Převodová skříň hraje bezesporu klíčovou roli ve všech motoristických disciplínách a nejinak je tomu v případě rallye. Převodovky rallye speciálů jsou vystaveny značnému rázovému zatížení, čemuž sériové převodovky jen obtížně odolávají. I v případě speciálně upravených převodovek jsou sériově vyráběná ozubená kola právě ty, která selhávají. Klíčem tohoto problému jsou kompletně navržené speciální sekvenční převodovky (s těmi se neřadí jako u běžného automobilu ve schématu H nebo dvojitého H ale postupně, rychlost za rychlostí, jako na motocyklu) se kterými lze manuálně rychleji řadit, ale hlavně vydrží extrémní zatížení při závodu.

Právě zde vstupuje na scénu firma X Shift Gearboxes. Její majitel a zakladatel František Macho se zabývá konstrukcí a výrobou závodních převodovek již od roku 1999, což je doba, kdy nebyly speciální převodovky pro rally pro sériové automobily rozhodně běžným zbožím. Zkušenosti, které František Macho postupně nasbíral, vykrystalizovaly v založení společnost X Shift Gearboxes, která ihned začala zaujímat místo na trhu a dnes nabízí homologované převodovky příkladně pro Subaru, Mitsubishi, Toyota a další ikony automobilové sportu.

I když jsou stěžejním výrobním programem firmy X Shift Gearboxes převodovky pro rallye, jsou jejich převodovky osazovány převody i pro závody ve zrychlení, kde se převodovky potýkají s kroutícím momentem až 1700 Nm, pro závody do vrchu nebo okruhy, kde jsou výstupní převody zatěžovány naopak vysokými otáčkami. Variantnost uspořádání musí tedy uspokojit všechny požadavky zákazníků a v portfoliu firmy jsou kromě převodovek i závodní diferenciály.

Po celou dobu existence využívala firma X Shift vlastní konstrukční řešení převodovek, ale v případě výpočtů ozubených kol se spoléhala na externí kooperaci. To je v případě sériové výroby jednou navrženého výrobku sice ekonomické řešení, značně však omezuje flexibilitu a další vývoj, které jsou v případě náročných zákazníků s množstvím speciálních přání nezbytné. Nákup softwaru a provádění výpočtů ozubených kol, hřídelí a ložisek „in house“ tak otevírá daleko širší možnosti.

Tyto skutečnosti vyústily v rozhodnutí mít v X Shift pod kontrolou nejen konstrukci a výrobu, ale také výpočty ozubení. Proto vedení firmy rozhodlo o nákupu softwaru KISSsoft, který je v mnoha ohledech neoddiskutovatelně světovou jedničkou ve výpočtech a optimalizaci ozubení pro prakticky všechny aplikace převodů. X Shift Gearboxes se tak zařadila po bok firem jako jsou Ferrari, AMG, či Tesla, které rovněž svůj úspěch staví i na funkcích softwaru KISSsoft.

Rozhranní KISSsys s automaticky generovaným modelem ozubení a kinematickým schématem

Prvním projektem, který se firma X Shift Gearboxes rozhodla v KISSsoftu zpracovat, se stala tříhřídelová převodovka pro Toyotu Yaris GR (Obr.1). Převodovka měla být navržena jako modulární, pro široký rozptyl zatížení s možností zástavby 5, 6 nebo 7 stupňů do jednotné skříně. Hlavním úkolem tedy byla optimalizace celé převodovky pro specifické podmínky nasazení v rallye, vyhovění použití i v ostatních disciplínách a to vše ve variabilním uspořádání.

Nová modulární převodovka byla vymodelována na úrovni kinematického schématu pomocí nadstavby KISSsoftu – KISSsys. KISSsys propojuje výpočty jednotlivých komponent v jeden souhrnný výpočet a hned v průběhu definice převodovky automaticky generuje 3D model soustavy ozubených kol, hřídelí a ložisek (Obr.2). Na modelu se okamžitě projeví případné interference mezi díly a je možné hned od počátku kontrolovat zástavbové rozměry do skříně převodovky.

Ozubení je v převodovkách X Shift většinou jen frézované, což v malosériové výrobě výrazně snižuje náklady. Využití jen šlechtěných materiálů je umožněno také poměrně nízkými nároky na bezpečnost proti vzniku pittingu. Na druhou stranu jsou šlechtěné materiály méně odolné i proti ulomení zubu a o to větší péči je třeba věnovat optimalizaci profilu zubu každého ozubeného kola, zejména v přechodové patní oblasti, kde KISSsoft nabízí celou řadu nástrojů pro optimalizaci z několika hledisek různými metodami, při čemž je brán v úvahu i konkrétní výrobní postup. K dosažení rovnoměrnějšího rozložení zatížení mezi zabírajícími zuby je v X Shift využíváno profilů ozubení s vysokými zuby (Obr.3).

Koncepčně je většina prvků nové převodovky X Shift navrhována co nejuniverzálněji s tím, že pro většinu způsobů použití stačí jen měnit stálý převod. Na rozdíl od běžné praxe, kdy se nové převody montují do původní skříně, vyvíjí X Shift pro každý typ převodovky skříň novou. Nejinak tomu bylo i v případě převodovky pro Toyotu Yaris. Prototypové skříně byly frézovány pětiosým obráběním z plného hliníkového bloku. V následné sériové výrobě je s výhodou využívána metoda vytavitelného modelu, která umožňuje komplexním tvarováním odlitku využít materiálové vlastnosti na maximum (Obr.4).

V X Shift Gearboxes oceňují na KISSsoftu zejména jednoduchost ovládání a provádění uživatele výpočtem pomocí dialogových panelů, kterými je uživatel upozorňován na nestandardní hodnoty jak v zadání, tak ve výsledcích. Uživateli je ihned doporučováno jak hodnoty upravit a kde se dialogy pro změnu hodnoty nacházejí. Neméně oceňovaný je i komplexní pohled na celou převodovku v KISSsysu hned od prvotních návrhů. KISSsys vyniká v rychlosti a jednoduchosti při přepočítávání celé převodovky na jiné parametry.

X Shift soukolí 6ti stupňové převodovky Toyota Yaris GR

Mezi další vyzdvihované přednosti patří velmi detailní možnosti nastavení ozubení samotného, řešení výroby ozubení i v případě drážkování a využitelnost 2D i 3D modelů pro alternativní způsoby výroby. V X Shift Gearboxes nevyužívají KISSsoft jen na výpočty ozubení, ale i na životnostní analýzu ložisek a únavové výpočty hřídelí. Ve výhledu zvažují rozšíření své licence o moduly zohledňující deformaci skříně na namáhání kol hřídelí a ložisek, přičemž je připraveno pro vývoj mnoho dalších projektů. Intenzivním pracovním nasazením a zásadní výhodou ve formě tandemu KISSsoft/KISSsys se podařilo převodovku pro Toyotu Yaris GR vyvinout a připravit k sériové výrobě za pouhých 6 měsíců.

Novou převodovkou se společnost X Shift pochlubila na výstavě MotorSport World Expo v Kolíně nad Rýnem, přičemž převodovku pro Toyotu Yaris GR uvedli na trh i díky KISSsoftu jako první na světě, včetně doplňkových dílů a oprávněně sklidili od návštěvníků veletrhu vlnu zájmu a uznání. Po homologaci převodovky proběhl její křest ohněm v Itálii na velmi oblíbeném Yaris Cupu. Převodovky obstály na výbornou. Ani jedno auto v průběhu celé série neodstoupilo z důvodu závady na převodovce X Shift.

Tento příběh ilustruje, jak vhodné nasazení výkonného specializovaného softwaru umožní i malé firmě získat dostatečné know-how a vývojový výkon, se kterým se může velice rychle dotáhnout na zavedenou konkurenci, a dokonce ji předběhnout. Firma tím výrazně zvýší svoji flexibilitu, což je v případě malých tržních segmentů životně nezbytnou podmínkou úspěchu.

Stánek X Shift Gearboxes na výstavě MotorSport World Expo v Kolíně nad Rýnem

Autor článku: Ph.D. Renny Vachek, Gear Design s.r.o. Plzeň