Поніжайка або доступно про складне

Mult
Я їжджу на Suzuki Jimny
Харків, Україна

У наш нелегкий вік нано технологій і видобутку нафти в Арктиці щасливі власники «джипів» починають звикати включати повний привід красивою кнопочкой на торпеді і радіти як діти того що у них «справжній» позашляховик, але як тільки більшість цих монстрів офроада з'їжджають з асфальту власники починають згадувати про таке атавізм як поніжайка і голосно матюкатися на перегріту вискомуфту.

Будемо вважати, що всі знають загальний принцип роботи коробки передач і пояснювати його не треба, але якщо хто не в курсі, то її завдання передавати обертання двигуна, перетворивши його в залежності від обраної передачі на карданний вал, а далі на редуктор і колеса. Але для руху без доріг часто виходить, що «треба б нижче» для цього ставлять раздатку, тобто по суті ще один проміжний блок шестерень, який дозволяє ще раз перетворити обертання і знизити частоту обертання. Як це працює? Найпростіший і зрозумілий приклад - велосипед. Каталися коли-небудь на велосипеді з переключалкой швидкостей? Пам'ятайте, як себе почуваєте, коли спереду стоїть найбільша шестерня, а ззаду найменша? Велосипед дуже важко зрушити з місця, але якщо зрушили, то на один оборот педалей він робить кілька обертів колеса і летить стрілою. А якщо навпаки? Так, так ви в милі крутите педалі, а велосипед повзе як черепаха, зате повзе і в гірку і по бруду і куди завгодно. Ну ось з поніжайкой те ж саме, тільки замість вас працює двигун. На зниженій передачі навантаження на двигун стає помітно менше, швидкість руху теж, зате повзе де завгодно і як завгодно.

Але на велосипеді все просто - дві шестерінки, на авто теж нічого складного, але шестерень більше і мало не в кожному вузлі обертання перетворюється на ту чи іншу величину. Але давайте по порядку. Спочатку двигун у нас розкручує ВЕЛИКУ шестірню, яку називають маховиком. На зображенні нижче це така велика шестерня справа.

Далі це обертання передається на коробку передач, за нею в роздавальну коробку (якщо є), потім вже через карданний вал на диференціал і потім вже на колеса.

Тепер математика і фізика.

Як тільки починаєш розбиратися з питанням, то спливають якісь страшні цифри, якими співрозмовники оперують, а ти як дурень нічого не розумієш, але вже вловив, що стільки то відсотків зниження це круто, а якщо 1к ще скільки то, «ваще трактор» , а заодно і в мостах можна знизити. Всі ці розмови починаються коли постає питання про сьогодення бездоріжжя, коли штатного зниження вже не вистачає, що б обертати колеса від трактора, які ви надивившись на більш досвідчених товаришів навіщо то поставили на машину.

Отже, пробуємо разом розібратися, на прикладі Suzuki Jimny.

Відразу обмовлюся, цифри приблизні і взяті з інтернету, можу помилитися.
Для початку ми відкриваємо мануал і знаходимо такі дані:

- Передавальні числа в коробці передач
-Передавальні числа в роздавальної коробці
-Передавальні числа в диференціалах

Ще нам буде потрібно крутний момент на ДВС і Діаметр колеса.

Саме для Джімнік це виглядає так:

- У штатних диференціалах (редукторах, називайте як завгодно) це 4.3 (хоча бувають і інші)
- Так само з книжки максимальний момент сили у Suzuki Jimny 110Нм при 4500 оборотах двигуна.

Залишається питання діаметра колеса. Можна просто поміряти рулеткою або порахувати за формулою.

Стандартний розмір коліс Джимни - 205/70/15. Це означає, що діаметр колеса становить 2 профілю + діаметр диска = 205мм х 70% х 2 + 15 х 25,2 = 665 мм або приблизно 26,4 дюйма.

Ну ось ніби усіма вихідними даними ми запаслися починаємо вважати страшні цифри. Хоча ні, перш ніж забивати собі голову цієї фігньою треба пояснити навіщо це все. А потрібно це для того що б ви могли краще зрозуміти фізику руху автомобіля, могли розрахувати оптимально зниження при збільшених навантаженнях. Адже виробник абсолютно не розраховував, що його продукцію будуть запихати по скла в болото і відповідно, якщо ви хочете більшої прохідності без шкоди для агрегатів, то варто задуматися про заниження штатних значень.

Для початку у нас є двигун, який передає обертання на коробку передач, з якою частотою він обертається ми можемо подивитися на тахометрі. Далі ми ліземо в ТТХ коробки передач і з'ясовуємо, що на першій передачі зниження становить 2.962 (для коробки АТ) тобто на виході після коробки карданний вал буде робити майже в три рази менше оборотів, грубо кажучи на 1000 оборотів двигуна ми отримаємо 337 оборотів карданного вала. Далі йде раздатка на зниженій передавальне число становить 2,145, тобто за роздаткою ми маємо вже 157 оборотів, і далі йдемо на мости, на головну пару, яка має зниження 4.3 разом на виході на колесах 36.5 обертів колеса в хвилину з тисячі оборотів на двигуні. Загальне зниження становить: Iоб = 2,962x2.145x4.3 = 37.32

Ну начебто, з передавальними числами ми розібралися. Що нам це дає. Для початку ми можемо обчислити швидкість автомобіля. Для цього нам знадобиться шкільний курс математики і діаметр колеса, що б визначити радіус кочення колеса за формулою L = 2ПіR, у Джімнік на штатних колесах це значення L = 2 * 3.14 * 0,332 = 2,084м. Тобто за повний оборот колеса машина проїжджає 2 м. Далі просто V = 36,5 * 2 * 60 = 4380 м / ч або 4,3км / год. На першій зниженою на 1000 оборотів (вважай на холостих) швидкість Джімнік трохи більше 4 км на годину. Начебто, схоже на правду.

Обертаючий момент

Ще ми можемо порахувати крутний момент на колесах - ця характеристика куди реальніше, ніж абстрактні кінські сили або крутний момент двигуна.

Розібратися, що таке крутний момент, можна на простому прикладі. Візьмемо палицю і один її кінець затиснемо в лещатах. Якщо натиснути на інший кінець палиці, на неї почне впливати крутний момент (Мкр). Він дорівнює силі, яка додається до важеля, помноженої на довжину плеча сили. У цифрах це виглядає так: якщо на важіль довжиною один метр підвісити 10-кілограмовий вантаж, з'явиться крутний момент величиною 10 кг * м. У загальноприйнятій системі вимірювання СІ цей показник (множиться на значення прискорення вільного падіння - 9,81 м / с2) буде дорівнює 98,1 Н * м. З цього випливає, що отримати більший крутний момент можна двома шляхами - збільшивши довжину важеля або вага вантажу.

Двигун створює крутний момент Mдв. Після перетворення трансмісією цей момент передається на кожне провідне колесо машини у вигляді Mк і змушує колесо обертатися, т. Е. Створює зсувається силу Fкт = Mк / R в точці контакту колеса з дорогою, причому ця сила через колесо прикладена до дороги. Поверхня дороги перешкоджаєобертанню колеса силою тертя Fрт тієї ж величини, але прикладеної до колеса і спрямованої протилежно. Щоб показати, що сили діють на різні об'єкти, точки докладання зусиль на малюнку умовно трохи рознесені по вертикалі:

Ця сила реакції тертя Fрт, помножена на число ведучих коліс, і рухає машину. Стосовно до jimny розганяє зусиллям буде величина 4Fрт. Визначимо цю величину.
Максимальний крутний момент Mдв = 110 Н.м двигун розвиває при 4500 об / хв Значить, на першій передачі в КПП при всіх наших поніжаніях:

4Mк = Mдв.iт = 110x37.32 = 4105.2 Н. м

При колесах штатного розміру тягове зусилля всіх чотирьох коліс складе:

4Fрт = Mдв.iт / R = 4105 / 0,332 = 12364 Н = 1236 кг.

Тобто, трохи більше тонни.
Для порівняння для 1й передачі без зниження це буде всього 557кг, а для третього 437кг

Ну ось у загальних рисах ми і розібралися. Звичайно в реальних умовах всі ці цифри сильно змінюються в залежності від рельєфу, грунту та інших факторів, але хоча б в загальних рисах стало зрозуміло, що і навіщо. Знову ж таки, якщо ви хочете знизити передавальне число в раздатке або головних парах, то тепер може підставивши свої цифри порахувати що з цього може вийти. Взагалі вважається що для автомобілів які підкорюють важке бездоріжжя загальне передавальне число повинне бути з механічною коробкою передач - від 50: 1 до 80: 1 і з автоматичною коробкою - від 40: 1 до 70: 1.

Так що вмикайте поніжайку і вперед!

PS Під час написання матеріалу використані всякі різні джерела, зокрема цей
Дуже рекомендую для тих хто хоче глибше влізти в питання з точки зору фізики процесу.