Передаточные числа мостов и главная передача: одинарная, ступичная и портальная передачи

Спецификационная страница Volvo Trucks UK & Ireland для FMX даёт для каждого заднего моста две вещи: тип и набор чисел. Тип — это короткая фраза: одинарная главная передача, ступичный редуктор. Каждое число — это голая десятичная дробь без единицы измерения: 2,31, или 3,70, или 5,41. Число — это редукция между карданным валом и колёсами; тип показывает, как эта редукция устроена. И эти типы, вместе с портальным мостом, определены в праве ЕС, в приложении к европейскому регламенту, который сертифицирует потери крутящего момента ведущих мостов.

Регламент, который называет компоненты

Регламент (ЕС) 2017/2400 определяет выбросы CO2 и расход топлива тяжёлых транспортных средств путём моделирования, а не путём реальных заездов. Статья 2(1) применяет его, с учётом второго абзаца статьи 4, к среднетоннажным грузовикам, тяжёлым грузовикам и тяжёлым автобусам; этот второй абзац исключает применение статей 5–23 — блока, который доходит до положений о мостах в приложении VII, — к тяжёлым грузовикам групп транспортных средств 6, 7, 8, 13, 14, 15, 17, 18 и 19, к среднетоннажным грузовикам групп 51, 52, 55 и 56, и к любому транспортному средству с ведущим передним мостом в группах 11, 12 и 16. Статья 2(3) исключает внедорожные транспортные средства, транспортные средства специального назначения и внедорожные транспортные средства специального назначения, как они определены в пунктах 2.1–2.3 части A приложения I к Регламенту (ЕС) 2018/858. Статья 9(1) возлагает обязанность на производителя транспортного средства: он обязан определять выбросы CO2 и расход топлива каждого нового транспортного средства — за исключением новых транспортных средств, использующих технологии, перечисленные в добавлении 1 к приложению III, — которое подлежит продаже, регистрации или вводу в эксплуатацию в Союзе, используя последнюю доступную версию инструмента моделирования; применительно к тяжёлым автобусам производитель транспортного средства или промежуточный производитель обязан использовать метод, изложенный в пункте (2) приложения I. Для исключённых технологий определяются только входные параметры, указанные в таблице 5 приложения III, а не выбросы CO2 и расход топлива.

Моделирование берёт потери крутящего момента моста как входные данные — стандартные значения по статье 13(5), либо сертифицированные значения по статье 14(7), — поэтому регламенту сначала нужно было описать мосты. Приложение VII, озаглавленное «Verifying axle data» («Проверка данных мостов»), делает это для ведущих мостов. Его пункт 2 начинается с указания, что приведённые далее определения применяются для целей этого приложения — это терминология одной процедуры сертификации, а не общее правовое определение моста.

Что считает число

Передаточное число — это множитель между валом и колесом, и регламент использует его именно так. Пункт 4.4.4 приложения VII вычисляет потерю крутящего момента моста на входной стороне как входной крутящий момент за вычетом выходного крутящего момента, делённого на i_gear, передаточное число моста; пункт 6.2.3 вычисляет КПД каждой точки, измеренной при контроле соответствия, на основе выходного крутящего момента, входного крутящего момента и i_axle, передаточного числа моста; добавление 3 того же приложения вычисляет базовый момент сопротивления на стороне колеса как T_d0 = T₀ + T₁ × i_gear. В этих формулах крутящий момент доходит до колёс, умноженный на передаточное число, за вычетом потерь. Вторую половину — деление частоты вращения вала на это число — регламент не записывает в виде формулы; информационные листы Volvo формулируют это словами: в листе RSS1370A сказано, что в мосту с одинарной главной передачей частота вращения снижается в одну ступень в главной передаче.

Добавление 2 показывает, как заявляется передаточное число. Информационный документ моста требует от производителя указать тип моста — SR, HR, SP, SRT или HRT — и передаточное число моста, а среди технических характеристик передачи — диаметр коронной шестерни, вертикальное смещение между ведущей шестернёй и коронной шестернёй, число зубьев ведущей шестерни и число зубьев коронной шестерни; пункт 1.13 требует передаточное число ступичного редуктора.

Volvo публикует практическое следствие этого. RSS1370A — гипоидный одиночный мост с одинарной главной передачей, рассчитанный на 13 тонн нагрузки на ось и 70 тонн полной массы автопоезда, — указан в информационном листе со значениями 2,06, 2,17, 2,31, 2,47, 2,64, 2,85 и 3,08:1. Между 2,31 и 2,85 при одинаковой скорости колеса разница в частоте вращения карданного вала составляет 23 процента — этот процент представляет собой наш собственный расчёт по двум опубликованным передаточным числам, а не значение Volvo. Чего лист не даёт, так это двигателя: он описывает мост как рассчитанный на крутящий момент электрического привода 3550 Н·м, строка технических характеристик указывает максимальный крутящий момент электрического привода 3500 Н·м, а крутящий момент двигателя нигде на нём не фигурирует. Передаточное число — это значение от вала к колесу, и документ не позволяет читать его шире этого. Два производителя автомобилей публикуют тот же верхний край этого списка с другой стороны: брошюра IVECO за февраль 2024 года для S-Way указывает новые передаточные числа заднего моста 2,17 и 2,06 в разделе «Best performer in TCO» — те же два числа, что несёт информационный лист Volvo, а английский лист данных Ford Trucks за июль 2026 года для F-MAX даёт 2,31 в строке технических характеристик для F-MAX и F-MAX L и 2,17 для F-MAX LL; его таблица шин и седельно-сцепного устройства указывает 2,47 для каждой строки F-MAX и F-MAX L, с 2,31 как альтернативой для строк 315/70 R22.5, и 2,17 и 2,31 для F-MAX LL.

Где происходит редукция, и чего это не решает

Поставьте рядом два моста Volvo с одинаковой нагрузкой на ось и одинаковой полной массой автопоезда, и их информационные листы различаются диапазоном передаточных чисел и размером коронной шестерни. Мост с одинарной главной передачей RSS1370A работает в диапазоне от 2,06 до 3,08:1 с коронной шестернёй 485 мм. RSH1370F — одиночный мост со ступичным редуктором, рассчитанный на те же 13 тонн нагрузки на ось и 70 тонн полной массы автопоезда, — несёт коронную шестерню 295 мм и указывается по передаточным числам в зависимости от модели: 3,46, 3,61, 3,76, 4,12 и 4,55:1 на FE, FH и FM; 5,41:1 на FH и FM; и 4,67, 5,46, 6,18 и 7,21:1 только на FE. В этих двух информационных листах самое низкое передаточное число моста со ступичным редуктором превышает самое высокое у моста с одинарной главной передачей. Однако общими являются только весовые параметры: лист RSH1370F указывает максимальный крутящий момент двигателя 3550 Н·м, тогда как лист RSS1370A рассчитывает мост на электрический привод. Собственное объяснение Volvo относительно центральной передачи состоит в том, что её спиральная коническая конструкция применяется главным образом в задних мостах, где основная часть редукции происходит в ступичных передачах и лишь небольшая часть — в центральной передаче; разница в диаметре между ведущей и коронной шестернёй невелика, и это, по словам Volvo, даёт удобную для обслуживания центральную передачу с низкими потерями на привод. Читать 485 мм и 295 мм как видимое следствие этого — наша собственная интерпретация; Volvo печатает оба диаметра на отдельных информационных листах и не проводит между ними никакого сравнения.

Расширьте рамки за пределы этих двух листов, и закономерность перестаёт держаться. Информационный лист Volvo для RSS1370B, версии B того же моста с одинарной главной передачей, рассчитанного на те же 13 тонн нагрузки на ось и 70 тонн полной массы автопоезда, указывает его со значениями 3,40, 3,67 и 4,11:1, и два верхних из них превышают самое низкое значение RSH1370F — 3,46. Спецификационная страница Volvo Trucks UK & Ireland для Volvo FMX помещает оба семейства рядом в одной таблице: она делит задние мосты на группу с одинарной главной передачей и группу со ступичным редуктором, с одобренной полной массой автопоезда от 44 тонн у RSS1344C/E и RSS1244B до 150 тонн у RTH3815. Её таблица передаточных чисел заднего моста даёт для обеих версий под общим обозначением RSS1370A/B значения 2,47, 2,64, 2,85, 3,08, 3,40, 3,67 и 4,11:1 — передаточные числа листа A от 2,47 и выше, и три значения листа B, без 2,06, 2,17 и 2,31 листа A; это сопоставление — наше прочтение трёх документов, а не строка, которую печатает Volvo. Та же таблица указывает мост с одинарной главной передачей RSS1344C/E со значением до 5,29:1 и тандемный мост с одинарной главной передачей RTS2310A до 4,63:1, оба выше любого передаточного числа со ступичным редуктором, которое страница FMX предлагает на RSH1365. То, где происходит редукция, не определяет, где окажется передаточное число; опубликованные диапазоны пересекаются. А вот в чём документы действительно расходятся, так это в крутящем моменте: страница FMX даёт 3800 Н·м для RSS1370A/B и для RSH1370F, информационные листы RSS1370B и RSH1370F дают максимальный крутящий момент двигателя 3550 Н·м, а лист RSS1370A рассчитывает этот мост на крутящий момент электрического привода 3550 Н·м. Эти документы дают разные цифры, и ни один не объясняет расхождение.

Регламент также сортирует типы мостов по передаточному числу, хотя и не для того, чтобы их описать. Там, где контроль соответствия производства проводится путём измерения момента сопротивления — пункт 6.1(c) приложения VII, один из трёх методов, которые применяются «по предварительному согласованию между органом по официальному утверждению и заявителем», — пункт 6.4.1(b) требует, чтобы момент сопротивления испытываемого моста «был ниже соответствующего момента сопротивления моста, прошедшего официальное утверждение типа, либо находился в пределах допуска, указанного в таблице 2». В своих столбцах для мостов, измеренных после приработки, таблица 2 разбивает этот допуск, в Н·м, по передаточному числу, с границей, заданной по типу моста: i ≤ 3 или > 3 для SR и SRT, ≤ 6 или > 6 для SP, ≤ 7 или > 7 для HR и HRT. Эта граница — ступень в таблице допусков, а не край диапазона передаточных чисел данного типа, и для типов со ступичным редуктором она установлена выше, чем для типов с одинарной главной передачей. Пункт 3 приложения добавляет следствие для испытаний: разные передаточные числа мостов со ступичным редуктором, тандемных мостов со ступичным редуктором и одинарных портальных мостов — HR, HRT и SP — можно измерять, заменяя только ступичный редуктор.

Портальный мост существует ради дорожного просвета или низкого пола

Пункт 2(2) — это определение, которое стоит процитировать, и это единственное из пяти определений, которое привязывает механическую компоновку к концепции транспортного средства. Одинарный портальный мост означает мост, у которого, как правило, имеется вертикальное смещение между осью вращения коронной шестерни и осью вращения колеса, «вызванное требованием более высокого дорожного просвета или опущенного пола для обеспечения концепции низкого пола у городских автобусов». Определение далее описывает конструкцию: как правило, первая ступень редукции — коническая зубчатая пара, вторая — цилиндрическая зубчатая пара со смещением по вертикали вблизи колёс. Регламент (ЕС) 2022/1379 добавил в это предложение слова «или косозубая передача».

Отсюда следуют две вещи. Смещение — это цель моста, а не побочный эффект: регламент называет более высокий дорожный просвет или опущенный пол требованием, порождающим эту компоновку, и привязывает второе из них, собственными словами, к «концепции низкого пола у городских автобусов» — сам регламент определяет низкий пол как коды транспортных средств CE, CF, CG и CH Регламента (ЕС) 2018/858 (приложение I, таблица 3, сноска 2). И регламент рассматривает портальные мосты как особый случай в приложении I и в добавлениях к приложению VII. Приложение I использует тип моста для классификации комплектных и укомплектованных тяжёлых автобусов: согласно пункту 1.2.3(d) и его рисунку 1, низкопольный автобус кода CE или CG считается «низковходным» («low entry»), если его тип моста отличается от одинарного портального; с одинарным портальным мостом он считается низковходным только при наличии ступени в центральном проходе, а по умолчанию — нет. Добавление 2 содержит строку, которая используется только для портальных мостов, — угол между осью ведущей шестерни и осью коронной шестерни в градусах. Добавление 4 несёт два критерия семейства, применимых только к портальным мостам, — угол ведущей шестерни к горизонтали в пределах ± 5°, угол между осями ведущей и коронной шестерни в пределах ± 3,5°, — и освобождает одинарные портальные мосты от критерия геометрии картера моста, обязательного для любого другого типа.

Solaris указывает ведущий мост модели Urbino 12 electric с модульным приводом, аккумуляторного электрического городского автобуса, как портальный мост со стабилизатором, наряду с центральным электродвигателем мощностью 240 кВт, на автобусе полной массой транспортного средства 19 500 кг — до 20 000 кг в зависимости от страны и шин. Лист данных называет мост; он не говорит, на какое из двух требований определения он отвечает.

Тандем — это два компонента, а не один

Два последних определения описывают сквозную передачу крутящего момента. SRT — это мост с одинарной главной передачей, который также передаёт крутящий момент от своего входного фланца через выходной фланец к следующему мосту; HRT — это мост со ступичным редуктором с той же возможностью. На тандемной ведущей тележке, такой как RTH3312 от Volvo, сквозная передача — это то, как приводится в движение второй мост: выходной вал раздаточной коробки приводит главную передачу второго моста через карданный вал. Обозначение колёсной формулы фиксирует лишь то, что ведущими являются два моста, но никогда не то, как крутящий момент доходит до второго.

Регламент учитывает пару, а не отдельный узел. Для измеренного тандема пункт 4.4.8.5 приложения VII складывает карты потерь двух одиночных мостов в одну комбинированную карту; для стандартных значений добавление 3 указывает, что тандемные мосты должны рассчитываться с использованием комбинированного КПД для моста со сквозной передачей, SRT или HRT, плюс соответствующий одиночный мост, SR или HR. RTH3312 от Volvo показывает само железо: два узла со спиральной конической одинарной передачей и ступичным редуктором, раздаточная коробка цилиндрического прямозубого типа в переднем заднем мосту с передаточным числом 1:1, три блокировки дифференциала, передаточные числа от 3,61 до 7,21:1, максимальная нагрузка на тележку 33 000 кг и максимальная полная масса автопоезда 120 000 кг. Раздаточная коробка вообще не выполняет редукции; число в спецификационном листе — это по-прежнему передаточное число ступичного редуктора. 120 000 кг — это номинал моста, а не разрешённая масса: юридические ограничения и собственная табличка транспортного средства — это отдельные потолки.

Что закон предполагает, когда мост никто не измеряет

Семейство мостов можно сертифицировать путём измерения, либо производитель может принять стандартные значения из добавления 3 к приложению VII. Эти значения представляют собой обобщённый КПД для нагрузочно-зависимых потерь плюс обобщённый базовый момент сопротивления, и они установлены для каждого типа моста.

Из этой таблицы стоит извлечь два вывода. Первый — это цена за то, чтобы не быть одним из пяти названных типов: мост, который не подходит ни под один из них, принимается с КПД 0,90 и базовым моментом сопротивления 150 + 50 × i Н·м, против 0,98 и 70 + 20 × i Н·м для обычного моста с одинарной главной передачей. Ни одна из этих пар чисел сама по себе не является моментом сопротивления — это коэффициенты T₀ и T₁, а момент сопротивления — это то, что формула возвращает на их основе. Второй вывод вытекает отсюда: величина сопротивления растёт вместе с передаточным числом, и больше ничего в этой таблице так не растёт. Применяя собственную формулу регламента к приведённым выше передаточным числам, мост с одинарной главной передачей при 2,31 получает базовый момент сопротивления 116,2 Н·м, а мост со ступичным редуктором при 5,41 получает 178,2 Н·м — это наш собственный расчёт на основе таблицы 1 и опубликованных передаточных чисел, а не цифры, напечатанные в регламенте. Стоит быть точным в том, что именно меняет это сравнение, потому что оно меняет сразу две вещи. Столбец КПД привязан к типу моста, а не к передаточному числу: каждый мост SR получает оценку 0,98 независимо от того, какое число он несёт, а падение до 0,97, 0,96 или 0,95 связано с тем, что это HR, SRT или SP, либо HRT. Только T_d0 реагирует на i_gear. Так что по стандартным значениям численно более высокое передаточное число штрафуется только по сопротивлению; второй штраф в примере связан со сменой типа, а не со сменой числа.

Отдельное приложение устанавливает, как выбирается базовый мост семейства. Согласно пункту 4.1 добавления 4, базовым мостом считается тот, у которого самое высокое передаточное число; если одно и то же передаточное число разделяют более двух мостов, производитель «обязан представить анализ для определения наихудшего по последствиям моста в качестве базового». Особенности, которые «могут рассматриваться как влияющие на потери крутящего момента», также должны быть выявлены и учтены при выборе (пункт 4.3), и орган по официальному утверждению «может прийти к выводу», что наихудшие потери крутящего момента семейства лучше всего характеризуются путём испытания дополнительных мостов (пункт 4.2).

Где это число всплывает на бумаге

Приложение IV устанавливает документы, которые формирует моделирование, каждый из которых должен содержать перечисленные сведения «если применимо». В файле записей производителя пункт 1.7.4 — это тип моста (в качестве собственного примера образец приводит «single reduction axle» («мост с одинарной главной передачей»)), а пункт 1.7.5 — передаточное число моста. В файле информации для покупателя — коротком документе, который должен сопровождать грузовик и комплектный или укомплектованный тяжёлый автобус при его регистрации, продаже или вводе в эксплуатацию, — трансмиссия и мост сведены к горстке пунктов: значения коробки передач — измеренные или стандартные, тип коробки передач, число передач, наличие или отсутствие ретардера, и в пункте 1.2.8 — передаточное число моста. Из шести пунктов о мосте в файле записей, пунктов 1.7.1–1.7.6, в файл информации для покупателя повторяется только передаточное число; тип моста остаётся в файле записей производителя. Для транспортных средств, использующих технологии, перечисленные в добавлении 1 к приложению III, статья 9(1) требует только входные параметры таблицы 5 приложения III, а этот перечень не содержит ни передаточного числа моста, ни его типа.

Это цифра, которую нужно читать вместе с коробкой передач, а не саму по себе. Приложение IV разъясняет эту связь там, где описывает интегрированную электрическую силовую установку: пункт 1.14.6 файла записей производителя — это самое низкое суммарное передаточное число трансмиссии, «высшая передача, умноженная на передаточное число моста, если применимо». Если это перемножить, прямая высшая передача и повышающая (overdrive) высшая передача приходят к одному и тому же суммарному передаточному числу при разных числах моста — это наш собственный расчёт, а не строка, которую печатает регламент; сторона коробки передач этого выбора рассмотрена в статье об автоматизированных коробках передач. RSS1344C от Volvo показывает это на примере доступности, а не теории: из двух моделей, которые охватывает лист, 3,70:1 предлагается и на FM, и на FH, 4,11 и 4,63:1 — только на FM, но не на FH, а 5,29:1 — только на FM в 4×2. Этот лист, как и лист RSS1370A, составлен вокруг крутящего момента электрического привода — 2600 Н·м — и не называет двигателя. Передаточное число, в котором изготовлен мост, не всегда является числом, предлагаемым на каждой модели.

Для чего предназначен мост, Volvo указывает на каждом информационном листе своими словами. RSS1370A «имеет быстрые передаточные числа и предназначен для скоростных тяжёлых перевозок»; RSS1344C «предназначен для скоростных перевозок по хорошим дорогам»; RSH1370F «спроектирован для использования в тяжёлых перевозках по сложным и холмистым дорогам»; RTH3312 «спроектирован для тяжёлых, требовательных перевозок и составов массой до 120 тонн».