Volnoběh - Freewheel
V mechanickém nebo automobilovém inženýrství je volnoběžka nebo volnoběžná spojka zařízení v převodovce, které odpojuje hnací hřídel od hnaného hřídele, když se hnaný hřídel otáčí rychleji než hnací hřídel. Rychloběhem je někdy mylně nazýván volnoběžka, ale jinak je nesouvisí.
Stav hnaného hřídele, který se točí rychleji než jeho hnací hřídel, existuje u většiny jízdních kol, když jezdec přestane šlapat . U jízdního kola s pevným převodem bez volnoběhu pohání zadní kolo pedály.
Obdobná situace je u automobilu s manuální převodovkou, který jede z kopce, nebo v jakékoli situaci, kdy řidič sundá nohu z plynového pedálu a sešlápne plyn : kola pohání motor, případně při vyšších otáčkách. U dvoutaktního motoru to může být katastrofální-mnoho dvoudobých motorů závisí na mazání směsí paliva a oleje , nedostatek paliva v motoru způsobuje nedostatek oleje z válců a písty se mohou brzy zadrhnout, což způsobí rozsáhlé škody . Saab z tohoto důvodu použil ve svých dvoudobých modelech systém volnoběžky a udržoval jej v Saabu 96 V4 a raných Saabech 99 pro lepší úsporu paliva .
Mechanika
Nejjednodušší volnoběžné zařízení se skládá ze dvou kotoučů s pilovými zuby a pružinami tlačených proti sobě zubovými stranami k sobě, poněkud jako rohatka . Otáčením v jednom směru se zuby pily hnacího kotouče zablokují zuby hnaného kotouče, čímž se otáčí stejnou rychlostí. Pokud hnací kotouč zpomalí nebo se přestane otáčet, zuby hnaného disku sklouznou přes zuby hnacího kotouče a pokračují v otáčení, čímž se vytvoří charakteristický zvuk cvakání úměrný rozdílu otáček hnaného ozubeného kola vzhledem k (pomalejšímu) hnacímu ústrojí .
Sofistikovanější a odolnější konstrukce má pružinové ocelové válečky uvnitř poháněného válce. Válce se otáčí v jednom směru a zablokují se s válcem, takže se unisono otáčí. Pomalejší rotace nebo v opačném směru ocelové válečky jen proklouznou dovnitř válce.
Většina volnoběžek jízdních kol používá k přenášení zátěže vnitřně stupňovitý zubový buben se dvěma nebo více pružinovými, kalenými ocelovými západkami . Více západek pomáhá šířit opotřebení a poskytuje větší spolehlivost, i když, pokud není zařízení vyrobeno v tolerancích, které se běžně nevyskytují v součástech jízdního kola, je jen zřídka dosaženo současného zapojení více než dvou západek.
Výhody a nevýhody
Volnoběžný mechanismus ze své podstaty funguje jako automatická spojka , což umožňuje měnit rychlostní stupně v manuální převodovce , a to buď nahoru nebo dolů, bez sešlápnutí pedálu spojky, což omezuje použití manuální spojky na rozjezd z klidu nebo zastavení. Volnoběžku Saab může řidič zapnout nebo vypnout stisknutím nebo zatažením za páčku. Tím se zamkne nebo odemkne hlavní hřídel pomocí náboje volnoběžky.
Volnoběžka také produkuje o něco lepší spotřebu paliva u karburátorových motorů (bez vypnutí paliva u motorové brzdy) a menší opotřebení manuální spojky, ale vede k většímu opotřebení brzd, protože již není možné provádět brzdění motorem . To může způsobit, že jsou volnoběžné převody nebezpečné pro použití na nákladních automobilech a automobilech poháněných v horských oblastech, protože dlouhodobé a nepřetržité brzdění za účelem omezení rychlosti vozidla brzy vede k přehřátí brzdového systému, po kterém krátce dojde k úplnému selhání.
Využití
Zemědělská technika
V zemědělské technice se volnoběžná spojka obvykle používá u lisů na seno a jiných zařízeních s vysokým setrvačným zatížením, zvláště když se používá ve spojení s traktorem bez přímého náhonu (PTO). Bez živého vývodového hřídele může vysoké setrvačné zatížení způsobit, že se traktor bude i nadále pohybovat vpřed, i když je sešlápnuta nožní spojka, což vytváří nebezpečné podmínky. Odpojením zátěže od vývodového hřídele za těchto podmínek zvyšuje překračující spojka bezpečnost. Podobně mnoho bezmotorových sekaček na trávu s „tlačným“ válcem používá k pohonu nožů volnoběžku: jsou poháněny převodovkou nebo jsou poháněny řetězem a otáčejí se vysokou rychlostí a volnoběžka zabraňuje přenosu hybnosti v opačném směru přes pohon, když je stroj zastaven.
Startéry motoru
Volnoběžná sestava je také široce používána na spouštěčích motorů jako druh ochranného zařízení. Spouštěcí motory se obvykle musí otáčet při 3 000 ot / min, aby se motor mohl převrátit. Je -li klíč držen ve startovací poloze po libovolnou dobu po nastartování motoru, startér se nemůže točit dostatečně rychle, aby udržel krok se setrvačníkem. Kvůli extrémnímu převodovému poměru mezi startérem a setrvačníkem (asi 15 nebo 20: 1) by točilo kotvu startéru nebezpečně vysokými rychlostmi, což by způsobilo výbuch, kdyby dostředivá síla působící na měděné cívky navinuté v kotvě již nemohla odolat ven vynutit působí na ně. U startérů bez volnoběžky nebo doběhové spojky by to byl zásadní problém, protože při otáčení setrvačníku na cca 1 000 ot / min při volnoběhu by byl startér, pokud by byl v záběru se setrvačníkem , nucen točit mezi 15 000 a 20 000 ot / min. Jakmile se motor otočí a běží, doběhová spojka uvolní startér ze setrvačníku a zabrání opětovnému záběru ozubených kol (jako při náhodném otočení klíčku zapalování) za chodu motoru. Volnoběžná spojka se nyní používá v mnoha motocyklech s elektrickým startérem. Používá se jako náhrada za pohon Bendix používaný u většiny auto startérů, protože snižuje elektrické potřeby startovacího systému.
Převody vozidel
Kromě výše uvedených automobilových použití (tj. U dvoudobých motorových vozidel a raných čtyřdobých Saabů) byla od 30. let 20. století v některých luxusních a up-market konvenčních automobilech (například Packard , Rover a Cord ) používána volnoběžná kola. šedesátá léta. Některé motory té doby také měly tendenci propouštět olej kolem pístních kroužků za podmínek se zavřeným plynem a vysokými otáčkami motoru, kdy mírné vakuum ve spalovací komoře v kombinaci s vysokým tlakem oleje a vysokým stupněm mazání rozstřikem z rychle se otáčejících motorů klikový hřídel by vedl k tomu, že by se olej dostal do spalovací komory.
Volnoběh znamenal, že se motor při doběhu vrátil do volnoběhu, čímž se výrazně snížil hluk od motoru i převodovky a snížila spotřeba oleje. Mechanismus by mohl být obvykle uzamčen, aby v případě potřeby zajišťoval brzdění motorem . V původním vozidle Land Rover byl v letech 1948 až 1951 také použit volnoběh. Volnoběžka ovládala pohon od převodovky k přední nápravě , která se při doběhu uvolnila. To umožnilo vozidlu mít trvalý systém pohonu všech čtyř kol tím, že se vyvarovalo „navíjecích“ sil v převodovce. Tento systém fungoval, ale produkoval nepředvídatelné ovládání, zejména v kluzkých podmínkách nebo při tažení, a byl nahrazen konvenčním volitelným systémem 4WD.
Během druhé světové války byla vojenská vozidla Volkswagen vyráběná společností KdF ( Kübelwagen , Schwimmwagen ) vybavena diferenciálním systémem s omezeným prokluzem ZF složeným ze dvou volnoběžných kol , která posílala celý výkon motoru k nejpomalejšímu otáčení obou kol .
Ostatní výrobci automobilů vybavili volnoběžku mezi motorem a převodovkou jako formu automatické spojky . Jakmile řidič uvolnil plyn a vozidlo bylo v doběhu, volnoběh se odpojil a řidič mohl řadit bez použití spojkového pedálu. Tato funkce se objevila hlavně u velkých luxusních vozů s těžkými spojkami a převodovkami bez synchronizace , protože volnoběh umožňoval plynulejší a tišší změnu. Citroën spojil volnoběžku a odstředivou spojku a vytvořil takzvanou „TraffiClutch“, která řidiči umožnila rozjet, zastavit a změnit nižší převodové stupně bez použití spojky. Tato možnost byla u vozů Citroën 2CV a jejích derivátů a, jak název napovídal, byla uvedena na trh jako výhoda pro jízdu v městských oblastech s přetížením. Podobně byl Saab 93 k dispozici s volitelnou spojkou Saxomat .
Běžné použití volnoběžných mechanismů je v automatických převodovkách. Například tradiční, hydraulické převodovky General Motors, jako je Turbo-Hydramatic 400, poskytují volnoběh ve všech rychlostních stupních nižší než zvolený převodový stupeň. Pokud je například volič rychlostních stupňů na třístupňové převodovce označen „pohon“ (3)-„super“ (2)-„nízký“ (1) a řidič vybral „super“, převodovka při volbě prvního rychlostního stupně zařazen, ale ne na druhém nebo třetím rychlostním stupni; pokud je v 'pohonu' volnoběh za první nebo za druhé; konečně, pokud je v nízkém stavu, nedovoluje volnoběh v žádném rychlostním stupni. To umožňuje řidiči zvolit nižší rozsah a zajistit brzdění motorem při různých rychlostech, například při sjíždění prudkého kopce.
Jednotky Overdrive vyráběné společností Laycock de Normanville používaly volnoběžku, která usnadňovala plynulé řazení mezi zamčeným režimem (1: 1) a režimem rychloběhu bez použití konvenčního spojkového pedálu . Volnoběžka by zablokovala odchozí nápravu k odchozí nápravě v krátkém přechodovém období mezi kónickou spojkou pro odpojení odpojeného režimu a spojkou pro zapnutí režimu rychloběhu.
Jízdní kola
Ve starším stylu jízdního kola, kde je mechanismus volnoběžky součástí sestavy ozubeného kola, se tento systém nazývá volnoběžka , zatímco novější styl, ve kterém je mechanismus volnoběžky v náboji, se nazývá volnoběh .
Vrtulníky
Volnoběžky se používají také v rotorových letadlech . Stejně jako se kola jízdního kola musí umět otáčet rychleji než pedály, musí se lopatky rotorového letadla otáčet rychleji než jeho hnací motory. To je zvláště důležité v případě poruchy motoru, kde volnoběžka v hlavním převodu nechá soustavy hlavního a ocasního rotoru pokračovat v točení nezávisle na hnacím systému. To zajišťuje nepřetržité řízení letu a přistání s automatickou rotací .
Dějiny
V roce 1869 vynalezl William Van Anden z Poughkeepsie v New Yorku v USA volnoběžku pro jízdní kolo . Jeho design umístil rohatkové zařízení do náboje předního kola (poháněné kolo na tehdejších designech „ velocipedů “), což umožnilo jezdci pohnout se vpřed, aniž by neustále šlapal. Zpočátku nadšenci jízdních kol odmítli myšlenku volnoběžky, protože věřili, že by to komplikovalo mechanické funkce kola. Cyklističtí nadšenci věřili, že kolo mělo zůstat co nejjednodušší bez jakýchkoli dalších mechanismů, jako je volnoběh.
Ve Velké Británii byl J. White a G. Davies z Coventry Machinist Co. patentován v roce 1881 válečkový volnoběh a namontován na tříkolku Chelseymore, ale průkopníky montáže volnoběžky na bezpečnostní kolo byly Linley a Biggs Ltd (obchodující jako Whippet Cycle Syndicate ), který od léta 1894 vybavil volnoběžku, částečně proto, aby pomohl provozu jejich 2stupňového „proteanského“ zařízení. Nicméně v roce 1899 došlo k rozsáhlému přijetí ve výrobě jízdních kol ve Velké Británii na volnoběh obvykle v kombinaci s brzdou zadního pedálu a byly nabízeny přestavby na stávající kola.
V roce 1899 byl stejný systém v Americe známý jako „ dráhová brzda “, která umožňovala jezdcům brzdit šlapáním dozadu a zahrnovala mechanismus volnoběžky. Na přelomu století zahrnovali výrobci jízdních kol v Evropě a Americe u většiny jízdních kol mechanismus volnoběžky, ale nyní byla volnoběžka na rozdíl od původního návrhu Van Andena začleněna do zadního řetězového kola.
V roce 1924 francouzská cyklistická společnost Le Cyclo představila kolo s řazením s volnoběžkou se dvěma řetězovými koly, která umožňovala jezdcům snadnější jízdu do kopce. Na konci dvacátých let začal Le Cyclo používat přední i zadní přehazovačku v kombinaci s dvojitým převodníkem , což dalo kolu dvojnásobek převodu. Na počátku třicátých let vynalezl Le Cyclo čtyřkolku s volnoběžkou a o několik let později společnost zkombinovala volnoběžku se čtyřmi řetězovými koly a trojitým převodníkem, což dalo kolu dvanáct převodů.
V 60. a 70. letech minulého století představili japonští výrobci vlastní verze přehazovačky. Japonská cyklistická společnost SunTour představila v roce 1964 zejména konstrukci zadního přehazovače se šikmým rovnoběžníkem, která je nakloněna tak, aby kladka byla při řazení blíže ke každému kolu volnoběžky a poskytovala hladší a lepší řazení než tehdejší evropské verze. Tato verze přehazovačky se stala standardem, když v 80. letech vypršel patent SunTour, a stále je vzorem pro dnešní designy.