Otomobilin Devir ve Vitese Göre sürati nasıl hesaplanır?
Bir otomobilin aktarma sisteminde, sürati etkileyen iki parça vardır. Birincisi şanzıman, ikincisi ise şadiferansiyeldir. Krank milinin her devrinde, volan tam olarak krank mili ile aynı devirde döner. Ve debriyaj sisteminde hiçbir patinaj yoksa, şanzımana bu devir aynen aktarılır. Şanzımanın içindeyse birbirinden farklı oranlarda, bu donüşü şafta aktarabilen dişliler vardır. Manuel bir şanzımanda, otomobilin sürücüsü, vites kolu vasıtasıyla, duruma uygun dişliyi seçer. Bu sayede, sürücü hızlanmak istediğinde, büyük şanzıman oranı (küçük vites) kullanarak, motorun düşük yol süratinde, yüksek devir yapmasını sağlar. Bu da motorun devir bandının, daha verimli kullanılmasını sağlar.
Sürücü şanzımandaki, duruma uygun dişlilerden birini seçer, ama arkadaki diferansiyel için bu seçim mümkün değildir. Otomobil fabrikada üretilirken mühendisler, kullandıkları motorun karakterine, ve araçtaki sürtünme kuvvetlerinin miktarlarına göre, optimum bir diferansiyel dişlisi seçerler. Tabii ki, bu oran çoğu zaman son sürat optimizasyonu, ve yakıt ekonomisi düşünerek seçilen bir orandır. Aracın hızlanma performansı genelde biraz daha arka planda kalır. Neyse şimdilik, diferansiyel dişli oranının sabit bir oran olduğunu bilelim, hesaplarımızda bize yeterli olacaktır.


Şanzıman ve Diferansiyel
Konuyu daha ayrıntılı açıklayabilmek için, bir varsayımdan yola çıkalım. Eğer otomobilde şanzıman olmasaydı, yani krank mili direk olarak, şaft'a bağlı olsaydı. Ve diferansiyelin de, aktarma oranı 1:1 olsa idi. Yani diferansiyel girdi mili tarafından bir tur çevrildiğinde, tekerlekler de, bir tur dönse idi. Karşımıza çıkacak durum şöyle olurdu:
Krank milinin her bir devri için, arka tekerlekler de bir tur yaparlardı. Yani motor dakikada 6.000 devir çevirirken, tekerleklerin de 6.000 kez dönmesi gerekirdi. Ortalama otomobil tekerleğinin çevresi 2 metre olduğunu göre, dakikada 6.000 kez dönen bir çember, yolda patinajsız ilerlediğinde, 12.000 metre yol alır. Dakikada 12km demektir bu! Saatte ise 60 * 12km = 720km. Yani otomobilin sürati 720km/s olurdu. Tabii ki, bu sürati sıradan bir otomobil yapamaz.
Dolayısıyla, şu sonucu çıkartabiliriz. Sokak otomobillerinde tekerlekler, motor devri kadar dönmezler. Aktarma sisteminde krankın dönüşü farklı oranlarla tekerleklere aktarılır. Mesela 6.000 devirli bir motor, 1. viteste 60km/s sürat yapıyorsa, ve lastik çevresi de 2metre ise, 720km/60km=12 oranında bir aktarma yapılır. Yani krankın her 12 devri için, tekerlekler yalnızca 1 kez dönerler.
"Peki, bu 12'lik aktarma oranı nasıl elde ediliyor?" derseniz. Örneğin şanzımandaki 1.vites dişlisinin aktarma oranı 4:1 olsun. Yani her 4 giriş devri için, şanzıman 1 devir çıkış yapacaktır. Şanzıman, şaft vasıtasıyla, diferansiyeli her 3 kez döndürdüğünde ise, diferansiyel tekerlekleri 1 kez çevirsin. Bu durumda, aktarma oranı 4*3=12'dir. Tekrar sağlama yapalım. Krank mili 12 kez dödüğünde, şanzıman şaftı 3 kez döndürür, diferansiyelse 3 kez dödüğünde, tekerlekleri sadece 1 kez döndürür.
Bu durumda, farazi otomobilimizin, şanzımanında 1. dişli oranı 4:1, diferansiyel oranı ise 3:1'dir. Aynı otomobilde 2. vites dişlisinin 2:1 oranında olduğunu düşünelim. Bu durumda 2. vites dişlisi kullanıldığında aktarma oranı 2*3=6 olacaktır. Lastik çevresi de 2metre ise, meşhur 720km/s süratimizi bu aktarma oranına bölelim. 720kms/6=120kms. Yani otomobil 2. viteste 6.000 devirde, 120km/s yol sürati yapar. Üst viteslerde, şanzıman oranı daha da küçültülür, ve 6.000 devirde otomobilin yaptığı sürat her vites için, daha da yüksek bir değer çıkar.

Şimdi yukarıdaki, alıntı anlatımdan sonra işin formülleştirelim.

Hız = Tekerlek yuvarlanma dairesi x tekerleğe aktarılan devir x 60

Tekerlek yuvarlanma dairesi = ()(inch türünden jant çapı*25,4)+(lastik genişliği*(yanak yüksekliği/100)*2))*Pi sayısı)/1000)

Tekerleğe aktarılan devir = (Motor devri(rpm)/son dişli oranı/hangi vitesdeysek o dişlinin oranı/1000)

Alıntıdır.