Конструкция кулачковой КПП
Секвентальный механизм переключения
Пятиступенчатый кулачковый ряд
Внутренний механизм кулачковой КПП
Шестерня и муфта кулачковой КПП На первый взгляд может показаться странным, но для того, чтобы изготовить «гоночную» коробку, потребовалось не усложнить, а, наоборот, упростить конструкцию обычной механической КПП. В первую очередь избавились от синхронизаторов. Элемент, облегчающий переключение передач, делает это, по спортивным меркам, недопустимо долго. Кроме того, он слишком хрупок.
Вместо синхронизаторов с множеством мелких зубьев зацепление шестерен и муфт обеспечивают имеющиеся на их торцах выступы – кулачки. Количество кулачков невелико – не более 7 на каждой шестерне (муфте), поэтому они входят в зацепление с большим «запасом» по ширине. При их соприкосновении раздается хорошо различимое «клацанье». Кулачки воспринимают всю ударную нагрузку, защищая зубья шестерен от поломок при жестких переключениях.
Сами шестерни по размеру значительно больше, чем в обычной КПП. Кроме того, применяются не косозубые, а прямозубые шестерни. Чем это вызвано? Прямозубые шестерни имеют меньше потерь на трение (что повышает КПД), проще в изготовлении и не создают осевых нагрузок на валы КПП. Однако они способны передавать меньший крутящий момент по сравнению с косозубыми шестернями такого же размера. Поэтому их и изготавливают большего диаметра.
Для более эффективного разгона в «спортивных» коробках применяют сближенные передаточные числа КПП и более длинную первую передачу. В стандартных коробках первая передача выбирается «короткой» из расчета движения в тяжелых дорожных условиях, а не для динамичного разгона.
Механизм переключения у кулачковых КПП бывает поисковый или секвентальный (последовательный). Первый практически ничем не отличается от стандартного. Секвентальный позволяет переключать передачи только последовательно, ступень за ступенью, вверх или вниз. В гоночных условиях он намного удобнее и быстрее поискового. Секвентальный механизм в управлении проще, но технически значительно сложнее.
Для переключения достаточно сдвинуть рычаг вперед или назад, а номер включенной в данный момент передачи отображается на дисплее. Вилки передач двигает специальный вал, имеющий борозды волнообразной формы. С каждым толчком рычага он прокручивается на определённый градус, при этом вилка, продвигаясь по борозде, включает передачу или «нейтралку». Другой вариант – при «толчке» рычага происходит поворот специальной оси с кулачками на определенный угол. Один из кулачков сдвигает вилку и выключает передачу, а другой сдвигает другую вилку, которая вводит в зацепление муфту с шестерней следующей передачи.
Рычаг переключения делают максимально длинным, чтобы приблизить его к рулю – это позволяет водителю дополнительно сократить время на переключение. Рычаг снабжают механической блокировкой, предохраняющей от случайного включения нейтрали или заднего хода. Для ее отключения необходимо нажать кнопку или скобу. Добиться еще большего выигрыша времени позволяют подрулевые переключатели и гидропривод включения передач. При таком варианте время переключения сокращается до 150 миллисекунд и, кроме того, «гидравлика» делает это более «нежно», продлевая жизнь шестерням.
На высшей ступени в иерархии «секвенталок» находятся полуавтоматические КПП. Задача водителя – только вовремя задать момент перехода на другую передачу, а самим процессом переключения управляет автоматика – включает и выключает сцепление, добавляет или сбрасывает «газ» и двигает нужные вилки.
avtoexperts.ru
Эволюция механической коробки передач привела к изобретению целого ряда типов трансмиссий, которые в той или иной мере упрощали водителю управление автомобилем. Важным шагом в этом плане стало изобретение автоматической коробки передач, которая впоследствии трансформировалась и совершенствовалась, позволяя водителю вообще не задумываться о том, когда и как нужно переключиться на нужную передачу. Но и механическая трансмиссия не осталась без внимания инженеров – ее тоже постоянно модернизировали и модифицировали, изобретая все новые и новые механизмы переключения передач. Одним из результатов таких изысканий стала секвентальная коробка передач – трансмиссия, отличающаяся тем, что ее передачи можно включать только в строгой последовательности: вверх для повышения передачи, вниз – для понижения.
Секвентальная коробка передач
Принцип работы секвентальной трансмиссии
Этот тип КПП построен на базе обычной механической трансмиссии. Ее основное отличие заключается в том, что вместо косозубых здесь стоят прямозубые шестерни, отсутствует педаль сцепления (эту роль выполняет электронный блок управления), а передачи в этой коробке переключаются при помощи гидравлического механизма
Это в значительной мере (до 150 миллисекунд) сокращает скорость переключения, что наиболее важно для спортивных автомобилей, на которых, кстати, секвентальная КПП устанавливается наиболее часто. Так, именно коробка передач с секвентальным механизмом монтируется на гоночные болиды, участвующие в Формуле 1 и прочих соревнованиях подобного толка
Конструкторы поняли, что коробка передач с таким механизмом будет наиболее удобной для гонщика, ведь при езде на высокой скорости, когда автомобиль подвержен вибрации, достаточно сложно попасть в нужную передачу. А секвентальная коробка передач справляется с этой задачей на пять с плюсом.
Впрочем, уже не один десяток лет секвентальный механизм переключения передач используют и на «гражданских» машинах. В обиходе его называют «ручным» режимом и характерен он для автоматических трансмиссий.
Плюсы и минусы секвентальной коробки передач
Как и у всякого механизма, который работает под нагрузкой, у секвентальной трансмиссии есть свои особенности
К положительным сторонам этого агрегата относится отсутствие педали сцепления, что важно для водителей-новичков (если мы говорим об использовании этого типа трансмиссии на серийных автомобилях). Вторым положительным фактором селективной КПП считается скорость переключения передач, которая выше чем у классических автоматической и механической трансмиссий
Третьим плюсом этой коробки передач является экономичность – благодаря сокращенному времени переключения передач. Четвертый аспект – выбор из двух режимов переключения передач (автоматический либо механический). Для такой коробки характерно наличие подрулевых «лепестков», посредством которых водитель переключает передачи, не отрывая рук от рулевого колеса.
Есть у этой коробки и свои минусы, и кроются они в конструкции самого агрегата. Дело в том, что гидравлический механизм секвентальной КПП неустойчив к износу и при езде под большой нагрузкой склонен к частому выходу из строя. На спортивных автомобилях, где нагрузки весьма высоки, такую коробку зачастую перебирают после каждой второй гонки. Для секвентальных коробок, использующихся на серийных автомобилях (BMW M3, M5, Mercedes-Benz C-Class) характерен более высокий ресурс мощности вследствие того, что они не испытывают перегрузок, подобно гоночным автомобилям
И все же, если эксплуатировать секвентальную коробку неправильно (в ручном режиме важно чувствовать момент и вовремя переключать передачи), то и на серийном автомобиле она долго не прослужит – может выйти из строя гидравлический привод сцепления и прочие узлы и агрегаты этой трансмиссии. А ремонт секвентальной КПП – удовольствие не из дешевых
Что это такое?
Механическая коробка передач отличается высокой прочностью, дешевизной в эксплуатации, а также невысокой ценой и отказоустойчивостью. К сожалению, с рынком автоматических коробок передач многое изменилось. Запчасти к МКПП оказались дороже, а их ремонт затруднен. Дополнительным недостатком ручного переключения передач является необходимость выжимать сцепление. Большинство людей, управляющих автомобилями с автоматом, убеждаются, что АКПП намного комфортнее как в городе, так и за его пределами.
Механическая коробка передач для многих водителей является неудобной, но она все равно занимает лидирующие позиции в списке автомобильных трансмиссий. Переключать скорости на «механике» довольно просто, надо лишь обзавестись нужными навыками. Если водитель ездит на МКПП, то он сначала выжимает сцепление, включая первую передачу. Теоретически водитель может стартовать со 2-й скорости, но желательно этого не делать.
Автоматическая коробка упрощает езду. Управлять машиной намного проще, чем с «механикой». Автоматические КП – удобное решение в населенных пунктах. Водитель может почувствовать комфорт, стоя в пробке или на светофоре. Аналогичная ситуация и на более длинном маршруте, где снижение передач и скорости не связано с постоянным нажатием сцепления. Обратной стороной машины стало снижение динамики движения и повышенный расход топлива. В настоящее время обе эти проблемы смягчены до такой степени, что часто автомобили с АКПП работают лучше, чем автомобили с МКПП. Преимущества этого типа коробки передач – очень плавное и быстрое переключение передач, простота использования и даже переключение передач, адаптированное к стилю вождения водителя. Обратной стороной является то, что многие автомобили отстают от заявленных выше параметров.
Но поклонников «автомата» становится все больше, при этом АКПП все равно продолжают модернизировать. Именно так появилась секвентальная КП. Главной особенностью СКП является необходимость последовательного переключения скоростей. Она упрощает вождение, поскольку теперь не приходится вспоминать о том, какая передача сейчас установлена, и какую нужно включить при наборе скорости.
Сфера применения секвентальной АКПП
Изначально такие коробки и в самом деле устанавливались только на автомобили, используемые в разных дисциплинах автоспорта. Впрочем, и сегодня этот тип трансмиссии в автогонках не имеет конкурентов, позволяя осуществлять переключение передач максимально быстро и без промежуточного падения оборотов. Несколько десятых долей секунды (строго говоря – минимум полсекунды) – это очень много там, где победителя от призёра зачастую отделяют сотые доли секунды. Добавьте к этому гидравлический механизм переключения – и получите действительно высокоскоростную трансмиссию, пускай и достаточно дорогую.
Но уже более двух десятилетий СКПП устанавливаются и на серийные авто. Пионером здесь оказался автоконцерн BMW, в настоящее время такой коробкой оснащаются, к примеру, модели M3/M5 от BMW или Mercedes-Benz С-класс. Некоторые путают такую трансмиссию с автоматом, именуя её «ручным» вариантом АКПП, что в принципе неверно, и мы об этом уже говорили. Обладатели авто, оснащённых секвентальной КПП, утверждают, что управление транспортным средством стало намного проще, а точного попадания в передачу в зависимости от режима движения не требуется.
На многие мотоциклы устанавливаются коробки, работающие по принципу последовательного переключения передач, причём такой технологии уже более 50 лет. Обычно это рычаг, переключаемый ногой, имеющий два положения: вперёд и назад. Нейтраль расположена между ними.
Секвентальная коробка передач устанавливается и на машины сельскохозяйственного назначения (трактора, гусеничная техника). Здесь рычаг переключения располагается также под ногами, как у мотоциклов, но может устанавливаться и на руль.
Наконец, СКПП оснащаются многие модели большегрузных грузовиков и другой тяжёлой спецтехники, у которых количество передач может превышать десяток – управлять такой механической коробкой было бы очень сложно.
Секвентальная коробка передач: что это такое
Понятие «секвентальная» произошло от английского слова sequence, что означает «последовательность». Передачи в такой коробке переключаются последовательно, от низшей к высшей, и наоборот. Такой принцип переключения применяется в мотоциклах, где управление происходит ногой. Действительно, управляя переключением передач ногой, трудно совершать сложные манипуляции. Поэтому выбрали простой алгоритм: перемещение рычага вверх соответствует повышению передачи, вниз – переходу на низшую передачу.
Есть еще некоторые транспортные средства, где традиционно применяется секвентальная КПП, военная техника (самоходные артиллерийские машины, танки). В них есть своя специфика. Во-первых, ими управляют неквалифицированные водители. Во-вторых, осуществляется быстрый переход на повышенную передачу с минимальными «провалами» по мощности во время переключения. Второе качество (практическое отсутствие провалов по мощности и скорости) обуславливает применение секвентальной передачи в скоростных спортивных болидах.
Видео — что значит секвентальная коробка передач на гоночном автомобиле Пежо 208:
Коробка SMG: секвентальная трансмиссия
Как известно, на начальном этапе в автомобилестроении использовалась исключительно механическая коробка МКПП.
Однако в дальнейшем инженеры разработали другие типы трансмиссий, при этом главной задачей стало максимальное упрощение управления автомобилем.
Настоящим прорывом стало появление автоматической коробки передач АКПП, которая позволила реализовать возможность выбора и переключения передачи автоматически, то есть без участия водителя.
При этом гидромеханический «автомат» не вытеснил традиционную механику по целому ряду причин, МКПП продолжили дорабатывать, конструкция постоянно совершенствовалась. В результате одной из разновидностей МКПП стала секвентальная коробка передач.
В двух словах, такая трансмиссия отличается от аналогов тем, что повышенные и пониженные передачи включаются только в определенной последовательности. Если просто, водитель авто с так называемой секвенталкой переключается строго по порядку «вверх», чтобы включить повышенную, или «вниз» для включения пониженной передачи.
При этом на обычной механике водитель может переключать передачи по принципу «поиска», то есть произвольно. Главное, чтобы передача соответствовала скорости движения и т.д. На практике, например, можно тронуться со второй и сразу переключиться на четвертую. Секвентальная КПП сделать этого не позволит.
Устройство и принцип работы секвентальной коробки передач
Как уже было сказано, секвентальная КПП (иногда называется селективной коробкой передач) в основе имеет простую механическую трансмиссию. Однако есть и отличия от МКПП.
Прежде всего, нет педали сцепления, то есть секвентальная коробка похожа на классический автомат. Также в конструкции применены прямозубые шестерни вместо косозубых. За «выжим» сцепления вместо водителя отвечает отдельный ЭБУ, переключение передачи реализовано посредством специального гидромеханизма.
Такие особенности позволяют добиться высокой скорости переключений, что незаменимо для спорткаров, гоночных болидов и т.д. Кстати, именно на таких машинах зачастую и устанавливается секвентальная коробка, хотя данный тип КПП можно встретить и на гражданских версиях.
Дело в том, что на высокой скорости машина сильно вибрирует, в результате чего достаточно сложно включить нужную передачу на обычной механике, причем сделать это нужно очень быстро.
Как видно, секвентальная КПП фактически является более привычным сегодня «роботом». Также обычный автомат с ГДТ, который имеет возможность ручного управления (Типтроник), напоминает в этом режиме работу секвентальной КПП.
Преимущества и недостатки секвентальной коробки
Начнем с плюсов секвентальной трансмиссии. Прежде всего, это возможность как ручного, так и полностью автоматического переключения передач, что значительно упрощает езду на гражданских версиях автомобилей с коробкой SMG.
Также селективная КПП отличается высокой скоростью переключения передач. Под управлением электроники переключение происходит быстрее, чем у водителя-профессионала, а в автоматическом режиме скорости переключаются быстрее, чем в АКПП.
В результате крутящий момент от ДВС практически постоянно передается на колеса, в момент переключения нет заметного разрыва мощности, повышается топливная экономичность.
Также управление SMG коробкой реализовано удобнее, чем вариатором, АКПП или даже преселективной DSG на многих моделях авто. Речь идет о подрулевых «лепестках», при помощи которых можно быстро переключать передачи в ручном режиме, причем водитель не убирает руку с руля.
Рекомендуем также почитать статью о том, какой ресурс имеют преселективные коробки ДСГ, а также какие неисправности DSG часто возникают в процессе эксплуатации. Из этой статьи вы узнаете о распространенных неполадках, признаках и причинах их возникновения.
Например, в случае с АКПП Типтроник для переключения передач вверх и вниз водитель должен толкать селектор, на коробке DSG потребуется нажимать специальную кнопку на селекторе и т.д. Именно по этой причине секвентальные коробки, как правило, устанавливаются на гоночные машины и спортивные «заряженные» версии гражданских авто.
Если же говорить о минусах, хотя коробка SMG рассчитана на высокие нагрузки и передачу внушительного крутящего момента, данный тип КПП не отличается надежностью. Прежде всего, гидравлический механизм подвержен ускоренному износу, с этим механизмом часто возникают проблемы.
Что касается спортивных автомобилей, участвующих в гонках, по понятным причинам надежность отодвинута на второй план, так как важнее всего добиться скорости переключений. Простыми словами, после одного или двух заездов КПП попросту меняют или ремонтируют.
На гражданских авто и серийных спорткарах ресурс секвентальной коробки несколько увеличен, так как нагрузки обычно меньше по сравнению с гоночными болидами. Однако ошибки во время эксплуатации, несвоевременный переход на повышенную или пониженную передачу в ручном режиме также сокращает срок службы трансмиссии.
В результате из строя быстро выходит гидропривод сцепления и другие элементы
При этом важно понимать, что ремонт секвентальной коробки передач обойдется владельцу достаточно дорого
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.
Принцип действия топливного элемента Наличие оси с пазами — главное отличие секвентальной коробки от обычной, с поисковым механизмом переключения.
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.
Автомобили
Руками и ногами: как работали автомобильные навороты прошлого
Кулачковая коробка По сути, 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!
Гоночное зацепление
Особенности
На автомобилях с секвентальной коробкой рычаг переключения располагается на руле. Как вариант, на рулевом колесе могут устанавливаться кнопки. Нужная кнопка маркирована литерой «S». Предусмотрено как автоматическое, так и ручное переключение. При этом коробка может работать в трех режимах:
- Стандартном механическом.
- Механическом спортивном.
- С автоматическим переключением без участия водителя.
Достоинствами этого автомобиля будущего являются следующие моменты:
- У авто с секвентальной КПП, как и с АКПП, нет педали сцепления – это хорошо для начинающих водителей.
- Эта коробка предусматривает выбор между автоматическим и ручным переключением.
- Высокая скорость переключения передач, что отражается на экономичности двигателя.
Недостатком пока является низкая устойчивость к износу механизма коробки.
Мне нравится4Не нравится1
Принцип работы секвентальной коробки передач
Конструкция секвентальной КПП по внешнему виду мало отличается от традиционной механической коробки передач.
Если рассмотреть поближе шестеренчатый механизм, можно сразу заметить, что зубья расположены строго перпендикулярны боковой поверхности шестерни.
Это необходимо, чтобы обеспечить их прямолинейное перемещение во время переключения.
С одной стороны, прямозубые шестерни имеют меньшее трение, чем косогубые за счет полного соответствия поверхностей. С другой стороны, косогубые шестерни в механической коробке предназначены для увеличения крутящего момента, который выдерживает шестеренчатая передача. Поэтому во многие секвентальные коробки устанавливают шестерни увеличенных размеров по ширине. Тем самым усиливается конструкция зубьев и их прочность.
Конструкция секвентальной коробки переключения передач позволяет довольно просто организовать автоматическое переключение режимов. Различают следующие секвентальные КПП:
- с обычной механической системой переключения передач;
- со спортивной системой переключения;
- с автоматизированной системой переключения.
Для увеличения скорости переключения применяются гидравлика. С помощью гидравлических сервоприводов время на переключение минимальное. Во время активации перехода на другую передачу наполняется гидроаккумулятор, что способствует созданию давления в гидравлической системе. Время переключения передачи составляет десятую долю секунды. Этот решающий факт определяет применение секвентальной КПП в спортивных автомобилях. Часто органы управления КПП выносят в область рулевой колонки, что еще больше упрощает управление режимами.
Плюсы и минусы
Теперь вы знаете, что такое СКПП и что значит секвентальность. Нет? Да это же последовательность в переводе. Тут вообще все становится на свои места.
Посмотрев видео и изучив особенности такой коробки, возникает вопрос — стоит ли брать машину с этой КПП. Немного вам помогу, рассказав про сильные и слабые стороны секвенталок.
Начнем с преимуществ.
Высокая скорость переключения. Автомат живет своей жизнью, потому иногда он откровенно тупит и не делает то, чего ждешь. Механику переключать сложнее. Оптимальную скорость выдает СКПП. Электронный блок и гидравлика обеспечивают минимальные затраты по времени на переход с передачи на передачу
Для профессионального автоспорта это крайне важно.
Удобство. Выжимать педаль сцепления, попадать в передачу, да еще и на скорости при плохой дороге — удовольствие сомнительное
СКПП гарантирует точность и комфорт при переключениях. Это бесспорный факт.
- Отсутствие потери скорости. Да, секвентальная коробка переключает быстро, провалов между переходами нет, отсюда и размеренная езда, быстрый набор скорости.
- Расход топлива. Все предыдущие пункты влияют на появление этого преимущества. СКПП бережно расходует топливо и помогает экономить.
- Подрулевые лепестки. Дополнительная опция, позволяющая почувствовать себя гонщиком. Удобно и необычно.
- Два режима. Но тут внесу поправку. Это у АКПП есть функция перехода на ручной режим с помощью секвентальной системы. Так что это скорее плюс автоматов.
Но не все так идеально. У СКПП есть два существенных недостатка.
- Низкая устойчивость к нагрузкам и износам. Система сложная, состоит из множества элементов и требует аккуратного обращения. Нельзя просто наобум щелкать лепестками или рычагом. Следует правильно выбирать момент для переключения. Если этого не делать, механизмы быстро выйдут из строя. Не зря СКПП стоят на машинах профессиональных гонщиков.
- Цена. Она высока на саму машину с СКПП и на обслуживание такой коробки. Хотя если у вас есть деньги на авто с секвенталкой, стоимость ее ремонта не должна быть проблемой.
