Что такое передаточное число редуктора?

В различном оборудовании, включая автомобильную технику, вращение от двигателя на исполнительный орган (приводные колеса) передается через трансмиссионный механизм – коробку передач. Аналогичные устройства применяются и в других узлах. Редуктор преобразует вращающий момент, выдавая заданное количество оборотов с необходимым усилием. В предлагаемом обзоре рассматривается, что такое передаточное число трансмиссии – приведено простое объяснение этого термина, представлены примеры расчета для механизмов разного типа.

Объяснение понятия

Передаточным числом редуктора называют величину, полученную делением скоростей вращения выходного и входного вала. Если объяснять проще, указанная характеристика показывает кратность изменения оборотов между входом и выходом соответствующего механизма.

В аналогичное количество раз, но в обратную сторону к скорости вращения, изменяется тяга. К примеру, если выходной вал устройства вращается в три раза медленнее, чем входной, на столько же раз возрастает усилие на выходе, по сравнению со входом.

Применение этого принципа позволяет адаптировать двигатель заданным к условиям работы привода.

В зависимости от назначения, определяющего конструкцию, предусмотрено применение следующих видов редукторов по условиям передачи вращающего момента:

• Понижающих – более распространены, уменьшают обороты и пропорционально увеличивают усилие.
• Повышающих – выполняют обратную задачу для увеличения частоты вращения на выходе. В этом случае значение передаточного отношения меньше единицы.

Учитывая условия расчета, указанная величина безразмерная, поскольку значение определяют частным двух показателей с одинаковыми размерными единицами. Не важно, в ньютонах или в кгс приведена величина тяги, при определении передаточного числа получается кратность – количество раз. В результате вычисления размерные единицы в числителе и знаменателе взаимно сокращаются.

Методика расчета

Рассматривая, как рассчитать крутящий момент редуктора, важно понимать, что этот показатель зависит от передаточного числа. Далее рассмотрено, с использованием каких показателей можно выполнить расчет.

По оборотам

Формула передаточного отношения с использованием количества оборотов очень проста:

I = N1/N2, в которой:

• I – искомая величина.
• N1 и N2 – соответственно, угловые скорости входного и выходного валов.

К примеру, если двигатель выдает на трансмиссию 2 500 об/мин, а на выходе из коробки передач получается 1 000 об/мин, передаточное отношение составит 2 500/1 000 = 2.5.

Вычисление по этому значению удобно тем, что допускает возможность получения данных для приблизительного расчета для соответствующего механизма (при отсутствии информации о технических характеристиках) без разборки.

Если оценивать, как посчитать передаточное число редуктора, то это можно выполнить опытным путем:

• Сделать метки мелом сверху на хвостовиках входного и выходного валов.
• Вращать первичную передачу, посчитывая количество оборотов, пока вал на выходе совершит один оборот.

Этот подсчет и выдаст искомую величину. Получится определенная погрешность, за счет примерного определения дробной доли показателя. Но приблизительное значение получить можно.

По числу зубьев

Аналогичный результат получится с использованием другой формулы расчета:

I = Z2/Z1, в которой:

• Z2 и Z1 соответствуют числу зубьев колеса (ведомого) и шестерни (ведущей) в зацеплении.

Поскольку в редукторе обычно от двух до четырех передач, необходимо рассчитать значения для каждой ступени, с последующим перемножением результатов, чтобы получить итоговый показатель.

К примеру, в двухступенчатом механизме предусмотрены два зубчатых зацепления с количеством зубьев по первой и второй передачам (по колесу и шестерне) соответственно 20 на 5 и 30 на 10.

I1 = 20/5 = 4

I2 = 30/10 = 3

Общее значение составит 3×4 = 12.

В этой формуле передаточного числа, вне зависимости от количества ступеней, все значения по каждой нужно перемножить, чтобы получить итоговый результат для редуктора.

Виды передаточных отношений

В зависимости от типа редуктора, передаточное число – это показатель, который может быть следующим:

• Единичным (равным единице) – в этом случае речь идет о прямой передаче, с сохранением неизменным вращающего момента на входе и выходе.
• Понижающим – с увеличением тяги и уменьшением угловой скорости.
• Повышающим – обратная ситуация, когда усилие уменьшается, а обороты пропорционально возрастают.

Повышение или понижение передаточного отношения редуктором зависит от того, с какой стороны к нему подключен двигатель.

Особенности расчета характеристик для редукторов разного типа

Стоит подробнее рассмотреть, как узнать передаточное число редукторов разного типа. Здесь важно учитывать различные нюансы, в зависимости от конструктивных особенностей соответствующих трансмиссионных механизмов, применяемых для коробки передач, раздаточной, дифференциалов и других устройств

Цилиндрический редуктор

Конструкция цилиндрического редуктора включает два или более вала, установленных параллельно. Количество ступеней соответствует числу зубчатых зацеплений. Эта схема отличается конструктивной простотой, надежностью в работе, высоким КПД, при низкой себестоимости производства.

Для каждой из ступеней передаточное отношение может составлять от 0.5 до 6. Редуктора этого типа применяются в механических коробках передач автомобилей, специальной техники, станков, грузоподъемных кранов, другого оборудования и транспорта.

Планетарный редуктор

В планетарном редукторе предусмотрены солнечная зубчатая шестерня, сателлиты, коронная шестерня. Наиболее распространенный пример применения на автомобилях – в классическом гидроавтомате. Это устройство характеризуется компактностью, соосным расположением валов входа и выхода, при большей сложности конструкции.

Дополнительный выигрыш по вращающему моменту дает гидротрансформатор, связывающий трансмиссию с мотором. Ориентировочные величины чисел составляют 0.7 – 4.5 для одной ступени.

Червячный редуктор

Червячный редуктор образован червяком (винтовым валом) и ведомой зубчатой шестерней. Этот механизм отличается значительными величинами передаточных отношений, плавностью работы, но уступает по КПД цилиндрическим редукторам.

В автомобильной технике применяется для передач вращения в рулевом управлении, но постепенно вытесняется реечной схемой. Чаще используется для вспомогательных механизмов – регулирования спинок кресел, выдвижения люка и пр.

Отношение может достигать 15.

Коническим

Расчет передаточного числа для конического редуктора такой же, как и для цилиндрического. Разница только в расположении, соответственно и конфигурации зубьев, входного и выходного валов. Эти механизмы применяют в ситуации, когда нужно выполнить поворот потока мощности на 90 градусов – к примеру, на главной передаче моста в заднеприводных или полноприводных машинах.

Примерная величина – до 4.

Распространенные вопросы по теме

Чтобы полнее изучить эту тему, можно рассмотреть ответы на наиболее распространенные вопросы.

• Как зависит предельная скорость и интенсивность разгона автомобиля от передаточного отношения трансмиссии? Как и в любом редукторе, по мере увеличения показателя возрастает ускорение, но снижается предельная скорость. При уменьшении ситуация обратная.
• В чем характерные особенности вариатора? Вариатор отличается от традиционного редуктора переменным значением передаточного числа. Это достигается изменением диаметров сборных шкивов входного и выходного валов за счет раздвигания или сдвигания конусов. Такой подход обеспечивает плавность разгона, быструю адаптацию трансмиссии к двигателю, широкий диапазон передаточных отношений.
• Какое передаточное число лучше для коробки передач при выборе для установки на автомобиль? При подборе трансмиссии для замены в случае выхода оборудования из строя, важно использовать коробку аналогичной конструкции, с таким же передаточным отношением, как и у исходного механизма. Данные можно получить из технического руководства от производителя. Модель и модификация трансмиссии также указаны на фирменной табличке, прикрепленной к корпусу оборудования.
• Как этот показатель влияет на расходные характеристики автомобиля по топливу? При чрезмерно короткой передаче возрастают обороты, что увеличивает объем топлива, сгорающего в рабочих камерах мотора. При большом значении нагрузка на двигатель возрастает, что может привести к недостаточному усилию для преодоления затяжных подъемов и при эксплуатации техники в других сложных ситуациях. Оптимальное значение – компромиссное по экономичности и тяговым свойствам оборудования. Невозможно определить общую величину, которая может подойти в любой ситуации. Поэтому чаще применяют редуктора многоступенчатой конструкции для регулирования вращающего момента ступенями, в зависимости от текущих условий.

• Как определить характеристики механизма при отсутствии базовой технической информации? Это можно сделать опытным путем по методике, изложенной в статье, либо разобрав редуктор и подсчитав число зубьев. Также подойдет компьютерная диагностика, при наличии в системе датчиков, фиксирующих обороты.

Заключение

Рассматривая, как посчитать передаточное число, важно понимать, что этот показатель можно вычислить несколькими способами. При этом результат получается одинаковый. Это основная характеристика для любого редуктора, от которой зависят условия преобразования вращающего момента, передаваемого от двигателя на рабочий орган оборудования.