Обороты, передачи и всё такое

[Владимир Коваленко]

То ли в современных гонках это не имеет значение в силу технического совершенства, то ли инженеры и механики занимаются этим без объяснения гонщикам и вообще не афишируют подробности, но в книгах о гонщиках переднемоторной эры постоянно встречаются рассказы о настройках, поведении машины и контроле за теми или иными параметрами. Очень интересно, но не всегда понятно. Самое понятное - это стремление поддерживать определённые обороты, чтобы не "перекрутить" двигатель. С другими примерами не всё так однозначно.

Читаю книгу Тони Брукса.

The BRM was over-geared and 7900rpm were the maximum I could get in top down the Railway Straight.

In the 25-lap race it oversteered badly and was over-geared, attaining 600rpm less down Hangar Straight than it should have done.

По-русски over-geared - это что? Когда определимся с термином, пойдём разбираться дальше.

[Влад Шайхнуров]

Over-geared... скорее всего речь идет о передаточном отношении одной из ступеней кпп или о главной передаче. Но под "over" следует понимать низкое передаточное отношение. Аналог - пятая передача в большинстве современных автомобилей, называемая "overdrive"( как правило ее передаточное меньше единицы , например 1:0,92). Или главная передача: 1:2,75 можно считать "overgeared" по сравнению с 1:4,10.  Соответственно в любом из этих случаев двигатель будет работать с меньшей частотой вращения при равной частоте вращения колес. Сами по себе обороты двигателя (если они не превышают максимально допустимые) роли не играют. Задача удерживать обороты в определенном диапазоне ( там, где кривая крутящего момента имеет более- менее горизонтальную "полку")

[Роман Семёнов]

Значат подобные фразы следующее: при включенной высшей ступени в коробке передач передаточное число трансмиссии не обеспечивало необходимой для преодоления суммарного дорожного сопротивления касательной силы тяги на колёсах. При правильно подобранном передаточном числе трансмиссии на высшей передаче темпы роста мощности двигателя при разгоне совпадают с темпами роста мощности суммарной силы сопротивления движению, поэтому разгон прекращается при достижении максимальной частоты вращения коленчатого вала, а не при превышении мощности двигателя мощностью сопротивления движению.
По-русски это всем известно как слишком длинная высшая передача. И для этого нет термина.

В гонках передаточной число трансмиссии на высшей передаче зависит от двигателя (мощность), сил сопротивления движению (опорное покрытие, сопротивление воздуха и рельеф местности) и доступной для разгона дистанции.  Конкретную цифру получают расчётом и симуляцией на компьютере. Практически аналогичная ситуация с первой передачей. Разбиение по промежуточным ступеням можно уже согласовать с водителем, но вновь надёжнее будет провести оптимизацию по ключевым параметрам и обкатать это с гонщиком на симуляторе.

Едва ли сейчас есть возможность научить пилота процессу подбора параметров гоночной машины. Динамика автомобиля, тем более на столь совершенном и детальном уровне, это высшая математика.
Но это ни разу не значит, что теперь гонщики в чём-то стали хуже или что-то потеряли.  Необходимая чуткость и глубина восприятия "прокладки" возросли в той же мере, в какой развились способы анализа поведения автомобиля.  Всего лишь появились профессионалы, способные взглянуть на нелинейную, гетерогенную колебательную систему под названием "автомобиль" с другой стороны.

[Владимир Коваленко]

То есть, проще говоря, передаточное число на высшей передаче было слишком высоким? Лично я обладаю весьма поверхностным пониманием механики, хоть и инженер по профессии (радиотехник). Я хорошо усвоил, что существует "линейка", на одном конце которой - скорость, а на другом - тяга. Передаточное число - это отношение диаметра (числа зубцов) ведущего вала (шестерни) к ведомому. Чем оно больше, тем выше скорость, но хуже тяга, то есть способность к разгону груза. Поэтому в подъём надо переключаться вниз.


В нашем случае получается, что высшая передача обладала слишком высоким передаточным числом, и гонщик просто был не в состоянии разогнать машину до максимума, не хватало мощности на разгон этой массы. Правильно я понимаю?

[Влад Шайхнуров]

Немного не так.
1) не совсем правильным применять понятия "высокое-низкое" передаточное отношение, поскольку это вводит в заблуждение. Когда говорим о передачах, то да - первая, вторая  - низкие (низшие) передачи, пятая - высшая ( или сколько там передач в коробке ). К передаточному неправильно применять и "большое","малое", поскольку  между ними по логике должно быть и "нормальное" . Можно говорить лишь об использовании передачи с "бОльшим или меньшим передаточным отношением". Если абстрагироваться от того, что бывают повышающие и понижающие передачи ( у велосипеда - повышающая, а автомобиля в главной паре - понижающая), то чем меньше величина дроби, где в числителе число зубьев ведущего зубчатого колеса, в знаменателе - ведомого, тем о бОльшем передаточном отношении мы говорим;
2) когда мы делаем ставку на динамику разгона, то нам необходима трансмиссия с большим передаточным отношением. Скажем если в Жигуль встроить главную пару 1:12, то на первых пятнадцати метрах он "сделает" Mercedes-Benz SLR McLaren с его 1:2,7. Потом сдуется, понятно. Но в случае использования такой пары мы напрочь теряем "максималку". У того вышеприведенного Жигуля максимальная скорость едва будет 40...45 км/час на пятой передаче при максимальных оборотах;
3) когда нам нужна максимальная скорость, то необходимо суммарное малое передаточное отношение трансмиссии. Но тогда мы теряем в темпе разгона.
4) поэтому нужен оптимум, поймать который - талант инженера. Можно проиграть в медленных поворотах, но потом с лихвой отыграть на длинных прямых, а можно наоборот выигрывать на выходах из поворотов, будучи не самым первым по скорости перед торможением в конце прямика. 

[Роман Семёнов]

Владимир, да, в данных условиях не хватало мощности.
Ещё чуть-чуть к случаю разгона. Ускорение ограничено моментом колёс по сцеплению с опорным покрытием (зависит от покрытия и конструкции машины), то есть при определённом передаточном числе трансмиссии крутящий момент на колёсах превысит существующий предел и колёса начнут буксовать.

И интересный момент. Разгоняется не только поступательно движущийся автомобиль, но и все вращающиеся массы в нём. Энергия, необходимая для их разгона, определяется величиной момента инерции такой детали. Это геометрический параметр и, сейчас это значимо, при приведений момента инерции к коленчатому валу двигателя необходимо учесть передаточное число в квадрате. Может статься так, что передаточное число трансмиссии на первой передаче приведёт к слишком большому приведенному моменту сопротивления (т.е. момента, необходимого для разгона колёс, шестерен коробки передач, валов, синхронизаторов и проч.), что сделает разгонную динамику на второй передаче лучше, чем на первой.
Встречается сплошь и рядом на автобусах, где первая передача используется только, чтобы сдвинуть "гусеницу" с места. Вот так выглядит на графике при динамическом расчёте: http://5fan.ru/files/0/5fan_ru_3150.html_files/29.png.
И это только теоретические ограничения, без учёта конструктивного исполнения.
Влад, почему говоря передаточное отношение, ты используешь отношение числа зубьев ведущего колеса к числу зубьев ведомого? Всё понятно написано, но я никогда такого не встречал. Строго говоря, если перейти к угловым скоростям, то получается величина, обратная передаточному отношению, то есть тому, что под этим термином подразумевается в ТММ.

[Влад Шайхнуров]

Ну... "дядюшку Артоболевского" я сдал еще в 1984 году.
Тут скорее сила привычки - в технической документации мерседеса именно так и указывают (1:3,45 и т.п.). Когда речь идет о подборе главных пар пишут 14:43. В принципе логично - передача крутящего момента идет от ведущего колеса к ведомому, соответственно 14 зубьев на ведущем (числитель), 43 на ведомом (знаменатель). Все понятно без каких-либо дополнительных комментариев. Этим мне немцы и нравятся - по-армейски однозначно, до смешного понятно и просто. Когда я читаю их письмена в виде инструкций по выполнению операций, то мне приходит на ум, что они не приемлют хоккея на траве или балета на льду.