Raport de transmisie

Raportul de transmisie exprimă relația dintre vitezele de rotație ale a două roți dințate angrenate, definit ca numărul de dinți de pe roata condusă împărțit la numărul de dinți de pe roata conducătoare sau, echivalent, numărul de rotații la intrare necesare pentru a produce o rotație la ieșire. Este conceptul central al oricărei cutii de viteze cu pinioane, fiindcă determină compromisul dintre viteza de rotație și forța de torsiune, adică cuplul, în orice punct al transmisiei. Un raport mai mare decât unu înseamnă că arborele de ieșire se rotește mai încet decât cel de intrare, dar cu un cuplu proporțional mai mare, în timp ce un raport subunitar produce efectul invers.

Principiul se sprijină pe conservarea energiei și pe geometria angrenării dinților. Atunci când o roată mică antrenează una mare, fiecare rotație a roții mici împinge roata mare doar cu o fracțiune de tură, astfel că roata mai mare se rotește lent, dar exercită o forță sporită. Puterea, care este produsul dintre cuplu și viteza de rotație, rămâne practic constantă în afara pierderilor prin frecare, motiv pentru care cuplul nu poate fi multiplicat decât cu prețul reducerii vitezei. Un raport de 3:1, de exemplu, triplează aproximativ cuplul și reduce viteza la ieșire la o treime.

Acest lucru contează pentru că un motor cu ardere internă produce cuplu util doar într-o bandă limitată de turații, de regulă câteva mii de rpm. Un singur raport fix nu ar putea, în același timp, să pornească din loc un vehicul greu și să-i permită să ruleze economic la viteză mare. De aceea o cutie de viteze oferă mai multe rapoarte: treptele inferioare, cu raport numeric mare, multiplică cuplul pentru demaraj și pentru urcușuri, în timp ce treptele superioare schimbă acel cuplu pe viteză, lăsând motorul să se învârtă încet și silențios la o croazieră constantă. Spațierea dintre trepte este aleasă astfel încât motorul să rămână aproape de zona de eficiență pe măsură ce crește viteza de deplasare.

Rapoartele individuale ale cutiei nu acționează singure. Ele se combină multiplicativ cu raportul transmisiei finale, sau al diferențialului, dând raportul total dintre motor și roți. O treaptă întâi cu raport 3,5:1, care lucrează printr-o transmisie finală de 4,0:1, dă o reducere totală de 14:1, în timp ce o treaptă superioară de tip overdrive cu 0,8:1, prin aceeași transmisie finală, dă doar 3,2:1. Cele mai lungi rapoarte, cu valori subunitare, se numesc overdrive și există tocmai pentru a reduce turația motorului la o croazieră relaxată și economică pe autostradă.

Rapoartele de transmisie influențează și accelerația, capacitatea de tractare și consumul de combustibil, iar inginerii trebuie să echilibreze aceste aspecte. Rapoarte apropiate țin motorul mereu în zona activă, pentru un caracter sportiv, în timp ce rapoarte distanțate favorizează economia și confortul. Aceeași logică se aplică și vehiculelor electrice, deși acestea au de obicei nevoie de un singur raport de reducere, fiindcă motoarele electrice oferă cuplu puternic de la zero rpm. Înțelegerea rapoartelor de transmisie este așadar esențială pentru a interpreta felul în care un vehicul își transmite puterea la sol.