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

Спецификационный лист тягача даёт для заднего моста две строки: тип и число. Тип — это код или короткая фраза: одинарная главная передача, ступичный редуктор, портальный мост. Число — это голая десятичная дробь без единицы измерения: 2,31, или 3,70, или 5,41. Вместе они определяют, как быстро вращается двигатель на трассовой скорости, сколько крутящего момента доходит до шин на подъёме, и для какой из этих двух задач приобретён автомобиль. Ни то, ни другое впоследствии не регулируется. И в отличие от большей части терминологии трансмиссии, оба параметра определены в праве ЕС, потому что европейскому регламенту нужно было сначала назвать компоненты, прежде чем он смог симулировать их потери.

Регламент, который называет компоненты

Regulation (EU) 2017/2400 определяет выбросы CO2 и расход топлива тяжёлых транспортных средств путём моделирования, а не путём реальных заездов. Article 2(1) применяет его, с учётом второго абзаца Article 4, к среднетоннажным грузовикам, тяжёлым грузовикам и тяжёлым автобусам; этот второй абзац исключает применение Articles 5 to 23 — блока, который доходит до положений о мостах в Annex 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. Article 2(3) исключает внедорожные транспортные средства, транспортные средства специального назначения и внедорожные транспортные средства специального назначения, как они определены в Annex I, Part A, points 2.1 to 2.3, Regulation (EU) 2018/858. Article 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 Appendix 1 to Annex 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 Annex I, point (2). Для исключённых технологий определяются только входные параметры, указанные в Table 5 of Annex III, а не выбросы CO2 и расход топлива.

Для моделирования нужна величина потерь для каждого компонента трансмиссии, поэтому регламенту сначала нужно было описать эти компоненты. Annex VII, озаглавленный «Verifying axle data», делает это для ведущих мостов. Его paragraph 2 начинается с указания, что приведённые далее определения применяются для целей этого приложения — это терминология одной процедуры сертификации, а не общее правовое определение моста. В этих рамках они являются единственным местом в праве ЕС, где закреплены эти пять терминов.

Что считает число

Передаточное число — это множитель между валом и колесом, и регламент использует его именно так. Annex VII вычисляет КПД каждой измеренной точки сетки на основе выходного крутящего момента, входного крутящего момента и i_axle, передаточного числа моста; Appendix 3 того же приложения вычисляет базовый момент сопротивления на стороне колеса как T_d0 = T₀ + T₁ × i_gear. Крутящий момент умножается на передаточное число на выходе; частота вращения вала на него делится. Это всё, что означает эта десятичная дробь.

Appendix 2 показывает, насколько жёстко это закреплено. Информационный документ моста требует от производителя заявить тип моста как SR, HR, SP, SRT или HRT, затем передаточное число моста, затем диаметр коронной шестерни, вертикальное смещение между ведущей шестернёй и коронной шестернёй, число зубьев ведущей шестерни и число зубьев коронной шестерни. Передаточное число заявляется вместе с числами зубьев, которые его создают, а не как номинальная характеристика, и лежащий в основе чертёж остаётся у органа по официальному утверждению.

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.

Где происходит редукция, и чего это не решает

Поставьте рядом два моста Volvo с одинаковой нагрузкой на ось и одинаковой полной массой автопоезда, и эффект второй ступени редукции проявится в самом железе. 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 основная часть редукции происходит в ступичных передачах и лишь небольшая часть — в центральной передаче, что оставляет небольшую разницу в диаметре между ведущей и коронной шестернёй и 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.

Если расширить рамки за пределы этих двух листов, картина перестаёт складываться, потому что собственные страницы моделей Volvo им противоречат. На строительном шасси оба семейства стоят рядом в одной таблице: спецификация Volvo FMX 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 до 150 тонн у RTH3815. Таблица передаточных чисел заднего моста на этой странице даёт для RSS1370A/B значения 2,47, 2,64, 2,85, 3,08, 3,40, 3,67 и 4,11:1 — ни один конец диапазона не совпадает с 2,06–3,08:1 из информационного листа, а верхнее значение превышает самое низкое у RSH1370F в 3,46. Столбец крутящего момента тоже расходится: он указывает 3800 Н·м для обоих мостов против 3550 Н·м из листа RSH1370F. 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 FMX предлагает на RSH1365. То, где происходит редукция, не определяет, где окажется передаточное число; опубликованные диапазоны пересекаются, и Volvo не привела свои два документа в соответствие друг другу. Эта страница печатает оба варианта, а не выбирает один.

Регламент также сортирует типы мостов по передаточному числу, хотя и не для того, чтобы их описать. Table 2 Annex VII, в рамках point 6.4, устанавливает допуск на момент сопротивления в Н·м, на который образец может отклоняться от своего одобренного моста при контроле соответствия производства, и разбивает этот допуск 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. Paragraph 3 приложения добавляет производственное следствие: 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

Paragraph 2(2) — это определение, которое стоит процитировать, и оно необычно тем, что 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». Поправка добавила конструктивное описание: как правило, первая ступень редукции — коническая зубчатая пара, вторая — цилиндрическая зубчатая пара — или косозубая передача — со смещением по вертикали вблизи колёс.

Отсюда следуют две вещи. Смещение — это цель моста, а не побочный эффект от него: регламент называет более высокий дорожный просвет или опущенный пол требованием, порождающим эту компоновку, и именно второе из них делает возможным низкопольный городской автобус над его ведущим мостом. И регламент повсюду рассматривает портальные мосты как особый случай. Appendix 2 содержит строку, которая используется только для портальных мостов, — угол между осью ведущей шестерни и осью коронной шестерни в градусах. Appendix 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 как портальный мост со стабилизатором, приводимый в движение центральным электродвигателем мощностью 240 кВт, на автобусе полной массой транспортного средства 19 500 кг — до 20 000 кг в зависимости от страны и шин. Именно эта компоновка позволяет аккумуляторному электрическому городскому автобусу сохранять низкий пол над своим ведущим мостом.

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. Именно эта сквозная передача отличает 6×4 от 6×2, и 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. Appendix 3 указывает, что тандемные мосты рассчитываются 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. Полная масса автопоезда такого порядка — это паспортная характеристика трансмиссии производителя, а не что-то, что государство-член разрешит только на основании таблички.

Что закон предполагает, когда мост никто не измеряет

Семейство мостов можно сертифицировать путём измерения, либо производитель может принять стандартные значения из Appendix 3 to Annex 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 следует из первого: 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 Table 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 численно более высокое передаточное число штрафуется только по сопротивлению; второй штраф в примере связан со сменой типа, а не со сменой числа.

Отдельное приложение определяет, какой мост в семействе подвергается испытанию. Согласно Appendix 4, базовым мостом считается тот, у которого самое высокое передаточное число; если это передаточное число разделяют более двух мостов, производитель обязан представить анализ, определяющий наихудший по последствиям мост.

Где это число всплывает на бумаге

Annex IV устанавливает документы, которые формирует моделирование. В файле записей производителя point 1.7.4 — это тип моста (в качестве собственного примера образец приводит «single reduction axle»), а point 1.7.5 — передаточное число моста. В файле информации для покупателя, коротком документе, который получает покупатель, вся трансмиссия сведена к горстке пунктов: значения коробки передач — измеренные или стандартные, тип коробки передач, число передач, наличие или отсутствие ретардера, и в point 1.2.8 — передаточное число моста. Из всего, что относится к трансмиссии, это передаточное число — один из немногих фактов, которые документация гарантированно сообщит покупателю.

Это цифра, которую нужно читать вместе с коробкой передач, а не саму по себе. Annex IV разъясняет эту связь там, где описывает интегрированную электрическую силовую установку: самое низкое суммарное передаточное число трансмиссии — это высшая передача, умноженная на передаточное число моста, там, где передаточное число моста вообще применимо. Прямая высшая передача и повышающая (overdrive) высшая передача поэтому приходят к одной и той же скорости движения при разных числах моста — компромисс, изложенный в статье об автоматизированных коробках передач. RSS1344C от Volvo показывает это на примере доступности, а не теории: 3,70:1 предлагается и на FM, и на FH, 4,11 и 4,63:1 — только на FM, 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, подходящее для маршрута, не всегда является передаточным числом, которое несёт модельный ряд.

Определяйте его исходя из работы, а не из списка. Определите нагруженный уклон, с которого автомобиль должен трогаться с места, и скорость, с которой он будет проводить большую часть времени, выберите тип моста, который обеспечивает и то, и другое, а затем выберите передаточное число внутри этого типа. Показатели мощности и крутящего момента в брошюре не скажут вам, какой из этих двух автомобилей вы покупаете; две строки под заголовком «задний мост» скажут.