интегрированные устройства, что делает невозможным работу с ними, если вы не воспользуетесь услугами лицензированных тюнинг-ателье и не заплатите слишком большие суммы денег. В любом случае, производитель подбирал параметры трансмиссии, исходя из особенностей эксплуатации, характеристик мотора, возможной нагрузки и целевой аудитории автомобиля, так что внесение столь существенных изменений, давая выигрыш в одной из сфер использования, существенно сокращает остальные.

Изменение передаточного отношения КПП: тюнинг коробки передач

Как известно, наилучшие динамические показатели достигаются в диапазоне оборотов максимального крутящего момента, а не мощности. Фактически, при нижнем и верхнем значении частоты вращения коленчатого вала крутящий момент двигателя меньше максимального.

Получается, чем больше обороты будут отличаться от оборотов максимального крутящего момента, тем медленнее разгоняется автомобиль. В стандартных КПП передаточное отношение каждой ступени подобрано так, чтобы водителю было комфортно разгонять машину на низких передачах, после чего на повышенных можно поддерживать набранную скорость одновременно с экономией топлива.

На практике, мотор в этом случае быстро выходит на максимальные обороты на более низкой передаче, однако после переключения на ступень выше обороты не падают, например, 3500 об/мин. на 1800, а остаются на отметке около 2500. Фактически, после переключения «вверх» обороты все равно остаются в диапазоне максимального крутящего момента.

Для решения такой задачи можно использовать колеса с меньшим радиусом, а также требуется установить другую главную пару редуктора с измененным передаточным числом (например, 3.9 или 4.1 вместо 3.7). Начнем с использования «стоковых» деталей.

Как правило, если модель автомобиля выпускается с разными двигателями (например, моторы 1.2, 1.4 и 1.6 литра), тогда главную пару для КПП в паре с 1.6 литровым двигателем используют от той версии, мотор которой менее мощный (в данном случае двигатель 1.2 или 1.4).

На высоких скоростях двигатель будет на 5-й раскручиваться до максимальных оборотов, что может доставлять дискомфорт водителю и пассажирам. По этой причине ряд передаточных чисел КПП нужно подбирать с учетом конкретных задач и целей, учитывая мощность мотора, вес автомобиля, а также предпочтения водителя.

Если делать более серьезные доработки, тогда можно собрать коробку передач с измененным набором шестерен. Естественно, это дорого, однако удается сблизить ряды на всех передачах, а не только 4 и 5.

Также добавим, что стандартную 5-и ступенчатую коробку иногда переделывают в 6-и ступенчатую (особенно в паре с тюнингованным форсированным двигателем). Фактически, в КПП интегрируется комплект шестой передачи

Важно понимать, что помимо высокой стоимости такой доработки снижается общая надежность такой коробки

Типы редукторов

Все виды устроены по схожему принципу, разница заключается только в типе зубчатой передачи. Чаще всего встречаются цилиндрические, конические, глобоидные, комбинированные, червячные и планетарные, но последнее время конструкторы прибегают к комбинированным конструкциям, что позволяет совместить преимущества нескольких типов.

Конструкция разных типов позволяют передавать усилие между узлами, которые располагаются в различных площадях, будут они перпендикулярные (конический редуктор), параллельные (цилиндрический) или пересекающиеся валы (червячные).

Диапазон передаточного числа может разнится от в несколько единиц до нескольких тысяч, что зависит от количества ступеней. Сейчас наиболее распространены механизмы, при изготовлении которых используются нескольких ступеней. Это позволяет комбинировать несколько типов передач и добиться максимально эффективной работы. Рассмотрим основные типы.

Цилиндрический редуктор

Довольно популярные при разработке и производстве машин различного назначения. Эффективно выполняют свои функции при работе с мощными установками, при этом показывают высокий КПД, превышающий 90 %. Чаще всего используется при работе параллельных и сносных валов. Может применяться с различным количеством ступеней, от которых зависит передаточное число, оно может колебаться от 1,5 до 400.

Червячный редуктор

Имеют довольно простую конструкцию, из-за чего обрели широкую популярность. Одним из плюсов также является низкая стоимость в сравнении с аналогами. Количество ступеней обычно ограничивается одной или двумя. При этом диапазон передаточного числа червячного редуктора может находиться в диапазоне от 5 до 10000, которую можно рассчитать по специальной формуле. Недостатком этого типа является низкий КПД и ограниченные мощности силовых установок, с которыми он работает. Состоит из зубчатого колеса и цилиндрического, реже глобоидного, червяка в виде винта.

Планетарный редуктор

Особый тип, который выгодно отличается от аналогов, имея ряд преимуществ. Благодаря чему получил широкое распространение в тяжелом машиностроении. Конструкция этой модели позволяет добиться высокого передаточного числа при работе с мощнейшими силовыми установками. При этом его размеры могут быть значительно меньшими, чем габариты аналогов. Механизм назван планетарным, из-за специфического расположения конструкционных элементов, к которым относятся: сателлиты, водило, солнечная и кольцевая шестерни.

Передача усилия происходит через вал на солнечную шестерню, которая находится в зацепе со всеми сателлитами. В это время кольцевая шестерня находится в статичном положении. Модель отличается высоким КПД, и работой в диапазоне передаточного числа от 6 до 450.

Выбор типа узла всегда основывается на конструкционных требованиях к механизму, при этом выбором модели должен заниматься квалифицированный конструктор. Первое что нужно определить — какой тип передачи нужен, оптимальный размер механизма, рассчитать осевые нагрузи на валах и температурный режим работы.

От количества ступеней выбранного механизма напрямую зависит передаточное отношение. Одноступенчатые применяются для выполнения простых функций, обычно это червячный тип. Сейчас чаще можно встретить комбинированные типы передач, что позволяет значительно расширить функционал узла.

В качестве входных и выходных валов применяются стандартные прямые валы, изготовлены в форме тел вращения. От их качества напрямую зависит качество работы всего механизма, так как на них действуют множество внешних нагрузок различных типов.

Очень важно своевременно менять сальники и масло. Постоянные профилактические работы обеспечат стабильную работу и обезопасят от внезапных поломок. Для контроля уровня масла имеется специальное смотровое окно, что позволяет вовремя пополнять необходимый объем

Для контроля уровня масла имеется специальное смотровое окно, что позволяет вовремя пополнять необходимый объем.

В целом, самостоятельно рассчитать передаточное число, подобрать подходящую модель и провести замену (ремонт) редуктора не составит труда. Главное соблюдать рекомендации специалистов и технические инструкции, указанные производителем.

Взрывозащищенные исполнения мотор-редукторов

Мотор-редукторы данной группы классифицируются по типу взрывозащитного исполнения:

• «Е» – агрегаты с повышенной степенью защиты. Могут эксплуатироваться в любом режиме работы, включая внештатные ситуации. Усиленная защита предотвращает вероятность воспламенений промышленных смесей и газов.
• «D» – взрывонепроницаемая оболочка. Корпус агрегатов защищен от деформаций в случае взрыва самого мотор-редуктора. Это достигается за счет его конструктивных особенностей и повышенной герметичности. Оборудование с классом взрывозащиты «D» может применяться в режимах предельно высоких температур и с любыми группами взрывоопасных смесей.
• «I» – искробезопасная цепь. Данный тип взрывозащиты обеспечивает поддержку взрывобезопасного тока в электрической сети с учетом конкретных условий промышленного применения.

Принцип действия

Основная особенность системы с червяком – самоторможение – делает его особенно актуальным для комплектации производственного и промышленного (профессионального) оборудования. За счет самоторможения шестеренка приходит в движение под воздействием винта (червяка), но сама она при этом винт не вращает.

Принцип построен на взаимодействии двух функциональных элементов:

• Ведущий червяк принимает от мотора энергию вращения и преобразует ее. Имеет форму винта.
• Ведомое колесо получает преобразованную энергию от червяка и «раскручивает» выходной вал.

Это интересно: Передаточное число — расчет, формула, определение

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.

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;

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

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Многие покупатели перед выбором червячного редуктора или вовремя, сталкиваются с проблемой не знания, какое именно передаточное число им нужно. Эта статья Вам поможет с этим разобраться.

Во-первых, нужно правильно понимать два понятия – это номинальное передаточное число (отношение) и фактическое. Первое обозначение придумано для округления значений по факту и стандартизации числовых показателей. К примеру, червячный редуктор Ч 100 имеет фактически передаточное отношение 15,5, что приравнивается к номинальному числу 16. То есть все показатели будут соответствовать в большую или меньшую сторону: 7,75=8, 10=10; 12=12,5; 24=25; 31=31,5, 20=20, 40=40, 48=50, 64=63, 84=80.

Во-вторых, существуют термины как тихоходный вал и быстроходный. Первый это вал выходной, то есть который крутит приводной в действие механизм с помощью редуктора, а второй это вал за который крутят электродвигателем (принцип червячного мотор редуктора) или иным приспособлением.

Устройство и основные требования к главной передаче

Устройство рассматриваемого механизма простое: главная передача состоит из двух шестерен (зубчатый редуктор). Ведущая шестерня имеет меньший размер, при этом она имеет связь с вторичным валом коробки передач. Ведомая шестерня больше ведущей, а связана она с дифференциалом и, соответственно, с колесами машины.

Схема главной передачи ведущего моста автомобиля: 1 – ведущие колеса; 2 – полуось; 3 – ведомая шестерня; 4 -ведущий вал; 5 -ведущая шестерня

Рассмотрим основные требования, предъявляемые к главной передаче:

• минимальный уровень шума и вибраций при работе;
• минимальный расход топлива;
• высокий КПД;
• обеспечение высоких тягово-динамических характеристик;
• технологичность;
• минимальные габаритные размеры (чтобы увеличить клиренс и не повышать уровень пола в автомобиле);
• минимальная масса;
• высокая надежность;
• минимальная необходимость в обслуживании.

Увеличить КПД главной передачи можно повысив качество изготовления зубьев обоих шестерен, а также увеличив жесткость деталей и применив в конструкции подшипники качения. Отметим, что максимально сокращать вибрации и шум при работе чаще всего требуется для зубчатых редукторов легковых автомобилей. Вибрации и шум можно минимизировать, обеспечив надежное смазывание зубьев, повысив точность зацепления зубчатых колес, увеличив диаметр валов, а также прочими мерами, которые повышают жесткость элементов механизма.

По числу пар зацеплений

• Одинарная – имеет в составе только одну пару шестерен: ведомую и ведущую.
• Двойная – имеет в составе две пары зубчатых колес. Делится на двойную центральную или двойную разнесенную. Двойная центральная располагается только в ведущем мосту, а двойная разнесенная еще и в ступице ведущих колес. Применяется на грузовом транспорте, так как на нем требуется повышенное передаточное число.

Одинарная и двойная главная передача

По виду зубчатого соединения

• Цилиндрическая. Применяется на машинах с передним приводом, в которых двигатель и коробка переключения передач имеют поперечное расположение. В этом типе соединения применяются шестерни с шевронными и косыми зубьями.
• Коническая. Используется на тех заднеприводных машинах, в которых не важны размеры механизмов и нет ограничений на уровень шума.
• Гипоидная – самый популярный вид зубчатого соединения для автомобилей с задним приводом.
• Червячная -в конструкции трансмиссии автомобилей практически не применяется.

Цилиндрическая главная передача

По компоновке

• Размещенные в коробке передач либо в силовом агрегате. На переднеприводных автомобилях главная передача расположена непосредственно в корпусе КПП.
• Размещенные отдельно от КПП. В машинах с задним приводом главная пара шестерен располагается в картере ведущего моста вместе с дифференциалом.

Отметим, что в полноприводных автомобилях расположение главной пары зубчатых колес зависит от разновидности привода.

Коническая главная передача

Эффективность

Цифры в этом разделе относятся к эффективности трансмиссии, включая средства трансмиссии и любую систему зубчатых передач. В этом контексте эффективность связана с тем, какая мощность передается на колесо по сравнению с мощностью педалей. Для хорошо обслуживаемой системы передачи КПД обычно составляет от 86% до 99%, как подробно описано ниже.

Факторы, помимо зубчатой ​​передачи, которые влияют на производительность, включают сопротивление качению и сопротивление воздуху:

• Сопротивление качению может изменяться в 10 или более раз в зависимости от типа и размеров шины, а также давления в шине.
• Сопротивление воздуха значительно увеличивается с увеличением скорости и является наиболее важным фактором на скоростях выше 10–12 миль (15–20 км) в час ( сила сопротивления увеличивается пропорционально квадрату скорости, поэтому мощность, необходимая для ее преодоления, увеличивается. пропорционально кубу скорости).

Человеческий фактор также может иметь значение. Рохлофф утверждает, что в некоторых случаях общая эффективность может быть улучшена за счет использования немного менее эффективного передаточного числа, когда это приводит к большей эффективности человека (в преобразовании еды в мощность педали), поскольку используется более эффективная скорость вращения педалей.

Обзор

Энциклопедический обзор можно найти в главе 9 «Велосипедной науки», которая охватывает как теорию, так и экспериментальные результаты. Некоторые детали, извлеченные из этих и других экспериментов, представлены в следующем подразделе со ссылками на исходные отчеты.

Факторы, которые, как было показано, влияют на эффективность трансмиссии, включают тип системы трансмиссии (цепь, вал, ремень), тип системы зубчатой ​​передачи (фиксированная, переключатель, ступица, бесступенчатая регулировка), размер используемых звездочек, величина входной мощности, скорость вращения педалей и степень ржавости цепи. Для конкретной зубчатой ​​передачи разные передаточные числа обычно имеют разный КПД.

В некоторых экспериментах использовался электродвигатель для привода вала, к которому прикреплены педали, в то время как в других использовались средние значения ряда реальных велосипедистов. Неясно, как стабильная мощность, выдаваемая двигателем, сравнивается с циклической мощностью, обеспечиваемой педалями. Рохлофф утверждает, что постоянная мощность двигателя должна соответствовать пиковой мощности педали, а не средней (которая составляет половину максимальной мощности).

Имеется мало независимой информации, касающейся эффективности ременных передач и бесступенчатых зубчатых передач; даже производители / поставщики не хотят предоставлять какие-либо цифры.

Подробности

Механизмы типа переключателя типичного продукта среднего класса (типа, используемого серьезными любителями) достигают от 88% до 99% механического КПД при 100 Вт. В механизмах переключения передач наивысший КПД достигается за счет более крупных звездочек. Эффективность обычно снижается с уменьшением размеров звездочки и передней звезды. Эффективность переключателя также снижается из-за перекрестной цепи или перехода от большого кольца к большой звездочке или от малого кольца к маленькой звездочке. Это перекрестное соединение также приводит к повышенному износу из-за бокового прогиба цепи.

Честер Кайл и Фрэнк Берто сообщили в «Human Power» 52 (лето 2001 г.), что испытания трех систем переключения (от 4 до 27 передач) и восьми ступичных трансмиссий (от 3 до 14 передач), выполненные с мощностью 80 Вт, 150 Вт, Входы 200 Вт дали следующие результаты:

Тип трансмиссии	Средняя эффективность при 150 Вт
Переключатели	93–95%
3 ступицы скоростей	92% — 95%
7- и 14-ступенчатые ступицы	89% — 91%

Проверка эффективности велосипедных зубчатых передач осложняется рядом факторов — в частности, все системы имеют тенденцию быть лучше при более высоких значениях мощности. 200 Вт будут управлять типичным велосипедом со скоростью 20 миль в час, в то время как спортсмены могут достичь 400 Вт, при этом заявленная эффективность «приближается к 98%».

При более типичной мощности 150 Вт, ступичные шестерни, как правило, примерно на 2% менее эффективны, чем система переключения скоростей, если обе системы находятся в хорошем состоянии.

Порядок выбора червячного редуктора

Среди достоинств данного агрегата – обоснованная цена червячного редуктора. Но даже с ее учетом подбор должен быть очень выверенным. Чтобы купить оборудование, которое оптимально впишется в используемую программу технического оснащения, необходимо разобраться с базовыми параметрами выбора червячного редуктора. В данной системе расчетов параметров для определения цены присутствуют такие характеристики, как:

• передаточное отношение;
• КПД;
• количество ступеней;
• планируемое время запуска;
• габаритные размеры конструкции.

Определение передаточного числа

Начинается выбор червячного редуктора с расчета передаточного отношения – соотношения зубьев ведомой шестерни с количеством зубьев ведущего червяка. От этого зависит кратность увеличения крутящего момента при движении червяка.

Для расчета передаточного числа (требуемого) с целью правильного выбора червячного редуктора используется формула вида:

U=N вх. / N вых

Где:

• N вх. – это обороты входного вала электромотора де-факто (по паспорту, количество в минуту);
• N вых. – требуемое число оборотов тихоходного выходного вала за минуту.

Результаты нужно округлить. После чего можно купить модель, руководствуясь таблицей передаточных чисел для разных вариаций механизмов.

Расчет количества ступеней

Расчет передаточного числа является ключевым и при определении требуемого числа ступеней. Во исполнение последней задачи необходимо подобрать систему, согласно полученному соотношению, из таблицы, приведенной ниже.

Выбор червячного редуктора	Передаточные числа
одноступенчатый	8–80
двухступенчатый	100–4000

Выбор червячного редуктора по габаритам

Грамотный выбор червячного редуктора по габаритным параметрам требует приведение в соответствие параметров мощности, оборотов двигателя с типом приводного механизма. Чтобы определиться, какой типоразмер нужно купить именно вам, используйте формулу:

Т= (9550 * Р * U * N) / (К * N вх.).

Где:

• Р – производительность используемого электромотора, принимается в кВт;
• U – расчетный показатель передаточного числа;
• N – КПД, согласно техническим характеристикам и результатам вычислений;
• К – коэффициент использования/эксплуатации, принимается в зависимости от условий работы червячного редуктора, согласно таблице (она представлена ниже);
• N вх. – паспортное количество оборотов двигателя.

Режим использования (согласно ГОСТу 21354-87, а также нормам ГосТехНадзора)	ПВ (%)	K
Непрерывный	100	0,7
I	Тяжелый	>63	0,8
II	Средний	<63	1,0
III	Средний нормальный	40	1,0
IV	Лёгкий	25	1,2
V	Особо лёгкий	16	1,5
Эпизодический (нагрузка без ударов, плюс работа два часа в сутки, причетырех включениях в час)	25	1,8

Продолжительность эксплуатации

Расчет времени включения осуществляется так:

ПВ = (Т / 60) * 100

Где:

• T – это период эксплуатации, взятый в минутах за час работы по среднему показателю.
• Результат определяют в процентах.

Важное условие: полученный момент не должен превышать номинального крутящего момента. Последний указан в паспорте (технические характеристики червячного редуктора). Это необходимо для продолжительной работы валов механизма (во избежание разницы между нагрузками, прикладываемыми де-факто, и предусмотренными в паспорте)

Это необходимо для продолжительной работы валов механизма (во избежание разницы между нагрузками, прикладываемыми де-факто, и предусмотренными в паспорте).

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).