Уроки вождения с инструктором позади, опыт вождения уже имеется и хочется попробовать что-то новое. Очень многих водителей привлекает идея усовершенствования своего автомобиля так называемым «кулачком» или «шестиступкой» - кулачковой коробкой передач, которая стала легендой в гоночном спорте. Лавры всемирно известных гонщиков не дают покоя многим любителям быстрой езды и рискованных игр на дороге. Но действительно ли игра стоит свеч?
Что же представляет собой кулачковая трансмиссия? Механизм ее включения простой и надежный, зубья шестерен не скошенные, а прямые. Это гарантирует работу трансмиссии без потерь на трение и вылетов передач. Но ее основная уникальность заключается в том, что во время движения передачи могут переключаться без участия сцепления. Процесс полностью управляется силой нажима на педаль газа. Переключение передач осуществляется по простой схеме - рычаг на себя переключает передачу на высшую, от себя - на низшую. Почему она называется кулачковой? Дело в том, что муфты ее включения устроены по-особому - вместо зубцов там расположены небольшие кулачки, как правило, в количестве от пяти до семи штук. Они зацепляются с такими же на шестерне, образовывая достаточный зазор для мгновенного переключения передач. Синхронизаторы в таком устройстве не предусмотрены.
Уроки вождения с инструктором не прошли зря
Многие водители, позабыв про уроки вождения с инструктором, мечтают о том, чтобы сделать из своего автомобиля настоящий гоночный юнит. Целесообразно ли это?
Помимо достоинств, у любого устройства есть свои недостатки. Кулачковая трансмиссия - не исключение. С ее использованием резко возрастает нагрузка на двигатель, трансмиссию и привод. Кроме того, она издает достаточно много шума. Шестерни, из-за своего необычного строения, имеют меньшую несущую поверхность, что приводит к уменьшению передающегося момента, а следовательно, к меньшей надежности. Преимущества, которые получит водитель при вождении с такой трансмиссией, не компенсируются этими довольно серьезными недостатками. Кроме того, такая трансмиссия потребует пристального внимания из-за довольно быстрого износа, а также придется часто менять масло из-за того, что оно будет периодически засоряться металлическими частицами. Так что такая трансмиссия не подходит для повседневного пользования, и лучше оставить ее для гоночных машин.
Основная задача современных автомобильных конструкторов – усовершенствовать конструкцию привычных механизмов и систем, чтобы сделать их работу более эффективной и экономной. И особенный интерес в этом аспекте вызывает коробка передач автомобиля, которая не перестает совершенствоваться. Таким путем была создана кулачковая КПП, которая является упрощенным вариантом обычной механической коробки. Сегодня мы обсудим, что такое кулачковая коробка передач, как она функционирует, и в чем заключаются преимущества ее использования.
Кулачковая КПП – особенности и сфера применения
Автомобилем, на который впервые была установлена такая коробка передач, являлся «отечественный» ВАЗ-2108. Понятно, что в те времена подобное новшество на автомобиле вызвало много внимания, так как кулачковая КПП имеет одно очень важное преимущество – она позволяет намного быстрее осуществлять переключение с одной передачи на другую, чему способствует ее упрощенная конструкция. В целом же она остается привычной механической коробкой передач, которые использовались и до сих пор используются на многих авто.
Что же касается сферы применения кулачковых коробок передач, то вопрос их использования является не совсем однозначным. Такие КПП очень удобны для гонщиков, так как позволяют маневрировать и переходить с одной передачи на другую без лишнего торможения и потери времени. Но вот что касается обычных легковых авто, то кулачковые коробки передач сложно назвать практичными.
Такие коробки передач требуют от водителя другого подхода к езде и привыкания к новому авто. В частности, при переключении передач на кулачковой коробке очень важно каждый раз выжимать сцепление и перегазовывать. Если этого не делать, коробка передач очень быстро износится и скоро потребует ремонта, а то и полной замены. Да и в условиях езды по загруженным городским дорогам наличие кулачковой КПП все равно не позволяет экономить время поездки.
Конструкция и принцип работы кулачковой коробки передач
Как устроена кулачковая коробка передач? Если вы хорошо знакомы с конструкцией привычной механической КПП, то кулачковая – это ее упрощенный вариант, изготовленный для гоночного варианта автомобилей. На кулачковых коробках нет синхронизаторов, функция которых заключается в облегчении процесса переключения передач.
Но на практике синхронизаторы значительно увеличивают время этого процесса, поэтому, благодаря отказу от их использования, скорость работы с КПП увеличилась. Не стоит также забывать, что синхронизаторы по своей конструкции являются очень хрупкими, поэтому водителям приходилось их часто менять.
Отказавшись от синхронизаторов, конструкторы разместили на механизме КПП «кулачки» – выступы, которые располагаются на торцах шестерен и муфт, которые и обеспечивают их сцепление друг с другом.
При этом максимальное количество кулачков на шестерне может достигать всего 7, благодаря чему все эти элементы входят в сцепление друг с другом, оставляя большой запас пространства.
Характерной особенностью работы кулачковой коробки передач является клацанье, которое происходит во время соприкосновения кулачков. К слову, именно на них и передается вся нагрузка, которая возникает во время переключения передач. Благодаря этому зубья шестерен меньше изнашиваются.
Стоит также отметить, что шестерни в такой КПП используются прямозубые, к тому же они имеют более крупные размеры, нежели те, которые применяются в классическом варианте коробки передач. Использование именно прямозубых шестерен стало актуальным по той причине, что они теряют меньше полезной энергии во время трения, а валы трансмиссии не ощущают во время их работы дополнительной нагрузки. К тому же прямозубые шестерни намного проще изготавливать. С чем же связан увеличенный диаметр таких шестерен? Это нужно для того, чтобы данные элементы передавали нужный крутящий момент, так как из-за потери «косозубости» он уменьшается.
Если говорить о спортивных автомобилях с кулачковой КПП, то на них делают более длинную первую передачу и используют сближенные передаточные числа. Все это позволяет автомобилю осуществлять динамичные разгоны, необходимости в чем обычные легковые авто не имеют. Поэтому на серийных автомобилях и стандартных КПП первая передача наоборот является самой короткой.
Кулачковые коробки передач могут иметь один из двух механизмов переключения:
1. Поисковый. Переключение в таком случае осуществляется так же, как и на классической КПП – водитель рычагом «ищет» каждую передачу.
2. Секвентальный , то есть последовательный. Передачи в таком случае переключаются только последовательно одна за одной, для чего водителю требуется лишь постепенно двигаться либо вверх, либо вниз. Именно такой вариант зачастую используется на гоночных автомобилях, поскольку является более удобным и быстрым в использовании, хотя технически он сложнее и поэтому часто приводит к износу элементов трансмиссии.
Что же касается непосредственно принципа работы кулачковой коробки передач, то во время переключения каждой передачи вилка передач передает усилие на покрытый волнообразными бороздами вал. Именно этот вал прокручивается каждый раз, когда вы передвигаете рычаг КПП. В зависимости от того, на какую борозду попадает вилка передач, включается либо конкретная передача, либо нейтральное положение КПП.
Но есть и еще один вариант КПП, когда при переключении рычага ось с кулачками проворачивается под определенный угол. В таком случае перемещение вилки обеспечивается благодаря работе кулачков. При этом, чтобы не включалась другая передача, еще один кулачок цепляет еще одну вилку, посредством перемещения которой шестерня зацепляется за муфту.
Отличается и конструкция рычага кулачковой КПП. Он делается длинным и располагается максимально близко к рулевому колесу. Это необходимо для того, чтобы еще сильнее упростить для водителя процесс переключения передач. При этом на рычаге также есть блокировки, которая позволяет предотвратить случайную активацию нейтральной передачи. Отключается блокировка либо специальной кнопкой, либо скобой. Для скорости переключения передач рычаги могут также размещаться под рулем, а на автомобиль может устанавливаться гидравлическая трансмиссия.
Многие также интересует вопрос, а есть ли кулачковая АКПП, то есть коробка-автомат. На самом деле есть только полуавтоматическая КПП с кулачковым принципом действия. В управлении автомобилем с такой коробкой от водителя требуется только предварительное внесение в блок управления информации о моменте перехода с одной передачи на другую, и блок сам будет переключать передачи во время движения. Благодаря автоматике будет включаться/выключаться даже сцепление, и будет регулироваться педаль газа.
Принцип работы кулачковой коробки передач знаком также всем мотоциклистам, поскольку двухколесные транспортные средства имеют практически аналогичные кулачковым коробки передач.
Важные аспекты управления транспортных средств с кулачковой КПП
Что значит кулачковая коробка передач, мы уже уяснили, осталось только разобраться, как приводить в движение транспортные средства, на которых она установлена. Рассмотрим использование такой коробки на современном автомобиле:
1. Чтобы переключить передачу достаточно передвинуть рычаг КПП вперед, повышая значения передач, или назад, чтобы их понизить. При этом на дисплее коробки передач покажется номер той передачи, которая была активирована.
2. Педаль сцепление используется только для того, чтобы дать старт. Во время езды сцепление не требуется выжимать полностью, достаточно неполного выжима.
3. При выжимании сцепление педаль газа необходимо отпускать лишь на чуть-чуть.
Важно! Управление гоночным автомобилем с кулачковой КПП немного отличается от привычного использования педалей. Гонщики постоянно держат свою правую ногу на акселераторе, тогда как левую попеременно заносят то над тормозом, то над сцеплением.
4. Педаль сцепления вообще отсутствует на автомобилях с секвентальной КПП и гидравлической трансмиссией. В таком случае зачастую используется полуавтоматическая КПП. Чтобы автоматика сама переключила передачу, водитель должен решить, какая передача ему нужна, толкнуть рычаг вверх или вниз, и выжать или отпустить педаль «газа». Автоматическое включение без перемещения рычага предполагается только для первой передачи.
Достоинства и недостатки кулачковой КПП
Если сравнивать кулачковую коробку передач с классической механической КПП, то ее важным преимуществом является ускоренный процесс переключения передач. Согласно данным специалистов, скорость этого процесса вырастает втрое. Вслед за этим обеспечивается и еще одно очень важное преимущество – во время перехода с одной на другую передачу не падают обороты двигателя.
Как результат, разгон автомобиля с кулачковой КПП отличается очень хорошей динамичностью без рывков и нежелательных торможений. Если двигатель обладает крайне узким диапазоном работы – такая коробка является для него незаменимой.
Стоит обратить внимание и на другие достоинства такой КПП:
повышенные нагрузки никак не отражаются на ее целостности и не приводят к износу деталей;
Кулачковая коробка меньше весит;
Передает большой крутящий момент, увеличивая мощность двигателя.
Но взирая на то, как устроена кулачковая коробка передач, у нее можно найти и несколько недостатков. В частности, она очень шумна в работе, так как при каждом столкновении кулачков раздается характерный стук. Также при большой нагрузке рано или поздно изнашиваются кулачки, что особенно актуально для гоночных автомобилей. Износ кулачков в свою очередь является причиной загрязнения моторного масла, в которое попадают стертые частички металла. Ко всему этому также добавляется высокая стоимость такой КПП, в связи с чем позволить ее себе могут далеко не все.
Резюмируем, что кулачковая КПП является отличным вариантом для тех, кто любит профессиональные гонки и хочет получать от своего автомобиля максимально динамичный разгон без замедления во время каждого переключения передачи. Но если скорость для вас не столь важна – можно остановиться и на обычной МКПП или АКПП.
На стандартных автомобилях применяется синхронизированная КПП поискового типа. Выбор переключения передач осуществляется по Н-образной форме с выжимом сцепления. Синхронизаторы представляют из себя небольшие зубчатые кольца, которые несут на себе всю нагрузку от двигателя, и передают её колёсам.
При использовании двигателя большой мощности стандартные синхронизаторы не выдерживают возросшей мощности, и передачи начинают "вылетать" или просто перестают включаться. В автоспорте на смену синхронизированным КПП приходят кулачковые.
Кулачковая коробка передач.
Отличие кулачковых коробках переключения передач от обычных заключается прежде всего в небольших количествах крупных зубъев (5-7) муфты включения передач и шестерней, вместо мелких зубчиков на синхронизированных КПП. Зубья имеют прямую форму, вместо косозубых, для того что бы снять осевые перемещения валов. Передачи переключаются чётко и безотказно, что очень важно в автогонках, особенно драг рейсинге.
Механизм переключения передач бывает поисковый и секвентальный.
Поисковый
работает как на стандартных КПП, только более чётко, без выжима сцепления, достаточно лишь ослабить педаль газа, и можно переключать передачу. Сцепление нужно только при трогании с места на первой передаче.
Cеквентальный механизм
(на фото) 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.
Почему такие КПП не применяются в обычных автомобилях?
Резкость включения передач экономит время но создаёт большие ударные нагрузки на шестерни КПП, что приводит их к преждевременному износу. Для примера переключение передачи на обычном автомобиле происходит за 0,6 с. в то время как на кулачковых коробках переключение занимает 0,2 с. При переключении 5-ти передач выигрыш составляет 2 с. и даже более, так как обороты двигателя не успевают упасть, и находятся в зоне максимальной мощности. Две секунды это очень большой выигрыш на драг рейсинге, когда результат определяют сотые доли секунды.
Передаточные числа КПП.
В тюнингованных автомобилях применяются различные передаточные числа (ряды) КПП. Основной недостаток стандартной коробки передач - слишком короткая первая передача. Она расчитана на сверхмедленную езду в пробках, буксованию в грязи но ни как не на динамичный разгон автомобиля на гоночном треке.
Если попробовать быстро разгонятся на первой передаче до максимальных оборотов на стандарном автомобиле, скорость едва ли превысит 40 км/ч и затем с хрустом переключение на длинную вторую передачу, на которой разгон почти вдвое больше.
Для более эффективного разгона применяют более сближенные передаточные числа КПП и более длинную первую передачу, на которой набирается скорость не намного меньше, чем на второй.
Оптимизация рабочих ресурсов двигателя при управлении занимала умы конструкторов с момента выпуска первого автомобиля. Это достигалось разными способами, но одним из базовых было повышение эффективности при взаимодействии с коробкой переключения передач (КПП). Сама механика сопряжения двух узлов требует определенных затрат динамического усилия, но без этой функции обойтись невозможно. Одной из самых энергетически выгодных систем для изменения частоты крутящего момента является кулачковая КПП, которая, впрочем, имеет и существенные ограничения по применению.
Особенности устройства механизма
Хотя по целому ряду характеристик кулачковые «коробки» превосходят стандартные трансмиссии, их конструкцию можно рассматривать как упрощенную относительно обычной механики. Главная особенность с точки зрения технического устройства заключается в избавлении от синхронизаторов. Вместе с ними оптимизировалось устройство целой группы элементов, которые должны были делать управление передачей более легким, но они же и удлиняли период подачи команды через несколько узлов. В итоге целая инфраструктура с мелкими зубьями была заменена набором кулачкового ряда. На КПП такого типа одна муфта может содержать до 7 кулачков, что увеличивает запас площади сцепки по ширине. При этом размер шестерни в данной системе больше, чем в стандартных КПП, не говоря о замене скошенной формы зубьев на прямую. Последнее было обусловлено необходимостью снижения потерь на трении и минимизации осевой нагрузки на вал.
Принцип действия
Техника работы может быть секвенциальной или поисковой. В первом случае реализуется последовательное переключение передач, а во втором - обычное, как в стандартной КПП. На практике чаще используется именно секвенциальный принцип, так как он в большей степени позволяет отразить возможности кулачковой конструкции. Переключение может осуществляться вверх и вниз, а также по сторонам. Управление от водителя производится через рычаг, связанный с валом. Например, переключения кулачковой КПП на ВАЗ-2108 отличаются жесткостью, безотказностью и простотой. Рычаг двигает вал с бороздами волнообразной формы, прокручивая его на определенный градус. В результате активизируется или «нейтралка», или передача. Кстати, в целях дополнительной экономии времени сама ручка КПП делается крупной и высокой, чтобы водитель меньше времени затрачивал на манипуляции с механическим управлением. В техническом отношении наивысшую ступень развития занимают полуавтоматические кулачковые системы, в работе с которыми водителю нужно лишь дожидаться нужного переключения электроникой.
Эксплуатационные возможности
Рабочий момент при обращении с кулачковой системой переключения передач существенно сокращается, что дает экономию времени. Независимо от характеристик двигателя, скорость изменения крутящего момента у кулачковой КПП происходит быстрее, чем у обычной трансмиссии. Время на выполнение операции составляет 0,4-0,6 с, что ощутимо при сравнении с выключением/включением сцепления на автомобиле со стандартной «коробкой». Что еще важно, конструкция секвенциальных механизмов расширяет возможности для тюнинга. Это касается случаев полного переоборудования автомобиля в гоночную модификацию с ножным переключением скоростей. В данном случае нужно устанавливать вместе с парами КПП и основную пару дифференциала, что может скорректировать динамические качества машины. Опять же рядовому водителю такое обновление вряд ли понадобится, но для ценителя спорт-тюнинга обеспечит новое качество вождения.
Применение кулачковых моделей КПП
На легковых машинах, предназначенных для дорог общего пользования, такие механизмы применяют редко. Для такого обеспечения должны быть определенные основания, связанные с повышением динамики или упрощением конструкционной базы трансмиссионного агрегата. Нередко кулачковые КПП используют в единичных тюнинговых мероприятиях для демонстрации тех или иных возможностей концептуальных моделей. В случае с японским спорткаром Mitsubishi Lancer Evolution сочетание секвенциальной «коробки» и двигателя на 420 л.с., в частности, позволило разгон до 100 км/ч выполнить за 3,5 с.
Кулачковый механизм КПП на ВАЗ
В России изготовлением компонентов для кулачковых узлов трансмиссии занимается завод Lada Special Transmission. Данная группа выпускает секвенциальные механизмы, подходящие для автомобилей ВАЗ. Как отмечают пользователи, отечественная продукция демонстрирует высокую устойчивость, четкость работы и надежность. Но также можно обращаться к решениям от восточноевропейских производителей наподобие TST и Dogbox. В линейках этих компаний можно встретить наиболее близкие по устройству секвенциальные КПП на ВАЗ. Кулачковые механизмы иностранного производства обычно поставляются в разборном виде. Например, часто предлагаются наборы без крепежной оснастки, что заставляет дополнительно искать комплектующие для фиксации агрегата к несущей базе. Иногда в качестве донорских комплектов берутся и автоматические трансмиссии.
Кулачковые КПП на «классику»
Разумеется, отечественными автомобилями потребности в оснащении кулачковыми «коробками» не ограничиваются. Классические седаны и хэтчбеки, которые используются на общественных дорогах, могут переоборудоваться под секвентальный принцип переключения передач. Для этого используют специальные модификации кулачковых КПП на ВАЗ и «классику» в той или иной конфигурации. Как правило, это механизмы с кулачковой муфтой и шестерными узлами по 5-7 элементов на поверхности. Чем больше кулачков, тем выше ресурс агрегата в паре муфты-шестерни. С другой стороны, усложнение конструкции повышает цену и затрудняет процесс интеграции устройства. И даже если основа изделия по параметрам вписывается в монтажную базу, то дополнительные сложности может вызвать доработка вилки переключателя передач. Нередко для этих целей задействуются штатные приспособления, которые дорабатываются сваркой или фрезеровкой. Вполне могут применяться и готовые «коробки» в сборе, но это касается в основном устаревающих 5-кулачковых механизмов.
Кулачковые «коробки» и гоночная механика
Все же целевой нишей для использования кулачковых механизмов переключения передач являются спортивные автомобили. Уже приводился пример спорткара от «Митцубиси», и этим применение данного узла в машинах не ограничивается. Эту практику продолжает Subaru Impreza, обеспеченная секвенциальной «коробкой». И в отношении этой модели стоит отметить различия в подходах к комплектации кулачковым агрегатом. В гражданских версиях спорткара применяется именно последовательный принцип изменения крутящего момента. Но в раллийной модификации это решение запрещено, поэтому оставляется базовый механизм поискового переключения. Ярким примером использования данной конструкции является и кулачковый ряд КПП «Тойота MR2». Это двухместный спорткар, последние модификации которого получили пятиступенчатую секвенциальную «коробку» SMT. К особенностям этого узла относят то, что он способен выдерживать нагрузки от двигателей мощностью порядка 800 л.с.
Ограничения по применению секвенциальных КПП
Если даже отбросить тот факт, что обращаться с кулачковыми «коробками» могут только водители с соответствующим опытом физического управления трансмиссией, существует несколько принципиально важных кинематических нюансов эксплуатации таких устройств. Последовательное переключение снижает маневренность автомобиля при выполнении сложных перестроений на дорогах общего пользования. Иными словами, даже ловкий гоночный пилот будет иметь большой проигрыш при переключении вилки из-за необходимости перегазовки с резкими переходами от нижних ступеней к верхним. На прямой трассе, где необходимо постоянное и уверенное поддержание высокого скоростного режима, кулачковая КПП проявляет себя с лучших сторон, однако в гражданской машине ее преимущества переходят в недостатки.
Заключение
Концепция секвенциального переключения передач при всех своих особенностях сохраняет перспективы технологического развития. Это подтверждает и активное сращивание подобных трансмиссионных механизмов с электроникой. К примеру, сегодня появляются кулачковые агрегаты, работающие по командам программирующего компьютера Motec. Одной из главных функций электронного блока в автомобиле с такой начинкой, как заявляют разработчики, будет автоматическое управление работой системы зажигания и совершение перегазовок.
Спортивная коробка переключения передач очень сложный механизм. При ее сборке необходимо тщательно контролировать осевой люфт , качество синхронизаторов, а также самих шестерен передач . Мы предлагаем вам спортивные кпп в сборе под ваши задачи. Коробки передач на автомобили ВАЗ готовые к установке на ваш тюнинговый (спортивный автомобиль).
При сборке спортивных коробок передач приходится использовать восстановленные запасные части. Это связано с тем, что завод изготовитель перестал поставлять на рынок запасные части в восьмого контструктива. Восстановленные запчасти не уступают по качеству новым. Данная практика используется по всему миру. (Пример: компания Bosch)
Обратите внимание, что использование тюнинг комплектующих при сборке КПП Спорт увеличивает шум работы трансмиссии в целом. При установке коробки передач необходимо проверить работоспособность сцепления и выжимного подшипника.
На автомобилях ВАЗ 2110 выставления кулисы (рычага) стоит доверить специализированному автосервису, т.к. неправильное подключение рычага может вызвать выход из строя передач.
Уважаемые клиенты! Xотим обратить Ваше внимание на то, что крупные агрегаты, такие как спорт КПП, турбо киты, редуктора, блок цилиндров турбо и тп мы собираем под заказ. Сроки исполнения заказа при этом могут быть больше 3 рабочих дней и обговариваются отдельно.
Так же хотим обратить ваше внимание на то, что все спорт КПП обладают повышенным уровнем шума.