Кулачковая КПП

Для достижения высоких динамических и скоростных характеристик автомобиля мало улучшить мотор. Чтобы реализовать его возросшие возможности, нужна и соответствующая коробка передач. Такая коробка должна обладать высокой скоростью переключения, другими передаточными числами, способностью выдерживать высокие нагрузки. Этим требованиям в полной мере отвечают кулачковые КПП, применяемые на всех спортивных автомобилях.

Конструкция кулачковой КПП

'Начинка' кулачковой КПП Пятиступенчатый кулачковый ряд Шестерня и муфта кулачковой КПП Секвентальный механизм переключения

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.

Особенности вождения автомобиля с кулачковой КПП

В автомобилях с кулачковой КПП педаль сцепления используется в ходе гонки только для трогания с места. При езде переключение передач производится либо вообще без выжима сцепления, либо с неполным выжимом. Пилот при этом лишь немного отпускает педаль «газа». Вообще, спортсмены пользуются педалями совершенно по-другому, чем обычные водители: правая нога у них постоянно управляет акселератором, а левая - попеременно сцеплением или тормозами.

В автомобилях с секвентальной КПП, оборудованной гидроприводом переключения, и полуавтоматической КПП, педали сцепления вообще нет. Водителю нужно только выбрать передачу, толкнув рычаг (или подрулевой лепесток) и в нужный момент резко нажать или отпустить педаль акселератора – таким образом автоматике подается команда на переключение. Если же водитель не выбирал передачу, то рост оборотов двигателя не приводит к автоматическому переключению вверх. Автоматически включается только первая передача – для трогания с места достаточно нажать на акселератор.

Преимущества и недостатки кулачковой КПП

Основное преимущество кулачковых КПП, ради чего, собственно, они и создавались – высокая скорость переключения передач (в три раза быстрее, чем в обычной МКПП). Из этого следует и еще одно преимущество – обороты двигателя за время переключения не успевают упасть, следовательно, разгон происходит намного интенсивнее. Это особенно важно для моторов с турбонаддувом, рабочий диапазон у которых сравнительно узок.

Кулачковые КПП выдерживают значительно большие нагрузки по сравнению с синхронизированными, имеют меньший вес и способны передавать намного больший крутящий момент. Механизм переключения работает четко, не допуская «вылета» передач.

К недостаткам кулачковых КПП относят небольшой ресурс (как правило, после каждой гонки ее перебирают), высокую цену и повышенную шумность при работе. Дотошный читатель, возможно, спросит: «А как же сочетается сказанное о высокой надежности и маленьком ресурсе?» Дело в том, что стандартная коробка в условиях гонки не выдержала бы и половины дистанции, и в этом смысле кулачковая КПП намного надежнее. А вот ресурс, в обычном понимании, когда узлы служат без ремонта годами, у кулачковой КПП существенно меньше. Жесткие переключения приводят к быстрому износу кулачков и загрязнению масла металлическими частицами.

Использование кулачковой КПП в тюнинге

У начинающих «тюнингеров» часто возникает вопрос: можно ли кулачковую коробку установить на обычный автомобиль? Ответ однозначный – нет. То есть, с технической точки зрения это возможно, но вот с практической – не имеет смысла.

При обычной (не гоночной) езде для продления срока службы коробки необходимо будет пользоваться педалью сцепления при переключениях. А так как кулачковая коробка не имеет синхронизаторов, то переключаться нужно с перегазовкой при переходе на нижнюю передачу, и с двойным выжимом сцепления при переходе на высшую. Это требует тренировки и чувства двигателя – наверняка сломаете зубья не одной шестерне, пока не приобретете прочные навыки. Но даже и имея их, такая езда будет весьма утомительной, особенно в городе.

Еще больше неудобств доставляет в обычных дорожных условиях КПП с секвентальным механизмом переключения. Ведь чтобы переключиться, например, на несколько ступеней вниз, нужно будет соответственно сделать несколько перегазовок. А установка полуавтоматической секвентальной коробки на обычный автомобиль вряд ли будет оправдана с экономической точки зрения.

Из всего сказанного делаем вывод: установка кулачковой КПП (или кулачкового ряда на стандартную КПП) на ваш автомобиль будет оправдана лишь в том случае, если вы готовите его к серьезным соревнованиям. Если же вы хотите улучшить динамические характеристики для обычной езды, проще установить «спортивные» ряды КПП и главную пару дифференциала.