Коробки передач для раллийных авто
Кулачковая коробка передач
Если в парной гонке на ускорение друг против друга выйдут обычный автомобиль и гоночный с двигателями одинаковой мощности, победителем, несомненно, станет последний. Ключ к победе – кулачковая коробка передач. Главное достоинство кулачковой коробки – в скорости переключения передач. Если разгоняться на обычном автомобиле, переключая передачи вверх максимально быстро, почти ударом, то смена каждой передачи займет около 0,6 с. Примерно столько уходит на высокоскоростное выключение/включение сцепления. Пилот гоночного автомобиля может сменить передачу втрое быстрее – и сделает это, не выжимая сцепления, и на каждом переключении будет выигрывать более 0,4 с! Это произойдет за счет того, что при каждом переключении у обычного автомобиля падают обороты двигателя и, соответственно, снижается интенсивность разгона. Чтобы выяснить, как устроена высокоскоростная гоночная коробка передач, мы отправились в Удельное, на подмосковную базу команды «Красные крылья», выступающей в ралли и кольцевых гонках.
Особенности гоночной механики
Денис Комаров, технический директор гоночной команды, готовит кулачковую коробку передач к фотосъемке. Он бережно протирает ветошью одну из шестеренок агрегата – огромное прямозубое колесо. Если бы такая шестерня лежала в мастерской сама по себе, можно было бы подумать, что она из коробки большого старого грузовика. Между тем она принадлежит компактному хетчбэку Citroёn С2.
Большой диаметр колеса объясняется двумя факторами. Во-первых, коробка раллийной машины передает от двигателя на колеса солидный крутящий момент. А во-вторых, колесо прямозубое. Достоинство привычных косозубых шестерен, которые применяются в коробках «гражданских» автомобилей, заключается в том, что за счет более длинного зуба и, соответственно, большей поверхности распределения нагрузок они могут передавать тот же крутящий момент при меньших размерах. Кроме того, они работают заметно тише. Но прямозубые колеса применяются в гоночных машинах не случайно: они не создают осевых нагрузок на валах и повышают КПД коробки.
Удивительно, но гоночная коробка передач не сложнее, а даже проще обычной гражданской. Здесь нет никаких синхронизаторов, а вместо большого количества мелких зубцов, которые входят в зацепление при включении передачи на обычной коробке, применяются крупные кулачки – торцевые выступы на шестерне и муфте (обычно их 5–7 штук на колесо). Чтобы передачи включались как можно скорее, кулачки входят в зацепление с большим зазором по ширине. Поэтому при включении передач на раллийной машине можно слышать характерное металлическое клацанье – это кулачки шестерни и муфты столкнулись друг с другом.
Вперед-назад: хорошо и плохо
Есть и еще одна причина, почему кулачковые коробки не подходят для обычных дорог. Хотя эти агрегаты нередко оборудуют обычным поисковым механизмом переключения, самые быстрые и популярные у гонщиков коробки – секвентальные. В раллийных машинах пилота сильно трясет, поэтому водить рычаг переключения вперед-назад куда удобнее, чем выбирать передачи, как в обычном автомобиле. К тому же такая кинематика рычага позволяет сэкономить несколько миллисекунд на каждом переключении.
Но ездить с секвентальной коробкой кулачкового типа по дорогам общего пользования – страшная мука. Дело в том, что когда мы попадаем в пробку или под прямым углом поворачиваем с главной дороги на второстепенную, то обычно перескакиваем сразу на несколько передач вниз. Например, с пятой на вторую. При секвентальной же коробке такой трюк не выйдет: придется с перегазовкой vk.com/autobap последовательно перейти на четвертую, третью и лишь затем – на вторую передачу. Денис показывает, почему так происходит на коробке «ситроена». Когда пилот раллийной машины толкает рычаг этой секвентальной коробки вперед или назад, на определенный угол поворачивается специальная ось с многочисленными кулачками. При этом один из кулачков возвращает вилку переключения передач в нейтральное положение, а другой давит на еще одну вилку, и она вводит в зацепление муфту с шестерней нужной передачи. Чтобы включить, скажем, пятую передачу, надо последовательно несколько раз повернуть ось, которая управляется вилками переключения.
Утешение гражданского гонщика
Выходит, что кулачковая коробка абсолютно неприменима для гражданских автомобилей. Это не совсем так. Британские фирмы – главные производители кулачковых коробок – традиционно имеют много запросов среди любителей тюнинга, желающих приобрести их коробки, а в нашей стране на базе кулачковой коробки даже был разработан современный агрегат для «гражданского» использования, который почти лишен недостатков.
Произошло это так. Компания «Спортмобиль», которая занималась тюнингом и подготовкой для соревнований и без того быстрых автомобилей Mitsubishi Lancer Evolution, освоила установку на этих машинах кулачковой коробки фирмы Gemini. Эффективное использование такого устройства предполагает превосходные навыки водителя. Но поскольку применение кулачковой коробки кардинально изменяет динамические характеристики, инженеры и основатели компании Алексей Чернышев и Павел Рустанович решили адаптировать гоночную коробку для использования обычными водителями при каждодневной езде.
Для решения этой задачи привлекли электронику. За основу взяли компьютер Motec, позволяющий программировать функции автомобиля. К нему написали собственное программное обеспечение, которое в совокупности с разработанным электронным блоком и стало основой его системы, получившей название SGSM (Sequental Gearshift Management).vk.com/autobap Сотрудники компании «Спортмобиль» смогли связать переключения передач в коробке с работой систем зажигания и впрыска. При переходе вниз мотор в автоматическом режиме совершал перегазовку. С одной стороны, это облегчало жизнь пилоту, а с другой – повышало срок службы кулачковой коробки за счет гарантированно более плавных переключений. Стоит заметить, что похожая система до этого применялась на гоночных мотоциклах – в них датчик движения рычага коробки был связан с блоком управления зажиганием. В момент переключения вниз угол опережения зажигания резко увеличивался, и обороты падали, что и требовалось для перехода на пониженную передачу. Но система «Спортмобиля», которая автоматизировала систему впрыска, стала следующим уровнем развития идеи.
Применение кулачковой коробки наряду с тюнинговым 420-сильным двигателем сделало подготовленный в компании автомобиль самым динамичным Evolution в истории этого культового автомобиля. До 100 км/ч автомобиль разгонялся за 3,53 с! Узнав о таком достижении российских инженеров, в Москву приезжали журналисты известного английского журнала Autocar и остались в полном восторге. В итоге за рубежом сразу несколько компаний заинтересовались возможностью выпуска подобных коробок, а в Москве образовалась группа отчаянных парней, желающих приобрести Evolution с кулачковой коробкой.
Денис Комаров собирает кулачковую коробку, готовя машину к очередному этапу ралли, за этим процессом наблюдает известный раллийный пилот Евгений Аксаков. По дорогам общего пользования Евгений ездит на автомобиле с обычным гидромеханическим «автоматом», но в гонках переключает передачи, разумеется, сам. Несмотря на развитие технологий, пока только комбинация секвентальной кулачковой коробки и опытного пилота позволяет достичь самой высокой скорости переключений.
КУЛАЧКОВАЯ КОРОБКА ПЕРЕДАЧ(Cеквентальный механизм)
Созданная на основе выпускаемого в Омске комплекта шестерен, такая коробка передач для ВАЗ-2108 имеет несравненно более высокий КПД. Жесткий и безотказный механизм включения, простые шестерни вместо привычных косозубых — в такой КП нет потерь на трение, не «вылетают» передачи. Но главное — в принципе ее действия. После того как автомобиль тронулся с места, оперировать сцеплением для переключения передач вовсе необязательно, достаточно лишь ослабить усилие на педали газа. Само же переключение происходит всего в одной плоскости: рычаг к себе — передача выше, рычаг от себя — передача ниже. А теперь подробнее. Кулачковая коробка отличается от обычной в первую очередь тем что у неё муфты включения передач представляют собой не венец с множеством мелких зубцов, а несколько крупных кулачков (как правило, 5-7) которые входят в зацепление с такими же на шестерне с приличным зазором по ширине (это сделано для возможности мгновенного включения любой передачи) и конечно же никаких синхронизаторов. Этот же принцип используется на большинстве мотоциклетных коробок. Преимущества очевидны — в любой момент можно включить любую передачу даже без сцепления. Недостатки тоже есть — большие ударные нагрузки на двигатель, трансмиссию, привода, гранаты которые часто приводят к поломкам даже тех деталей, о которых раньше и не думали.
Зубья на шестернях делают, как правило, прямые, для того чтобы снять осевые нагрузки с валов. Это так же незначительно повышает КПД коробки (меньше трение в зацеплениях шестерён), а так же проще и дещевле в изготовлении. Как всегда есть и обратная сторона медали — меньшая несущая способность шестерён (у косозубых длиннее зуб и лучшее распределение нагрузок), что приводит к уменьшению передаваемого момента и надёжности. Поэтому их делают как можно мощнее (в хорошем исполнении шестерни выглядят как от коробки ЗИЛ-130). А о звуках, которые издаёт такой агрегат, речь никто даже не ведет.
Очень часто тюнингисты задают вопросы: а может поставить кулачковую коробку на свой автомобиль? Кулачковую коробку надо ставить только для использования в гоночных целях, т.к. те преимущества, которые она дает, не компенсируют её недостатков (при использовании в повседневной езде). К тому же эта коробка требует постоянной профилактики и смен масла из-за довольно быстрого износа и появления металлических частиц в масле, которые ведут к ещё большему износу.
У кулачковых КПП есть два типа механизма переключения: поисковый и секвентальный. При установке поискового механизма можно использовать в основном стандартные детали (пусть даже и доработанные). Секвентальный — это сложный, точный и дорогой механизм, который позволяет переключать передачи только на одну ступень за один раз — вниз или вверх.Cеквентальный механизм позволяет переключать передачи на одну ступень вверх или вниз, как на мотоцикле. Рычаг переключения двигается только вперёд-назад, на дисплей выводится номер включённой передачи.
Вилками переключения передач управляет специальный вал, который имеет борозды волнообразной формы. С каждым толчком рычага он крутится на определённый градус, а форма борозд способствует продвижению вилки в нейтральное положение, или на включение какой либо передачи.
Для переключения передач в секвентальных КПП можно использовать пневмо, или электро-привод рычага, расположив кнопку привода для удобства — на руле, или использовать подрулевой переключатель. Опять-таки это актуально только при гоночной езде когда некогда думать какая передача у тебя включена (у секвентальной коробки на щиток приборов выводится табло, показывающее какая передача в данный момент включена). К тому же в гоночном автомобиле сильно трясёт (а на наших трассах часто колбасит) и просто иногда трудно попасть в нужную передачу (при использовании поискового механизма). Но при обычной езде это не только не нужно, но и просто неудобно, т.к. всё время приходится переключаться через несколько ступеней.
Кулачковые коробки делают многие фирмы, специализирующиеся на гоночном оборудовании. Принципиально они все одинаковые. Различаются качеством ипользуемых материалов, небольщими конструктивными особенностями, тщательностью изготовления и ценой. Из известных и более менее качественных : Sadev, Gemini, Heuwland. Но все они безумно дорогие. Попытки найти компромисс между ценой и качеством часто оборачивается большими потерями (имеется большой опыт).
Три с половиной секунды… Многие водители, которые никуда не торопятся и берегут коробку передач, примерно столько же времени тратят на одно лишь переключение с первой на вторую. При испытаниях, когда переключение производится максимально быстро, почти ударом, но все же так, чтобы не повредить синхронизаторы, оно занимает примерно 0,5-0,6 с. Под временем переключения мы понимаем промежуток от начала выключения сцепления до его обратного включения. А вот спортивная кулачковая коробка передач, в которой синхронизаторов нет, и переключение происходит без выжима сцепления, позволяет сменить передачу почти втрое быстрее — примерно за 0,18-0,20 с. Неудивительно, что кулачковые КПП, несмотря на их малый ресурс и высокую стоимость, так популярны в гонках. Особенно если учесть, что выигрыш на каждом переключении составляет даже не 0,4 с, как можно было бы подумать, а гораздо больше. Ведь чем быстрее происходит переключение, тем меньше падают обороты двигателя, а следовательно, интенсивнее продолжается разгон. Опыт наших замеров показывает, что стоит при разгоне до 100 км/ч допустить малейшую оплошность — например, включить передачу недостаточно быстро — как результат ухудшается сразу на секунду-полторы. Особенно это актуально для турбомоторов, которые работают в узком диапазоне оборотов и за время переключения нередко успевают «свалиться» в турбояму. Преимущества кулачковых КПП очевидны. Но одно обстоятельство затрудняет их применение на дорожных машинах. Отсутствие синхронизаторов требует от водителя очень точных действий при переключениях. Без правильно выполненной перегазовки понижающая передача либо вообще не включится, либо включится с жестким ударом. В общем, нужно обладать твердыми спортивными навыками, чтобы ездить по городу с кулачковой КПП, но и в этом случае вряд ли такая езда доставит много удовольствия.
Понятно, чтобы ездить на „кулачке“, одних только денег мало, нужно еще и уметь ей пользоваться. Да и шумит такая трансмиссия сильно — примерно как серийная без масла. Впрочем, бывают кулачковые коробки, которые не требуют специальных „гоночных“ навыков (правда, на отечественные машины их, к сожалению, не ставят). Подобная система под фирменным названием SGSM разработана московской фирмой „Спортмобиль“ специально для автомобилей Mitsubishi Lanсer Evolution. Создана она на основе хьюландовской секвентальной коробки, которую часто ставят на полноприводные раллийные автомобили. А соль московской конструкции — в хитро организованном управлении двигателем: микропроцессорный „мозг“ фирмы Motec во время переключения передач независимо от водителя регулирует обороты двигателя. Причем делает это таким образом, что включение кулачковых муфт в коробке, несмотря на „замкнутое“ сцепление, происходит безо всяких толчков и ударов.
Как «строят» гоночные автомобили. Трансмиссия.
В этой статье про одну из самых важных частей влияющих как на скорость, так и на управляемость гоночного автомобиля.
Предыдущие части касающиеся постройки гоночных автомобилей
ВВЕДЕНИЕ
КУЗОВ
ДВИГАТЕЛЬ
Трансмиссия гоночного автомобиля состоит из нескольких ключевых агрегатов и узлов.
Сцепление.
В автоспорте применяются диски сцепления с повышенным коэффициентом сцепления что позволяет передавать больший момент от мощного двигателя. Например накладки керамические или карбоновые. При этом при больших моментах увеличивают количество дисков.
Так же бывает необходимо применять более мощную корзину сцепления.
Привод (полуось)
После преобразования момента в КПП и главной передаче, именно этот элемент отвечает за передачу всего увеличенного крутящего на колесо. В отличие от обычных приводов здесь применяются более крепкие материалы, не бывает полых труб. Гранаты (ШРУС) большего диаметра.
В ралли например даже не смотря на это, на мощном переднем приводе это почти всегда слабое место требующее регулярной замены 300-500км нормальный ресурс после которого меняется на новые.
На автомобилях с разной длинной привода справа и слева (например лада, некоторые рено и т.д.) применяются конструкции с промежуточной опорой и валом как на многих иномарках.
Дифференциал повышенного трения (блокировка) и главная пара
Постараюсь просто без сложных технических подробностей.
Обычный дифференциал: если одно колесо на льду, другое на асфальте, будет буксовать тем что стоит на льду.
Вот видео хорошо и просто описывающее принцип действия обычного дифференциала
Дифференциал повышенного трения: будет передавать момент и на стоящее на асфальте колесо.
Дисковый дифференциал способен обеспечивать передачу большего момента на второе колесо. Так же с помощью изменения количества пар трения и углов рампы обеспечивается разная работа на разгон и на торможение. Таким образом настройка этого узла влияет на управляемость
Дисковый дифференциал повышенного трения улучшает разгон и улучшает время на трассе.
Но его ресурс, до обслуживания совсем не велик, а так же требует применения специальных масел.
На полноприводном автомобиле бывает до 3х дисковых дифференциалов.
Причем на продвинутых и дорогих автомобилях межосевой дифференциал с электронным управлением. Который меняет усилия исходя из скорости, передачи, момента двигателя и т.д. Это сложное устройство с настраиваемой программой управления, и очень часто ключ к быстрой и удобной, комфортной гоночной езде лежит как раз в области настройки программы этого дифференциала. Он может радикально менять поведение автомобиля.
Что касается главной пары, то прежде всего это другое передаточное отношение, как и у коробки передач. Она чаще всего короче. Чтобы обеспечивать лучшую динамику. Во многих видах максимальные скорости никому не нужны потому что трасса не позволяет их достигать даже близко, поэтому главная пара как и КПП должны обеспечивать максимально возможную динамику во всем диапазоне скоростей.
Коробка передач. (Несколько типов)
Автоматы в общепринятом понимании (гидро АТ) в автоспорте применяются крайне редко, есть так называемые роботы типо DSG.
Как я уже писал задача обеспечить динамику, во многих видах спорта можно менять передаточные числа и подбирать оптимальное под конкретную трассу. Передаточные числа выбираются так чтобы не было провалов и двигатель всегда вез в нужном диапазоне скоростей. От гонщика в свою очередь требуется держать двигатель в рабочем диапазоне чтобы получать максимально эффективный разгон. Для передачи больших моментов корпус кпп усиливают или меняют.
Синхронизированная КПП.
Применяется тогда, когда запрещено техническими требованиями и регламентом ставить другое ну или когда нет финансовой возможности купить спортивную кпп. Она похожа по принципу действия на гражданскую кпп с синхронизаторами с той лишь разницей, что передаточные числа могут отличаться. Чаще всего косозубая.
Принцип работы виден на видео
Кулачковая КПП.
Это КПП с H образной схемой как и обычная, но в ней нет синхронизаторов. Вместо них кулачковые муфты.
Это позволяет переключаться быстрее и без использования сцепления.
Кулачковая КПП всегда прямозубая для того чтобы исключить возникающие ударные осевые нагрузки.
Это фото делали когда разбирали КПП Sadev на моем ГОНОЧНОМ АВТОМОБИЛЕ
Принцип работы и объяснение можно посмотреть на этом видео.
Секвентальная КПП
Это кулачковая КПП в которой изменен механизм переключения, так что пилот дергает рычаг только вперед и назад. Вперед это переключение на пониженную, назад переключение вверх.
Загадочно, но почему то во многих АКПП с ручным режимом переключения используется нелогичная, обратная направленность. Для меня это тайна покрытая туманом.
В качестве видео иллюстраций, работа пилота с такой КПП. Чтобы не отпускать педаль газа при разгоне вообще, на рычаг добавляют концевик благодаря сигналу с которого, двигатель на мгновение отрубает зажигание давая возможность сработать муфте без нагрузки.
Там где разрешено, к этому добавляют переключение рычагами на руле
Про роботы типа DSG и PDK рассказывать не буду, но они бывает используются в кольцевых гонках. Однако вершиной всё-таки считается секвентальная КПП с лепестками.
Как всегда, если вам понравилась статья, делитесь! Пусть другие тоже прочитают.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Обычно, когда речь заходит о коробке передач гоночной машины говорят такую фразу: если в парной гонке на ускорение друг против друга выйдут обычный автомобиль и гоночный с двигателями одинаковой мощности, победителем, несомненно, станет последний.
Ключ к победе — кулачковая коробка передач.
Главное достоинство кулачковой коробки — в скорости переключения передач. Если разгоняться на обычном автомобиле, переключая передачи вверх максимально быстро, почти ударом, то смена каждой передачи займет около 0,6 с. Примерно столько уходит на высокоскоростное выключение/включение сцепления. Пилот гоночного автомобиля может сменить передачу втрое быстрее — и сделает это, не выжимая сцепления, и на каждом переключении будет выигрывать более 0,4 с! Это произойдет за счет того, что при каждом переключении у обычного автомобиля падают обороты двигателя и, соответственно, снижается интенсивность разгона. Чтобы выяснить, как устроена высокоскоростная гоночная коробка передач, мы отправились в Удельное, на подмосковную базу команды «Красные крылья», выступающей в ралли и кольцевых гонках.
Особенности гоночной механики
Денис Комаров, технический директор гоночной команды, готовит кулачковую коробку передач к фотосъемке. Он бережно протирает ветошью одну из шестеренок агрегата — огромное прямозубое колесо. Если бы такая шестерня лежала в мастерской сама по себе, можно было бы подумать, что она из коробки большого старого грузовика. Между тем она принадлежит компактному хетчбэку Citroёn С2.
Большой диаметр колеса объясняется двумя факторами. Во‑первых, коробка раллийной машины передает от двигателя на колеса солидный крутящий момент. А во-вторых, колесо прямозубое. Достоинство привычных косозубых шестерен, которые применяются в коробках «гражданских» автомобилей, заключается в том, что за счет более длинного зуба и, соответственно, большей поверхности распределения нагрузок они могут передавать тот же крутящий момент при меньших размерах. Кроме того, они работают заметно тише. Но прямозубые колеса применяются в гоночных машинах не случайно: они не создают осевых нагрузок на валах и повышают КПД коробки.
Удивительно, но гоночная коробка передач не сложнее, а даже проще обычной гражданской. Здесь нет никаких синхронизаторов, а вместо большого количества мелких зубцов, которые входят в зацепление при включении передачи на обычной коробке, применяются крупные кулачки — торцевые выступы на шестерне и муфте (обычно их 5−7 штук на колесо). Чтобы передачи включались как можно скорее, кулачки входят в зацепление с большим зазором по ширине. Поэтому при включении передач на раллийной машине можно слышать характерное металлическое клацанье — это кулачки шестерни и муфты столкнулись друг с другом.
кулачковая коробка устроена так же, как обычная серийная, — только вместо косозубых шестерен прямозубые, вместо зубчатых муфт кулачковые и никаких синхронизаторов.
Кулачковая коробка требует от пилота большой ловкости — особенно при переключении вниз: для синхронизации оборотов двигателя и трансмиссии необходимо филигранно работать педалью акселератора и прекрасно чувствовать автомобиль. При бережной езде пилот при переходе вниз пользуется сцеплением, в ходе гонки — особенно на машинах с секвентальной кулачковой коробкой — педаль сцепления ему практически не нужна. В том числе поэтому раллисты иначе, чем гражданские водители, выжимают педали. Правая нога у них обычно лежит на педали газа, а левая заведует сцеплением и тормозами. Четко работать акселератором очень важно, ведь без правильно выполненной перегазовки переход на понижающую передачу либо вообще не произойдет, либо будет сопровождаться жестким ударом.
Именно поэтому пилоты раллийных машин ехидно улыбаются, когда я интересуюсь, насколько популярна кулачковая коробка среди любителей тюнинга. Конечно, находятся фанаты уличных гонок, которые заменяют серийные коробки кулачковыми. Такая замена улучшает динамику разгона, но требует от водителя постоянной концентрации внимания при переключении вниз, а также наполняет салон шумом от работы прямозубых шестерен. Кулачковая коробка воет примерно так же громко, как гражданская косозубая, когда в ее картере нет масла. Добавим сюда высокую стоимость кулачковых коробок (до €20 000 за агрегат) и невысокий срок службы — и придем к выводу, что установка кулачковой коробки на обычный автомобиль совершенно не оправданна. Конечно, срок службы автомобиля зависит и от субъективных факторов. В жестких гоночных условиях синхронизаторы долго не живут. Так что если за рулем гражданского автомобиля окажется маньяк, кулачковая коробка, вполне возможно, будет служить ему дольше привычной. Тем не менее со временем гоночный агрегат начнет издавать характерный стук, говорящий о том, что скруглившиеся кулачки не обеспечивают надежного зацепления. Такая коробка нуждается в замене износившихся пар. Денис рассказывает, что кулачковую коробку для проверки разбирают после каждой гонки, а некоторые пары в коробке приходится менять через каждые 2−3 этапа гонок. И это нормально!
Вперед-назад: хорошо и плохо
Есть и еще одна причина, почему кулачковые коробки не подходят для обычных дорог. Хотя эти агрегаты нередко оборудуют обычным поисковым механизмом переключения, самые быстрые и популярные у гонщиков коробки — секвентальные. В раллийных машинах пилота сильно трясет, поэтому водить рычаг переключения вперед-назад куда удобнее, чем выбирать передачи, как в обычном автомобиле. К тому же такая кинематика рычага позволяет сэкономить несколько миллисекунд на каждом переключении.