Здравствуйте, уважаемые читатели!
Сегодня давайте продолжим болезненную тему возможной реализации автоматической трансмиссии нового поколения на ВАЗе.
Итак, предположим, что выбор остановился на преселективной роботизированной кпп с двумя "мокрыми" сцеплениями (обсуждали, почему это логично, в предыдущем материале). Количество передач в ней должно быть не менее 6, а конструкция при этом - наиболее простой. В идеале, следует обойтись без гидравлического блока управления ("мехатроника") как слабого и дорогого звена.
Ну, об особенностях конструкции давайте поговорим отдельно, а сегодня, обобщив сведения о буржуях, предлагаю обсудить то, как может выглядеть именно редукторная часть КПП- расположение шестерён и валов, передаточные числа и пути передачи момента от двигателя к колёсам.
Хотелось поразмять мозги в отпуске и наплодить интересного контента для канала. Надо сказать, что мозги размялись весьма основательно, ибо даже такая элементарная задача, как подобрать диаметры всех шестерён, не говоря о количестве зубьев, без знаний в этой области не так проста, как кажется! Как говорят на Дзене, рассказываю:
По плану, было несколько этапов:
- определиться с количеством валов, шестерён и передач;
- подобрать оптимальные для гражданской езды передаточные числа на калькуляторе передаточных чисел;
- нарисовать модель без привязки к передаточным числам, с приблизительно похожими на реальные размерами всех шестерён;
- попытаться подобрать все размеры и расстояния между элементами КПП так, чтобы итоговые передаточные числа были максимально близкими к оптимальным;
- привести размеры к простым числам и изобразить на всех шестернях зубья, по возможности плавно катящиеся друг по другу (с "эвольвентами" - привет комментаторам);
- изобразить синхронизаторы, дифференциал и вилки включения передач, таким образом завершив эскиз по редукторной части;
- описать всё это в данной статье, и перейти к обсуждению конструкции остальной части КПП, к рисованию сцеплений и их приводов, картера, раздатки на заднюю ось, приводов передач, чему посвятить отдельную статью.
В общем, классическое проектирование "сверху вниз".
Сразу, обращаясь к уважаемым экспертам в комментариях, скажу, что целью является поржать поразмять мозги и весело провести время, ни на что более автор не претендует.
Ну, как вы понимаете, всё пойти по плану у нас не может.
1. Начало. По обрывочным сведениям из интернета, было выдвинуто предположение, что нужно делать 7 передач переднего хода и 2 вторичных вала КПП - то есть КПП будет 4х-вальная, если считать вал заднего хода, и не считать вал главной передачи. По диагонали пробежав литературу (о ней - в конце), было решено, что всю схему можно реализовать с помощью двух первичных валов с двумя жёстко закреплёнными шестернями на каждом, и двух вторичных валов с четырьмя шестернями на каждом, по необходимости фиксируемых на валу муфтами с синхронизаторами. При этом каждый вторичный вал, в свою очередь, вращает уже дифференциал. И плюс одна паразитная шестерня для заднего хода. Получается очень простая схема с 7 передними передачами и всего 13 шестернями, думал я. Для проверки её жизнеспособности, была запилена простейшая 3D - модель в solidWorks, в которой передаточные числа выражены пока как пропорция диаметров шестерён в миллиметрах. Приблизительные размеры шестерён (толщину и средний диаметр) взял с чертежа на КПП ВАЗ 2118. Получилась вот такая муть:
2. Подбор "идеальных" передаточных чисел.
7 передач - отличная цифра, не мало и не слишком много, можно и на кроссоверах сделать "пониженные" нижние передачи, и провалы между ступенями небольшие, подумал я, поэтому далее был запилен простенький калькулятор передаточных чисел, чтобы эти самые числа определить. Если кому интересно, можете поиграться в нём сами, перейдя по ссылке.
Как подбирались передаточные числа?
Для начала, был обобщён житейский опыт, и сравнены передаточные числа стандартного ВАЗовского ряда КПП, и передаточные числа коробок, представленных на рынке - DSG DQ200 (0AM, VAG), powershift-7dct300 (Getrag, ставится на кучу машин от BMW и Mercedes до Chery tiggo), и появились требования к легковому "гражданскому" ряду ПЧ:
- первая передача заметно "короче", чем нынешнее итоговое ПЧ 13,5, чтобы проще трогаться в горку и меньше мучать сцепление, но без фанатизма - совсем пониженную "первую" можно оставить кроссоверам, иначе она будет практически не нужна в городе;
- седьмая передача немного длиннее, чем нынешнее 2,89 - с учётом меньшего сопротивления движению у новых легковушек и более уверенной тяги на "низах", можно слегка удлинить высший ряд для экономии топлива;
- разброс ПЧ между соседними передачами, плавно уменьшающийся от низших передач к высшим (на высокой скорости мотору труднее, числа должны быть сближены, а на низкой относительно большой разрыв между передачами позволит не столь часто переключаться);
- возможность относительно свободного изменения характера ряда ПЧ, под разные задачи. Здесь нужно пояснить. Кроссоверам нужен ещё более широкий диапазон ПЧ, чего нужно добиваться "укорачиванием" низших передач, а "заряженным" версиям легковушек - более сближенные передаточные числа, без "ползучих" низших передач и совсем повышенных высших. Например, на "восьмёрочную" КПП существует куча альтернативных рядов, которые встают в стандартные места установки валов. Такая возможность должна быть и здесь.
В общем, долго не буду томить, был выбран примерно такой ряд передач:
3. Поиск компоновки для обеспечения нужного ряда передаточных чисел.
Тут мозги у меня запарились окончательно.
Дело в том, что в такой конструкции КПП, можно варьировать многие параметры:
- диаметры шестерён всех семи передач на вторичных валах;
- передаточные числа главных пар каждого вторичного вала;
- диаметры шестерён на первичных валах;
- расстояние между валами.
Легко подогнать под нужные размеры первые 3-4 передачи, а дальше - дальше изменение следующих параметров начинает неминуемо влиять на предыдущие, причём, конечно, в худшую сторону. К тому же, нужно даже на таком эскизном этапе, учитывать возможность последующего воплощения - то есть, образно говоря, не должно получиться так, что шестерню первичного вала с выбранным размером невозможно будет применять, так как в ней будет 3 зуба, и сквозь такой первичный вал не пропустить другой первичный вал. А самое главное, исчезает и возможность "затачивать" ряд под различные цели, не изменяя основных параметров вроде расстояния между валами.
В итоге, у меня получилась вот такая далёкая от оптимальной картина, после чего надо уже было идти спать :)
Какая-то фигня, думал я себе. Это наиболее близко к тому, что планировалось, при адекватных размерах деталей, и всё равно, первая слишком длинная, вторая слишком близка к первой, третья далеко от второй, четвёртой и пятой, наоборот, быть бы подлиннее, шестая вообще очень длинная, и "зазор" до седьмой слишком маленький. В общем, ни в дугу!
На следующий день, мне стало интересно, и пошёл я изучать подробные мануалы на DQ 500 и DQ200. И оказалось там много интересного! Вообще, если кто интересуется в технику, не ленитесь, почитайте и восхититесь сумрачному немецкому гению! И отдельный респект тому, кто составлял эти брошюры, они отличные!
Оказывается, немцы не пытались всё и вся упрощать, и у них есть несколько решений, как обойти все эти препятствия. Да и к сильному усложнению это не привело.
Во-первых, у DQ-500 нет вала задней передачи. Оцените изящество идеи - паразитную роль для шестерни передачи заднего хода играет шестерня второй передачи, которая при включении "задней" сама по себе с валом не замыкается. Это, конечно, накладывает ограничения на размеры шестерён и расположение валов, однако, насколько упрощается дело!
Во-вторых, и на DQ-500, и на DQ-200 есть дополнительные 2 шестерни на первичном валу нечётных передач! Таким образом, развязываются руки для выбора их передаточных чисел. Конечно, это тоже несколько ограничивает их размеры и компоновку. Однако, у немцев всё получилось.
Попутно, при изучении этих материалов, мне показалось, что КПП DQ-200 сильно переусложнена. Судите сами: 4 вала, 12 датчиков, 8 электромагнитных клапанов, электрический насос высокого (рабочее-7МПа!) давления для мехатроника, гидроаккумулятор и супер-продвинутый софт для согласования и работы всего этого. К тому же, вес КПП составляет 70 кг, при предельном моменте 250 Н*м, хотя, например, рассчитанная 360 Н*м "мокрая" 7DCT300 весит 67 кг, а "толстая" DQ-500 с предельным моментом 600 Н*м и хорошей репутацией по надёжности весит 96 кг.
Удовлетворённый тем, что я не настолько тупой, и немцы тоже не изобразили всю партию на предельно малом количестве элементов, я стал всё переделывать.
Об этом, а также о конструкции гидравлики, сцеплений и блока управления, давайте поговорим уже в следующий раз. Спасибо вам за внимание!
Мира вам и здоровья.