Обратный калькулятор диаметра колеса: подбор под шаг и передаточное число

Баланс скорости и тяги: главное правило механики

При конструировании любой самодельной техники — от карта до тяжелого мини-трактора — колесо выступает в роли финальной шестеренки. Увеличивая его диаметр, вы повышаете максимальную скорость, но безжалостно «крадете» крутящий момент у двигателя.

Механика процесса работает как качели. Если у вас слабый мотор, но вы поставите колеса от внедорожника, техника просто не тронется с места (или сожжет центробежное сцепление). И наоборот: маленькие колесики от садовой тележки дадут бешеную тягу — трактор сможет тянуть за собой автомобиль, но будет ползти со скоростью пешехода, пока двигатель ревет на пределе.

Реальный пример расчета для мини-трактора

Представьте, что вы собираете помощника для вспашки огорода. Вы установили двигатель с понижающим редуктором, и замерили, что рабочая ось выдает ровно 120 оборотов в минуту.

Комфортная скорость для вспашки плугом — около 5 км/ч.

1. Переводим скорость в понятный для расчета формат: 5 км/ч — это 5000 метров за 60 минут. Получаем 83.3 метра в минуту.
2. Узнаем, сколько метров трактор должен проезжать за один оборот колеса: 83.3 / 120 = 0.69 метра (длина окружности).
3. Вычисляем диаметр: 0.69 / 3.14 (число Пи) = 0.22 метра или 220 миллиметров.

Итог: Для таких задач вам нужны небольшие колеса диаметром около 22-25 см (8-10 дюймов). Если вы поставите стандартные автомобильные покрышки (60+ см), трактор разгонится до 13 км/ч, но у него не хватит сил тянуть плуг в земле.

Три фактора, которые скорректируют ваш расчет в гараже

Идеальная математика немного искажается, когда машина выезжает из гаража на реальную дорогу или в поле. Учитывайте следующие погрешности:

• Просадка резины (статический радиус). Надувное колесо под весом рамы и водителя сплющивается. Расчетная геометрия в 500 мм по факту превратится в 480 мм от центра оси до земли. Машина поедет чуть медленнее расчетного значения. Берите резину с запасом в 3-5%.
• Пробуксовка на грунте. Если техника проектируется для грязи, снега или пашни, колесо будет постоянно проскальзывать. Это съедает от 10% до 15% скорости. Для вездеходов всегда закладывайте этот процент в желаемую скорость.
• Влияние протектора. Расчет диаметра ведется по внешнему краю. Агрессивные грязевые грунтозацепы («елочка») увеличивают внешний диаметр, но при движении по твердому асфальту они могут вызывать сильные вибрации и «скачки» скорости.

Если после сборки вы поняли, что немного ошиблись с размером колес (техника не тянет или едет слишком медленно), не обязательно менять резину. Дешевле и проще изменить передаточное число привода: заменить ведущую или ведомую звездочку на валу (или шкив, если используется ременная передача).