ДооборудТюнТрансСред_Конспект лекций_2012

Для наилучшей динамики трансмиссия должна позволять двигателю как можно дольше работать в зоне «момент – мощность». Добиться этого можно, сблизив передаточные числа каждой из передач. Тогда при переключениях на повышенные передачи обороты будут падать минимально. Близкие передачи помогут и при переключении вниз: на высокой скорости можно включить пониженную передачу и сделать разгон более интенсивным.

Все тюнинговые ряды строятся по одному принципу. Низшая передача обычно длиннее, высшие передачи короче и ближе друг к другу. К любому ряду можно дополнительно установить 6-ую передачу. Ряд передач и главную передачу (главную пару) нужно подбирать под конкретный двигатель и условия использования. Можно установить короткую кулису переключения передач.

Для наилучшей разгонной динамики трансмиссия должна позволять двигателю как можно дольше работать в „правой“ зоне шкалы тахометра (в промежутке от оборотов максимального момента до оборотов максимальной мощности). Добиться этого несложно: нужно лишь, чтобы передаточные числа каждой из передач были близки друг к другу. Тогда при переключении „вверх“ обороты упадут не намного, двигатель сможет резво ускорять автомобиль. „Близкие“ ступени коробки помогут и при переключении „вниз“: даже на относительно высокой скорости в случае необходимости можно смело включить пониженную передачу и сделать разгон более интенсивным, не рискуя при этом выскочить в красную зону на тахометре.

Ряды передаточных чисел стандартных коробок нередко имеют огромные „дыры“ между соседними ступенями. Поэтому подбирают такой ряд, чтобы автомобиль имел не только приемлемую динамику, но и удовлетворял многим другим требованиям.

Во-первых, он обязан уверенно развивать максимальную скорость, доступную для двигателя данной мощности. Для этого передача, на которой он ее достигает, должна быть достаточно „длинной“, с малым передаточным отношением. Во-вторых, автомобиль должен уверенно трогаться с места на крутом подъеме с полной нагрузкой, а для этого требуются „короткие“ низшие передачи.

Выход - сохранив корпус коробки (его переделка - слишком дорогое удовольствие), заново изготовить оригинальные валы и шестерни. Работа эта чрезвычайно трудоемкая, а потому недешевая. В нашей стране опыт подобного рода переделок накоплен, и немалый. Здесь, как обычно, в авангарде выступили автоспортсмены: для ралли, для кросса и „кольца“ было разработано огромное количество самых разных рядов и главных пар - в первую очередь, для переднеприводных тольяттинских машин.

Несмотря на различия, все тюнинговые ряды строятся, в общем, по одному принципу. Низшие передачи существенно „длиннее“, то есть более скоростные чем у серийных коробок. А высшие - наоборот, „короче“ и ближе друг к другу. Такой подбор передаточных чисел немного усложняет

141

процесс трогания с места, зато потом поведение автомобиля существенно меняется: уже на первой-второй передачах, можно разогнаться до скорости, где будут вполне уместны четвертая, пятая и даже шестая передачи.

Не менее интересной становится и быстрая езда. Например, даже если пятая передача уже „в тонусе“, и обороты достаточно высоки, можно без проблем перейти даже не на четвертую, а сразу на третью ступень и сделать разгон еще более интенсивным.

Устанавливая новую коробку, следует помнить, что не каждый ряд сможет нормально „уживаться“ с серийной главной передачей. Впрочем, здесь вариантов разработано тоже немало: в стандартный картер можно установить тюнинговые „пары“ с передаточным числом 4,33; 4,5; 4,7; 5,0,

идаже 5,125. А еще можно установить так называемую короткую „кулису“, которая изменяет передаточное отношение привода переключения. Стоит это недорого, зато оперировать коробкой будет куда проще.

Есть варианты еще более экстремальные, нежели простая замена ряда. Установка настоящей гоночной кулачковой „шестиступки“. Такая коробка позволяет гонщикам переключаться без выжима сцепления и существенно сокращает время разгона. Но чтобы ездить на „кулачке“, нужно уметь ей пользоваться. Да и шумит такая трансмиссия сильно. Впрочем, бывают кулачковые коробки, которые не требуют специальных „гоночных“ навыков. В принципе, кулачковая коробка устроена так же, как обычная, только вместо косозубых шестерен - прямозубые, вместо зубчатых муфт - кулачковые, и никаких синхронизаторов - гоночное зацепление. Кулачки обеспечивают высочайшую скорость переключений, но из-за ударных нагрузок быстро скругляются и требуют замены.

Вариатор – единственный из существующих на сегодняшний день видов КПП позволяет бесступенчато изменять передаточное отношение между двигателем и трансмиссией. А это значит, что для каждого режима работы автомобиля (т.е. скорости и сопротивления движению) можно подобрать наиболее эффективное значение передаточного отношения. Следствием постоянной работы двигателя в зоне оптимальных оборотов является высокая экономичность, снижение токсичности выхлопных газов

илучшая динамика разгона автомобилей с вариаторами. А так как передаточное отношение изменяется плавно, то такие автомобили отличаются и плавностью хода. Отсутствие рывков при переключениях увеличивает срок службы узлов трансмиссии. Вариаторы имеют небольшой вес, простую конструкцию (по сравнению с АКПП) и достаточно надежны.

Недостаток фрикционных вариаторов состоит в том, что они могут передавать ограниченный крутящий момент, при превышении которого

142

- цепь передает тянущее усилие, а не толкающее. Второе – мощность передается скошенными торцами осей звеньев цепи.

В торовых вариаторах вместо раздвижных шкивов применяются конусовидные диски, а ремень заменяют ролики. Один диск (ведущий) соединяется с коленвалом двигателя, другой (ведомый) — с трансмиссией. К дискам прижимаются ролики, которые могут вращаться вокруг горизонтальной оси, передавая крутящий момент, и смещаться относительно вертикальной оси, соприкасаясь с дисками в разных точках. Изменяя положение роликов, меняем передаточное отношение. Если ролик соприкасается с ведущим диском по малому радиусу, то с ведомым он контактирует по большому — получаем понижающую передачу. При вращении по одинаковым радиусам передача будет прямой, а если ролик прижат к ведущему диску по большему радиусу — повышающей.

Торовые вариаторы способны передавать больший крутящий момент, чем клиноременные. При этом им присущи недостатки клиноременных, так как усилие передается также за счет трения. Торовый вариатор дороже, ввиду того, что для изготовления его деталей требуется высокопрочная сталь, а для смазки — специальное фрикционное масло.

Сегодня в массовом масштабе выпускаются два типа вариаторных БСТ, которые принципиально отличаются только конструкцией гибкого элемента. В одних используется так называемый «толкающий ремень». Технология его производства была разработана голландской фирмой Van Doorne Transmissie (VDT).

Ремень» сформирован из стальных пластин трапециевидной формы, прочно стянутых в замкнутый пакет двумя многослойными металлическими лентами.

Альтернативой толкающему ремню является многорядная металлическая цепь с малым шагом. Такой гибкий элемент на протяжении многих лет применяла в своих вариаторных передачах немецкая фирма PIV Drives,

выпускающая

промышленные редукторы. Несмотря на то что по ряду параметров (КПД, технологичность и др.) цепные вариаторы PIV выглядят несколько

предпочтительнее

голландских конкурентов, они не

144

получили широкого распространения в автомобилестроении. Пока ставку на них делает лишь концерн VAG. Совместно с фирмой LUK он разработал серию БСТ Multitronic, предназначенную для оснащения моделей семейства Audi с продольным расположением двигателя.

Практические конструкции вариаторов включают в себя устройства для обеспечения плавного трогания с места, движения задним ходом, систему управления, гидронасос.

В роли сцепления могут выступать либо пакет фрикционов, либо гидротрансформатор. Пакет фрикционов проще, компактнее, но по плавности включения и долговечности уступает гидротрансформатору. Поэтому такая конструкция применяется на недорогих автомобилях. Гидротрансформатор имеет большие габариты и массу, зато обеспечивает плавное трогание, сглаживание рывков, что увеличивает ресурс работы вариатора. Кроме того, вариатор с гидротрансформатором быстрее переходит с низших передач на высшие при резком разгоне.

Для обеспечения движения задним ходом применяется простая планетарная передача.

Система управления состоит из блока управления, датчиков, гидросистемы управления шкивами. Получая данные об оборотах двигателя, скорости автомобиля и положении педали акселератора, блок управления определяет оптимальное для данного режима движения передаточное число. По показаниям датчиков скорости вращения первичного и вторичного валов определяется реальное передаточное отношение. При их несовпадении блок управления выдает команду гидросистеме на изменение диаметра шкивов.

Рабочее давление в гидросистеме и смазку деталей вариатора обеспечивает насос, приводимый от первичного вала. Причем давление в системе зависит не от оборотов двигателя, а поддерживается пропорциональным развиваемому крутящему моменту. Чем больше момент, тем сильнее сжимаются диски, предотвращая проскальзывание ремня. От давления, создаваемого насосом, зависит быстродействие вариатора – чем оно выше, тем быстрее изменяется передаточное отношение. Масло в системе применяется специальное, с маркировкой CVT. В качестве напоминания такая же надпись ставится на масляном щупе вариатора.

Электронная система управления позволяет наделить вариатор большим перечнем дополнительных функций: адаптация к стилю вождения, экономичный или спортивный режим, «ручное» переключение передач.

Прямой передаче соответствует положение, когда диаметры дисков одинаковы. Поэтому низшее и высшее передаточные числа симметричны относительно единицы.

145

дифференциальный механизм.

Планетарные передачи компактны, могут передавать большие крутящие моменты, имеют высокие КПД.

Основным параметром, определяющим свойства планетарного ряда, является внутреннее передаточное отношение. В общем случае любой планетарный ряд характеризуется шестью внутренними передаточными отношениями. На практике обычно используется одно – отношение частоты вращения малого центрального к частоте вращения большого центрального колеса при остановленном водиле

В зависимости от вращения центральных колес внутреннее передаточное может быть положительным (колеса вращаются в одном направлении), либо отрицательным (в разном направлении).

Блокируя те или иные элементы планетарной передачи между собой или на корпус коробки в простом планетарном ряду, можно получить прямую, повышающую, понижающую передачу или реверс.

Прямая передача – жесткое соединение водила и солнечной шестерни. Корона не может поворачиваться относительно солнечной шестерни (а сателлиты – вокруг своих осей) и весь планетарный ряд вращается как одно целое.

Повышающая передача – солнце является заторможенным элементом, а корона является ведомым звеном.

Понижающая передача – роль ведомого звена играет водило. Когда солнечная шестерня заторможена, водило вращается медленнее короны, а крутящий момент на нем оказывается больше приложенного к короне.

Чтобы изменить направление вращения нужно затормозить водило – корона и солнце будут вращаться в разные стороны.

146

Карданная передача (КП) предназначена для передачи крутящего момента между подвижными относительно друг друга узлами и механизмами.

Карданный шарнир был изобретен итальянским математиком Джироламо Кардано, математическое описание шарнира дал английский математик Роберт Гук.

В общем случае КП состоит из карданных шарниров, карданных валов, и компенсирующего соединения.

Различают карданные шарниры упругие и жёсткие, равных (ШРУС) и неравных угловых скоростей.

Упругие шарниры передают момент между валами с пересекающимися под углом 2-3 градуса осями в результате упругой деформации соединения элементов.

Жёсткие КШ неравных угловых скоростей передают крутящий момент вследствие подвижного соединения жёстких деталей.

При повороте вала 1 вокруг оси на угол α вал 2 поворачивается вокруг своей оси на угол β; tgα=tgβ·cosγ(β≤α)

Равенство углов α и β наступает через каждые 90˚ поворота вала 1. При γ≈15-20˚ следует применять КШ равных угловых скоростей

V3=ω, b=ω2 · a

Равенство ω1=ω2 возможно, если a=b. Это условие выполнимо, если Θ=Ψ, т.е. точка Б лежит на биссектрисе угла 180- γ.

Конструктивно это условие обеспечивается разными способами. Простейшее решение – сдвоенный карданный шарнир

Рис. 4.56 Карданная передача

В 1923 г. немецкий изобретатель К.Вайс запантетовал шариковый карданный шарнир с делительными канавками. В 1925 г. появляется кулачковый шарнир «Тракта»

Компенсирующее соединение выполняется в виде шлицевого соединения.

Две карданные передачи соединяются между собой с помощью тонкостенного стального вала. Одна передача через шлицы соединяется с выходным валом КПП, вторая с помощью фланца - с ведущей шестерней главной передачи.

147

Шлицевое соединение позволяет при движении изменять длину вала (вал скользит по шлицам). При большой длине вала передача сильно вибрирует, а напольный тоннель в кузове приходится делать слишком высоким. Поэтому в большинстве автомобилей применяется карданная передача с промежуточным валом.

Карданная передача обеспечивает передачу крутящего момента под углом не более 20 градусов. При больших значениях значительно возрастает нагрузка на шарниры, увеличивается

неравномерность вращения и вибрации. Поэтому такие передачи не пригодны для переднеприводных автомобилей, так как в них требуется передача момента под углом более 20 градусов.

Выход был найден в применении шарнира равных угловых скоростей (ШРУС). Крутящий момент передается от двигателя на колесо с помощью двух ШРУСов - внутреннего и наружного. Наружный ШРУС должен обеспечивать передачу момента только в изменяющихся угловых направлениях, а внутренний, кроме того, и в осевом направлении. Таким образом, внутренний ШРУС, изменяя длину всей передачи (аналогично шлицевому соединению в карданной передаче), компенсирует перемещения силового агрегата при движении автомобиля.

За всю историю автомобилестроения было сконструировано не меньше десятка видов шарниров, но в настоящее время в основном применяются два : шариковый ШРУС и ШРУС типа «трипод».

Шариковый шарнир состоит из корпуса с наружной обоймой, внутренней обоймы, шести шариков и сепаратора, удерживающего шарики. Шарики размещены в канавках корпуса и обоймы, которая соединяется с приводным валом шлицевым соединением. Внутренние и наружные ШРУСы конструктивно отличаются: дорожки под шарики во внутреннем шарнире - прямые, а в наружном - радиусные. Радиусные обеспечивают больший угол поворота, а прямые позволяют деталям шарниров перемещаться в осевом направлении, компенсируя колебания передней подвески и силового агрегата.

Шариковый ШРУС требует обильной и постоянной смазки, не терпит грязи. Герметичность обеспечивается резиновыми защитными чехлами (пыльниками). Пыльники шарниров имеют форму гофры для того, чтобы каждый раз, когда пыльник сжимается, размазанная по стенкам смазка возвращалась обратно в шарнир.

148

Шарниры типа «трипод» также бывают двух видов: жесткие и универсальные. Первые обеспечивают передачу момента под большими углами и используются в качестве наружных. Универсальные работают при меньших углах, но допускают осевые перемещения - поэтому их устанавливают как внутренние.

Жесткий шарнир состоит из корпуса, соединенного с входным валом. В корпусе неподвижно закрепляется трехлучевая опора, на концах которой установлены вращающиеся ролики с шаровой поверхностью. Внутрь корпуса вставлена вилка с выходным валом, в которой для перемещения по роликам проделаны три паза цилиндрического сечения. Торцевая поверхность вилки сферическая, что позволило получить больший рабочий угол между сопряженными валами.

Универсальный шарнир состоит из корпуса, трех роликов, надетых на пальцы трехлучевой опоры, напрессованную на шлицевую часть выходного вала. Ролики на пальцах опоры вращаются на игольчатых подшипниках. Во внутренней части корпуса сделаны канавки под ролики, что обеспечивает необходимый угол поворота внутреннего шарнира, а

ведущими полуосями колес (мостами) в процессе движения. Необходимость в этом возникает когда ведущие колеса в единицу времени проходят пути разной длины.

Различают дифференциалы (Д): межосевые, межколесные; симметричные и несимметричные; планетарные, кулачковые, червячные.

Выполняется Д заодно с главной передачей автомобиля.

149

Недостатки дифференциала заключаются в том, что он увеличивает склонность автомобиля к заносам, затрудняет трогание с места.

Для устранения этого недостатка предусмотрена возможность выключения (блокировки) дифференциала.

Впервые Д был применен в 1897 г.

Большинство обычных автомобилей прекрасно ездят с обыкновенными коническими дифференциалами. Но прелесть тюнинга как процесса в том и заключается, что его плоды - автомобили совсем не обычные. И когда появились автомобили с более чем 120-сильными двигателями, стало очевидно, что реализовать такую мощь через два ведущих колеса - далеко не простое дело. Конечно, самый оптимальный выход из этой ситуации - полный привод. Но его использование повлекло бы полную переделку всего автомобиля. Выход - применение пусть и не столь радикального, зато давно апробированного решения - самоблокирующегося межколесного дифференциала. В отличие от традиционного конического, он продолжает вращать оба колеса даже в случае, когда одно из них находится на скользком покрытии и буксует. Естественно, что и это решение пришло из спорта - там и моторы мощнее, и условия сцепления шин с покрытием часто хуже, чем на асфальтовых дорогах общего пользования.

Есть разные варианты блокировок, но наибольшее распространение в тюнинге получил червячный механизм типа Quife. Принцип его работы похож на обычный дифференциал, но сателлиты не конической, а цилиндрической формы, и имеют спиральные зубья. Когда колеса вращаются с разной частотой, возникающие на зубьях сателлитов силы прижимают их торцы к корпусу дифференциала и мешают им

150