Что такое понижающая передача, зачем она нужна и как работает
В рассказе о характеристиках каждого внедорожника непременно будет фраза вроде «оснащен понижающим рядом в трансмиссии» или «понижающая передача с отношением 2,78:1». А в тест-драйвах – рассказ о том, что нужно включить понижайку перед тем как лезть в грязь или в гору. Что такое понижающая передача, зачем она нужна и как это работает?
Понижающая или пониженная?
Для начала определимся с путаницей в терминологии. Зачастую слово «понижающая» используется применительно к пониженной передаче в обычной коробке передач. Например, перед поворотом рекомендуют «заблаговременно снизить скорость и включить понижающую передачу». На практике это означает, что нужно перейти, например, с пятой передачи на четвертую или с четвертой на вторую, в зависимости от крутизны поворота. То есть, в такой формулировке «понижающая» передача – это пониженная. Иными словами, любая более низкая передача по отношению к той, что включена в данный момент. В таком смысле понижающую передачу можно включить на любой легковушке, и эта трактовка относится не только к внедорожникам.
Чтобы избежать путаницы, описанный выше вариант мы назовем не понижающей, а пониженной передачей. Ну а нас же сейчас интересует именно понижающая.
Что такое понижающая передача?
Чтобы разобраться с сутью понижающей передачи, проще всего представить велосипедные звезды, соединенные цепью. Если они будут одинаковыми по размеру, то и вращаться будут с одинаковыми скоростями. Если же одна будет больше, а другая меньше, то меньшая будет вращаться быстрее, а большая – медленнее. Если представить, что маленькая установлена на велосипеде впереди и является ведущей, а большая – на заднем колесе и является ведомой, то у нас получится понижающая передача.
Велосипед позволяет понять и суть понижающей передачи. Когда впереди выбрана большая звезда, а сзади маленькая, тронуться с места сложно, а заехать в горку почти невозможно, зато можно разогнаться до высокой скорости на ровной дороге. Если же наоборот, сзади выбрать большую звезду, а спереди маленькую, то педали придется крутить быстро, а ехать при этом медленно – но зато можно продолжать ехать и поддерживать стабильную скорость даже на подъеме или на песке.
Если заменить велосипедные звездочки на две пары шестерен, то у вас получится упрощенная схема автомобильной раздаточной коробки с понижающей передачей. Для движения по ровной дороге используется одна пара шестерен – так называемая повышающая передача. А если нужно ехать по бездорожью, мы выбираем вторую пару шестерен – ту, что формирует понижающую передачу.
У понижающей (и любой другой) передачи есть числовые характеристики: передаточное число и передаточное отношение. Передаточное число – это отношение числа зубьев большего колеса к меньшему (вне зависимости от того, какое является ведущим). Например, если на одной шестерне 132 зуба, а на другой 50, то передаточное число составляет 2,64. Передаточное отношение – это отношение между угловыми скоростями или крутящими моментами валов, на которых установлены эти шестерни.
Показатели передаточного числа и передаточного отношения обычно приравнивают, хотя технически это не совсем верно. Но для нас сейчас это не так важно: нам нужно просто понять, что это такое. Ведь именно передаточное число/отношение для понижающей передачи в раздаточной коробке автомобиля называют коэффициентом понижения, когда говорят, что «у этой машины коэффициент понижения в раздатке – 2,64». А еще важно понимать, что увеличение передаточного отношения увеличивает полезную мощность и крутящий момент. Мы же помним, что маленькой передней звездой велосипеда легче провернуть большую заднюю? Это происходит как раз из-за увеличения крутящего момента с ростом передаточного числа.
Зачем нужна понижающая передача?
Как и велосипедист из примера выше, автомобиль имеет свои характеристики. Велосипедист не может с места сразу раскрутить очень большую переднюю и очень маленькую заднюю звездочку – и автомобиль тоже. Чтобы в этом убедиться, достаточно включить пятую передачу в ручной коробке и попробовать тронуться с места – автомобиль заглохнет. Ведь его мотор выдает максимальную мощность и максимальный крутящий момент не с холостых оборотов. У бензиновых атмосферных двигателей максимальный момент доступен примерно с 4-5 тысяч оборотов, а максимальная мощность – с 5-6. У дизелей и бензиновых турбомоторов максимальный момент появляется раньше – с 2-3 тысяч. Но даже этого не хватит, чтобы разогнать автомобиль с места на пятой передаче.
Легковушкам для езды хватает стандартного набора шестерен в обычной коробке передач. Например, там передачи с первой по пятую имеют передаточные числа примерно от 3,7 до 0,8. Этого достаточно, чтобы уверенно тронуться в горку на первой передаче с отношением 3,7 и быстро ехать по трассе на пятой с отношением 0,8. Но тяжелому внедорожнику, который должен уметь карабкаться в крутые горы, проезжать грязевые ванны и вращать большие тяжелые колеса, такого набора может не хватить.
Чтобы повысить возможности внедорожника, ему добавляют раздаточную коробку с понижающей передачей. Конструктивно раздаточная коробка, она же раздатка – это отдельный узел, установленный после коробки передач. В обычной двухступенчатой раздатке два набора шестерен – то есть, две передачи: повышенная и пониженная. Повышенная имеет передаточное число около 1 – она используется для езды по обычным дорогам, когда внедорожник должен двигаться с большой скоростью. А вот пониженная применяется как раз для преодоления препятствий: водитель заблаговременно включает пониженную передачу, чтобы получить больше крутящего момента на колесах. Это позволяет мотору работать на повышенных оборотах, выдавая свой максимальный крутящий момент на медленно вращающиеся колеса.
Как работает понижающая передача в автомобиле?
Несложно понять, как работает понижающая передача. Например, если Нива едет на первой передаче при включенной повышенной, мы получаем такие показатели: 3,67 – передаточное число первой передачи в коробке и 1,2 – передаточное число повышающей передачи в раздатке. Перемножив их, мы получаем 4,4. Если же включить в раздатке пониженную передачу с передаточным числом 2,135, то, умножив 3,67 на 2,135, мы получим 7,84. С таким понижением мотор будет реветь уже на скорости пешехода, но автомобиль сможет заехать в крутую гору или уверенно проехать по песку.
Отметим, что фактическое передаточное число от мотора до колеса включает в себя не только передаточные числа коробки передач и раздатки – учитываются также передаточное число главной пары дифференциала, а при наличии бортовых редукторов на колесах – еще и их передаточное число. Но для нас в рамках разговора о понижающей передаче это вторично.
Для каких задач полезна понижающая передача?
Стоит понимать, что роль понижающей передачи во внедорожнике сводится не только к возможности заехать в крутой подъем. Для езды по песку или грязи автомобилю нужен стабильно высокий крутящий момент на колесах, и его тоже обеспечивает понижающая передача. Еще нужно помнить о самих колесах: если колесо легковушки весит 20-25 кг, то у внедорожника оно легко может быть вдвое тяжелее. А это большая неподрессоренная масса, и двигатель должен быть способен провернуть такое тяжелое колесо даже на крутом уклоне или в густой грязи. Кроме того, при медленном движении понижающая передача полезна тем, что при работе на повышенных оборотах в двигателе растет давление масла в системе смазки – а это снижает риск перегреть мотор из-за недостатка давления масла.
Кстати, об уклонах: понижающая передача нужна не только для подъема в гору, но и для спуска с горы. Скатываться с крутого склона на нейтральной передаче опасно из-за полного отсутствия контроля над машиной, а спускаться на тормозах – не менее опасно из-за сложности дозирования тормозного усилия и риска блокировки колес. Поэтому обычно самый правильный вариант – это как раз спуск на включенной пониженной передаче, когда автомобиль сам тормозит двигателем и при этом не блокирует ни одно из колес. Ну а еще одна важная роль понижайки – это буксировка тяжелых объектов. Если нужно перетащить большой прицеп или вытянуть застрявший автомобиль, понижайка тоже придет на помощь: она побережет агрегаты и обеспечит максимальный крутящий момент.
