Овердрайв (механика)

редактировать
Чтобы узнать о других значениях, см. Overdrive.

Овердрайв иногда представляет собой отдельный блок, который вставляется в заднюю часть коробки передач, как в случае с этим блоком Fairey. Табличка предупреждает о включении агрегата только на третьей и четвертой передачах.

Overdrive является операцией из автомобиля крейсерского при долговременной скорости с уменьшенным двигателем оборотами в минуту (RPM), что приводит к лучшему расходу топлива, снизить шум и износ ниже. Термин неоднозначный. Наиболее фундаментальное значение - это общее передаточное число между двигателем и колесами, так что автомобиль имеет избыточную передачу и не может достичь своей потенциальной максимальной скорости, то есть автомобиль мог бы двигаться быстрее, если бы он был на более низкой передаче с двигателем. поворачивая на более высоких оборотах.

Коробка передач Triumph 1960-х с повышающей передачей Laycock de Normanville с электрогидравлическим приводом Овердрайв Laycock de Normanville "J type"

Мощности производится с помощью двигателя увеличивается с RPM двигателя до максимума, а затем спадает. Точка максимальной мощности несколько ниже, чем абсолютный максимум оборотов в минуту, к которой двигатель ограничен, « Redline » RPM. Скорость автомобиля ограничена мощностью, необходимой для преодоления сопротивления воздуха, которое увеличивается с увеличением скорости. На максимально возможной скорости двигатель работает в точке максимальной мощности или пиковой мощности, и автомобиль движется со скоростью, при которой сопротивление воздуха равно этой максимальной мощности. Таким образом, существует одно конкретное передаточное число, при котором автомобиль может достичь максимальной скорости: такое, которое соответствует этой скорости двигателя и этой скорости движения. На скоростях движения ниже этого максимума существует ряд передаточных чисел, которые могут согласовывать мощность двигателя с сопротивлением воздуха, и наиболее экономичным является тот, который приводит к наименьшей частоте вращения двигателя. Следовательно, автомобилю нужна одна передача для достижения максимальной скорости, а другая - для достижения максимальной топливной эффективности на более низкой скорости.

На раннем этапе развития автомобилей и почти универсальной компоновки заднего привода было выбрано передаточное число главной передачи (то есть задней оси ) для быстрых автомобилей, чтобы дать передаточное число для максимальной скорости. Коробка была разработана таким образом, что, для повышения эффективности, самый быстрый коэффициент будет «прямым приводом» или «сквозной» соотношении 1: 1, во избежание потерь на трение в зубчатых колес. Таким образом, для достижения повышенного передаточного числа для крейсерского движения требовалось еще более высокое передаточное число коробки передач, т. Е. Выходной вал коробки передач вращался быстрее, чем двигатель. Таким образом, карданный вал, соединяющий коробку передач и задний мост, работает с перегрузкой, и трансмиссия, способная делать это, получила название трансмиссии с повышающей передачей.

Устройство для достижения повышающей передачи обычно представляло собой небольшую отдельную коробку передач, прикрепленную к задней части основной коробки передач и управляемую собственным рычагом переключения передач. Они часто были необязательными на некоторых моделях одного и того же автомобиля.

По мере того как популярные автомобили становились более быстрыми по сравнению с установленными законом пределами, а затраты на топливо становились все более важными, особенно после нефтяного кризиса 1973 года, использование пятиступенчатых коробок передач стало более распространенным явлением в автомобилях массового потребления. У них была прямая (1: 1) четвертая передача с повышающей пятой передачей, что заменило необходимость в отдельной повышающей передаче.

С ростом популярности переднеприводных автомобилей раздельная коробка передач и главная передача объединились в единую коробку передач. Карданного вала больше нет, поэтому одно значение слова «повышающая передача» больше не может применяться. Однако фундаментальное значение общего передаточного числа выше, чем передаточное число для максимальной скорости, по-прежнему применяется: более высокие передачи с передаточными числами, превышающими 1: 1, описываются как «повышающие передачи».

СОДЕРЖАНИЕ

  • 1 Описание
    • 1.1 Предпосылки
    • 1.2 Коробка передач и главная передача
    • 1.3 Овердрайв
  • 2 Использование
  • 3 Как работает овердрайв
  • 4 В Европе
  • 5 В Северной Америке
  • 6 Экономия топлива и износ трансмиссии
  • 7 Пояснительные примечания
  • 8 ссылки
  • 9 Внешние ссылки

Описание

Фон

Мощность, необходимую для приведения автомобиля в движение при любых условиях и скорости, легко вычислить, в первую очередь, на основе общего веса и скорости автомобиля. Они создают две основные силы, замедляющие автомобиль: сопротивление качению и сопротивление воздуха. Первое примерно зависит от скорости автомобиля, а второе - пропорционально квадрату скорости. Вычислить их из первых принципов, как правило, сложно из-за множества реальных факторов, поэтому они часто измеряются непосредственно в аэродинамических трубах и аналогичных системах.

Мощность, производимая двигателем, увеличивается с увеличением числа оборотов двигателя до максимума, а затем падает. Это известно как точка максимальной мощности. Имея кривую, описывающую общее сопротивление транспортного средства, легко найти скорость, при которой общие силы сопротивления будут такими же, как максимальная мощность двигателя. Это определяет максимальную скорость, которую может развивать автомобиль. Скорость вращения колес для данной скорости движения легко вычислить, умножив длину окружности шины на число оборотов в минуту. Поскольку число оборотов шины на максимальной скорости не совпадает с числом оборотов двигателя при этой мощности, используется трансмиссия с передаточным числом для преобразования одного в другое.

Даже на немного более низких скоростях, чем максимальная, общее сопротивление транспортного средства значительно меньше, и двигатель должен обеспечивать это значительно меньшее количество мощности. В этом случае частота вращения двигателя значительно изменилась, в то время как частота вращения колес изменилась очень мало. Очевидно, что это условие требует другого передаточного числа. Если он не поставляется, двигатель вынужден работать на более высоких оборотах, чем оптимальные. Поскольку двигателю требуется больше мощности для преодоления внутреннего трения на более высоких оборотах, это означает, что больше топлива используется просто для поддержания работы двигателя на этой скорости. Каждый цикл двигателя приводит к износу, поэтому поддержание высоких оборотов двигателя также неблагоприятно для срока службы двигателя. Кроме того, звук двигателя сильно зависит от частоты вращения, поэтому работа на более низких оборотах обычно тише.

Если выполнить то же упражнение по передаче оборотов, описанное выше, для максимальной скорости, но вместо этого установить «максимальную скорость» на крейсерскую скорость, на выходе будет более высокое передаточное число, обеспечивающее идеальный расход топлива. В эпоху, когда автомобили не могли двигаться очень быстро, точка максимальной мощности могла быть достаточно близкой к желаемой скорости, поэтому дополнительные передачи не требовались. Но с появлением более мощных автомобилей, особенно в 1960-е годы, разница между максимальной мощностью и желаемой скоростью значительно возросла. Это означало, что автомобили часто работали далеко не в наиболее эффективном режиме. По мере того как росло стремление к большей экономии топлива, особенно после нефтяного кризиса 1973 года, потребность в «круизном снаряжении» становилась все более насущной.

Коробка передач против главной передачи

Очевидным решением этой проблемы было бы добавить в трансмиссию больше передач. Действительно, в современных автомобилях это обычное дело. Однако в силу исторических особенностей это не всегда было практичным.

В традиционной схеме с задним приводом система трансмиссии обычно содержала две секции: «коробку передач» или «трансмиссию», установленную за двигателем, и «главную передачу», установленную на задней оси в задней части автомобиля. Причина такого разделения обязанностей между передней и задней частью автомобиля заключалась в том, чтобы позволить ведущему валу работать с меньшим крутящим моментом за счет использования более высоких оборотов. Поскольку мощность является продуктом числа оборотов в минуту и крутящего момента, вращение вала на более высоких оборотах позволяет передавать больше мощности при более низком крутящем моменте. Это уменьшило крутящий момент, который должен был выдерживать карданный вал, а, следовательно, и необходимую прочность и вес.

Хотя конструктор теоретически мог выбрать любое передаточное число для коробки передач и главной передачи, есть еще одно дополнительное соображение, которое означало, что высшая передача большинства коробок передач была 1: 1 или «прямой привод». Это выбрано из соображений эффективности, поскольку для передачи мощности не требуются шестерни, что снижает потери ими мощности. Это было особенно важно на заре автомобилей, поскольку их прямозубые шестерни были плохо обработаны, шумно и неэффективно. Затем главная передача взяла этот выходной сигнал и отрегулировала его в трансмиссии с фиксированным передаточным числом, которая была намного проще в сборке. Передаточное число главной передачи 4: 1 было обычным явлением, что означало, что колеса поворачивались на четверть скорости, если бы они были напрямую связаны с двигателем.

Овердрайв

В эпоху, когда различные модели автомобилей с разными размерами колес можно было приспособить, просто изменяя передаточное число главной передачи, для всех трансмиссий имело смысл использовать прямой привод в качестве высшей передачи. Однако, как отмечалось ранее, это приведет к тому, что двигатель будет работать на слишком высоких оборотах для эффективного крейсерского движения. Хотя добавление крейсерской передачи к основной коробке передач было возможно, в целом было проще добавить отдельную двухступенчатую систему повышающей передачи к существующей коробке передач. Это не только означало, что его можно было настраивать для различных транспортных средств, но и иметь дополнительное преимущество, заключающееся в том, что его можно было предложить как легко устанавливаемую опцию.

При использовании переднеприводной компоновки коробка передач и главная передача объединены в единую коробку передач. Между ними больше нет приводного вала, поэтому понятие «прямой привод» неприменимо. Хотя «повышающая передача» все еще упоминается, в настоящее время это в основном маркетинговый термин, обозначающий любое сверхвысокое передаточное число для эффективного движения, независимо от того, достигается ли оно за счет передаточных чисел коробки передач или за счет необычно высокой главной передачи.

использование

Вообще говоря, повышающая передача - это самая высокая передача в трансмиссии. Повышенная передача позволяет двигателю работать на более низких оборотах при заданной скорости движения. Это позволяет автомобилю достичь более высокой топливной экономичности и часто более тихой работы на шоссе. Когда он включен, автоматическая трансмиссия может переключиться в режим повышенной передачи после достижения определенной скорости (обычно 70+ км / ч [40-45 миль / ч или более] в зависимости от нагрузки). Когда он выключен, переключение АКПП ограничивается низшими передачами. Повышенную передачу обычно следует выбирать, когда средняя скорость превышает 70 км / ч (40-45 миль / ч).

Индикатор перегрузки на приборной панели (автомобиль с автоматической коробкой передач, 2000 г.в.)

Автоматическая трансмиссия автоматически переключается с OD на прямой привод при увеличении нагрузки. Когда нагрузка меньше, он переключается обратно на OD. При определенных условиях, например, при движении в гору или буксировке прицепа, трансмиссия может «рыскать» между OD и следующей высшей передачей, переключаясь вперед и назад. В этом случае его выключение может помочь трансмиссии «решить». Также может быть полезно выключить его, если требуется торможение двигателем, например, при движении под гору. Руководство по эксплуатации транспортного средства часто содержит информацию и подходящие процедуры, касающиеся таких ситуаций для каждого конкретного транспортного средства.

Практически все автомобили (легковые и грузовые) сегодня имеют повышенную передачу, будь то механическая коробка передач или автомат. На рынке автозапчастей вы также можете дооснастить существующие ранние трансмиссии. Овердрайв широко использовался в европейских автомобилях с механической коробкой передач в 60-х и 70-х годах для увеличения пробега и спортивного вождения в качестве варианта с болтовым креплением, но в более поздних трансмиссиях все чаще использовалась встроенная передача. овердрайв с болтовым креплением (например: GKN или производители шестерен) в отличие от встроенного овердрайва обычно имеют возможность использовать повышающую передачу на большем количестве передач, чем только на высшей передаче. В этом случае переключение передач возможно на всех передачах даже при отключенной повышающей передаче. Овердрайв просто увеличивает эффективный диапазон передач, таким образом, третья и четвертая повышающие передачи становятся фактически "третьей с половиной" и пятой передачей. На практике это дает водителю больше передаточных чисел, которые ближе друг к другу, обеспечивая большую гибкость, особенно в автомобилях с высокими характеристиками.

Как работает овердрайв

Кнопка повышающей передачи на рычаге переключения передач автомобиля с автоматической коробкой передач 2000 года выпуска.

Повышающая передача состоит из планетарной зубчатой ​​передачи с электрическим или гидравлическим приводом, закрепленной болтами за трансмиссией. Он может либо соединять первичный приводной вал непосредственно с выходным валом (или карданным валом ) (1: 1), либо увеличивать выходную скорость так, чтобы он вращался быстрее, чем первичный вал (1: 1 +  n). Таким образом, выходной вал может быть «перегружен» относительно входного вала. В более новых трансмиссиях повышенная (ые) скорость (ы) обычно является результатом комбинаций планетарных / планетарных передач, которые интегрированы в трансмиссию. Например, трансмиссия ZF 8HP имеет 8 передач переднего хода, две из которых являются повышающими (lt;1: 1) передаточными числами. В старых автомобилях он иногда приводится в действие ручкой или кнопкой, часто встроенной в ручку переключения передач, и не требует включения сцепления. В новых автомобилях есть электронная повышающая передача, в которой компьютер автоматически подстраивается под условия потребляемой мощности и нагрузки.

В Европе

Подавляющее большинство овердрайвов в европейских автомобилях было изобретено и разработано капитаном Эдгаром Дж. Де Норманвиллем (1882–1968) и произведено английской компанией Laycock Engineering (позже GKN Laycock) на ее заводе Little London Road в Шеффилде. Система, разработанная де Норманвиллем, была принята и изготовлена ​​Laycock после его случайной встречи с инженером Laycock Products. Овердрайвы De Normanville были обнаружены в автомобилях, произведенных Standard-Triumph, которые были первыми, за ними следуют Ford, BMC и British Leyland, Jaguar, Rootes Group и Volvo, и это лишь некоторые из них. Другая британская компания, бывшая авиастроительная компания Fairey, построила успешный полностью механический агрегат для Land Rover, который до сих пор производится в Америке.

Первым серийным автомобилем, оснащенным системой Laycock, стал Standard Vanguard Saloon 1948 года. Первым созданным агрегатом стал овердрайв A-типа, который устанавливался на многих спортивных автомобилях в 1950-х и в конце 1960-х годов. Несколько известных марок использовали овердрайв A-типа, включая Jaguar, Aston Martin, Ferrari, Austin-Healey, Jensen, Bristol, AC, Armstrong Siddeley и линейку спортивных автомобилей Triumph TR, от TR2 до конца 1972 модельного года. TR6.

В 1959 году Laycock Engineering Company представила овердрайв D-типа, который устанавливался на различных легковых автомобилях, включая Volvo 120 и 1800-х годов, Sunbeam Alpines и Rapiers, Triumph Spitfires, а также MGB 1962–1967 годов (автомобили с 3-синхронизирующей трансмиссией).).

С 1967 года был представлен овердрайв LH-типа, который использовался во множестве моделей, включая MGB 1968–1980 годов, MGC, Ford Zephyr, ранние модели Reliant Scimitars, TVR и Gilberns.

Овердрайв J-типа был представлен в конце 1960-х годов и был адаптирован для автомобилей Volvo, Triumph, Vauxhall / Opel, American Motors и Chrysler, а также фургонов Ford Transit.

Овердрайв P-типа отмечен последними обновлениями и включал в себя как версию Gear Vendors для США, так и версию Volvo. Версия Volvo сохранила тот же размер пакета, что и J-тип, но с обновленным 18-элементным механизмом свободного хода и более прочными шлицами через водило планетарной передачи. В версии Gear Vendors для США используется выходной вал большего диаметра 1,375, что обеспечивает большую производительность и более длинную заднюю часть корпуса.

За 40 лет компания Laycock Engineering произвела более трех с половиной миллионов единиц повышающей передачи, и более миллиона из них были установлены на автомобили Volvo.

В 2008 году американская компания Gear Vendors, Inc. из Эль-Кахона, штат Калифорния, приобрела все овердрайвные активы GKN, чтобы продолжить производство американской версии и всех запчастей для типов J и P по всему миру.

Система оснащена устройством, работающим под давлением масла, прикрепленным к задней части стандартной коробки передач, работающим на выходном валу коробки передач. Благодаря системе давления масла, соленоидов и поршней, повышающая передача понижала обороты на любых передачах, на которых он использовался, на 22% (0,778). Например, система повышающей передачи, применяемая в Triumph TR5, работает на 2-й, 3-й и высшей передаче. При включении повышающая передача снизит обороты с 3000 на 666 об / мин, или с 3500 - с 777 об / мин до 2723 об / мин. Преимущество этого снижения числа оборотов в расходе топлива чаще всего заключалось в снижении почти на 22% во время движения по шоссе.

В Северной Америке

До того, как автоматические трансмиссии стали обычным явлением, особенно в 1950-х годах, многие американские автомобили с задним приводом были доступны с опцией повышающей передачи. С существенными улучшениями, разработанными в Манси, штат Индиана, Уильямом Б. Барнсом для производства его подразделением Warner Gear, BorgWarner предоставила коробку, которая устанавливалась на заводе между трансмиссией и карданным валом с укороченным углом. Поскольку функцию ускорения, если она включена, можно было переключить, просто ослабив акселератор, не нажимая педаль сцепления, действие было очень похоже на полуавтоматический. Кроме того, соленоид с электрическим приводом отключает устройство с помощью переключателя под педалью акселератора, обеспечивая эквивалент кикдауна автоматической коробки передач. Ручка, соединенная с тросом Боудена, как и в некоторых системах аварийного торможения, также была предусмотрена для механической блокировки устройства. Использование повышающей передачи с основной 3-ступенчатой ​​трансмиссией на 2-й передаче было аналогично передаточному отношению 3-й передачи, а с основной трансмиссией на третьей передаче общее передаточное число было дробным (то есть «истинным перегрузом»). Это было важно для уменьшения износа, шума и трудностей с управлением.

Такие дополнительные овердрайв-боксы были доступны с 1930-х по 1970-е годы для легковых и легких грузовиков.

Сегодня большинство легковых и грузовых автомобилей с бензиновым и дизельным двигателем оснащаются повышающей передачей из-за преимущества в экономии топлива. Овердрайв включен как в автоматическую, так и в механическую трансмиссии в качестве дополнительной передачи (или двух в некоторых случаях).

Экономия топлива и износ трансмиссии

При использовании повышающей передачи частота вращения двигателя снижается, что снижает износ и обычно экономит топливо. С 1981 года в США по корпоративному законодательству о средней экономии топлива (CAFE) практически все отечественные автомобили имеют повышенную передачу для экономии топлива. Следует обратиться к руководству по эксплуатации автомобиля, чтобы определить правильную скорость для работы с перегрузкой. Все двигатели имеют диапазон максимальной эффективности, и возможно использование повышающей передачи для удержания двигателя вне этого диапазона в течение всего или части времени его использования, если используется на несоответствующих скоростях, что сокращает любую экономию топлива за счет более низких оборотов. скорость двигателя.

Общее снижение трансмиссии сводится к трем основным факторам: передаче трансмиссии (включая повышающую передачу), передаче дифференциала (в оси) и размеру шин. Проблема скорости вращения возникает, когда дифференциальная передача имеет высокое передаточное число и для компенсации используется повышающая передача. Это может вызвать неприятные вибрации на высоких скоростях и возможное разрушение приводного вала из-за центростремительных сил или неравномерного баланса.

Приводной вал обычно представляет собой полую металлическую трубку, которая требует балансировки для уменьшения вибрации и не содержит внутренних распорок.

Более высокие скорости на приводном валу и связанных с ним деталях могут вызвать проблемы с нагревом и износом, если объединить повышающую передачу и высокую дифференциальную передачу (или даже очень маленькие шины), и создать ненужное трение. Это особенно важно, потому что дифференциальные шестерни залиты тяжелым маслом и редко имеют какое-либо охлаждение, кроме обдува корпуса воздухом.

Стимул состоит в том, чтобы свести к минимуму использование перегрузки и обеспечить первую передачу с более высоким передаточным числом, что означает большее количество передач между первой и последней, чтобы двигатель оставался на наиболее эффективных оборотах. Это одна из причин того, что современные автомобили, как правило, имеют в трансмиссиях большее количество передач. Это также является причиной того, что в транспортном средстве редко встречается более одной повышающей передачи, за исключением особых обстоятельств, например, когда требуется высокая (числовая) дифференциальная передача для движения транспортного средства, как в грузовиках или высокопроизводительных легковых автомобилях, хотя двойные повышающие передачи распространены в других транспортных средствах, часто с небольшим числом на редукторе оси, но обычно включаются только на скоростях, превышающих 100 километров в час (62 мили в час).

Пояснительные примечания

использованная литература

внешние ссылки

Последняя правка сделана 2023-03-21 05:30:57
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте