Drivaxel — funktion, konstruktion och användningsområden
Översikt av drivaxeln: hur den överför vridmoment, huvudtyper, uppbyggnad, historisk utveckling, vanliga användningsområden och underhållsaspekter.
En drivaxel är en mekanisk axel som överför vridande kraft från en drivkälla till en anordning där arbete utförs. Begreppet täcker flera varianter och synonymer, till exempel drivaxel, propelleraxel eller kardanaxel. I praktiken är drivaxeln en central maskindel som leder effekt och vridande kraft från en motor till en punkt där nyttigt arbete utförs, som att driva hjul, propellrar eller verktyg.
Bildgalleri
10 Bilder
Funktion och grundläggande egenskaper
Drivaxlar arbetar främst med att föra över vridmoment — det vill säga roterande kraft — och måste klara påfrestningar som vridmoment, torsion och skjuvspänningar. Konstruktionen är en avvägning mellan styrka och vikt: en kraftigare axel kan tåla större belastning men kan också öka roterande massa och försämra effektivitet. Ytbehandling, längdförmåga, splines, flänsar och kopplingspunkter är vanliga detaljer i en drivaxel.
Typer och konstruktion
Det finns flera varianter beroende på användning. I fordon förekommer:
- Hjälpaxlar eller halvaxlar för att föra kraft till hjul, ofta med konstant-velocity-led (CV-led).
- Mittmonterade drivaxlar eller kardanaxlar med universalled (kardanled) för att hantera vinklar mellan motor och differential.
- Propelleraxlar i fartyg som överför kraft från maskin till propeller.
Drivaxlar används också i turbiner där gas eller vatten driver en roterande element, till exempel i vattenkraft där vatten driver ett vattenhjul eller i gasturbiner där arbetsmedium passerar turbiner. I fordonskontext sitter drivaxeln oftast mellan en förbrännings- eller elmotor och hjulen, såsom i ett fordon med förbränningsmotor eller i ett fordon med fram-, bak- eller fyrhjulsdrift.
Historia och utveckling
Idén att överföra roterande kraft med axlar och leder är gammal och återfinns i tidiga maskiner och verktyg. Utvecklingen av universalleden (kardanled) möjliggjorde effektiv överföring av kraft över vinkelavstånd, och med industrialismen och bilens genombrott blev drivaxlar standard i många applikationer. Material och tillverkningsmetoder har successivt förbättrats: från enkla smidda axlar till dagens lätta legeringar och kompositmaterial, vilket har lett till högre effektöverföring och längre livslängd.
Användningsområden och exempel
Drivaxlar återfinns i en mängd tillämpningar: personbilar och lastbilar, marin framdrivning, industriella drivsystem och stora kraftmaskiner. Typiska arbetsuppgifter är att överföra motorkraft till hjul, propellrar eller arbetsverktyg. Eftersom axeln för vidare kraft från en energikälla till en last, påverkar dess dimensionering både effektiviteten och tillförlitligheten i hela drivlinan. Vanliga felkällor är obalans, slitage i leder, sprickbildning på grund av utmattning och felaktig montering, vilket kan orsaka vibrationer och förluster.
Materialval, underhåll och skillnader
Materialval spänner från stål och legeringar till aluminium och kolfiberförstärkta kompositer för högpresterande applikationer. Underhåll innebär regelbunden inspektion av leder, tätningar och flänsar samt balansering för att minimera vibrationer och förlänga livslängden. Skillnader mellan varianter ligger i hur de hanterar vinkeländringar (till exempel universalled kontra CV-led), hur de är uppbyggda (enkel axel mot teleskopisk axel) och vilket medium som driver dem. Belastningen som axeln överför kallas ofta last, och korrekt dimensionering minskar risken för överbelastning och brott.
Ytterligare läsning och källor
För fördjupning om mekanisk design, materialval och dimensionering av drivaxlar finns tekniska artiklar och handböcker som behandlar beräkningar för vridmoment, effektoverföring och hållfasthetsanalys. Ytterligare aspekter som berörs i facklitteraturen är torsion, skjuvspänning och praktiska exempel på hur drivaxlar integreras i större maskinsystem. Se även resurser om motorer och drivlinor för mer kontext (motor, förbränningsmotor, fordon) samt exempel på vatten- och turbinapplikationer (vatten, vattenhjul, turbiner).
Bilar
De flesta bilar idag använder drivaxlar för att överföra kraften från motorn till hjulen. De flesta bilar som tillverkas i dag har framhjulsdrift (framhjulen har kraften att driva bilen). I det här fallet finns drivaxlarna mellan växellådan och varje framhjul.
I bilar med bakhjulsdrift finns det drivaxlar mellan differentialen och varje bakhjul. Det finns också en drivaxel som löper i bilens längd, från växellådan fram till differentialspaken bak - på brittisk engelska kallas detta inte drivaxel utan propelleraxel, och drivaxlarna kan kallas halva axlar (eftersom det är två som utgör en axel).
Det finns olika typer av drivaxlar som används i bilar:
- 1 stycke drivaxel
- Drivaxel i 2 delar
- Slip in Tube drivaxel
Slip in Tube Drive axeln är den nya typen som hjälper till att absorbera energi vid en krock och skyddar personerna i bilen eller lastbilen. Den kallas också för en hopfällbar drivaxel.
Drivaxlar för motorcyklar
Drivaxlar har använts på motorcyklar nästan lika länge som det har funnits motorcyklar. Många motorcyklar använder en enklare kedja eller remdrift i stället, men drivaxlar kräver mindre skötsel och har en lång livslängd. Ett problem med att använda drivaxlar på en motorcykel är att det behövs en växel för att vända kraften 90° från axeln till bakhjulet, vilket innebär att man förlorar en del kraft i processen.
Traktorer
Lantbrukstraktorer använder en typ av drivaxel som kallas kraftuttagsaxel, eller PTO-axel. Det är en axel som kommer ut bakifrån traktorn. Den kan anslutas till all jordbruksutrustning som behöver kraft från traktorns motor, t.ex. en höbalpress eller en majshuggare. Detta gör att traktorn kan användas för många olika ändamål, och jordbruksutrustningen behöver inte ha en egen motor, vilket sparar pengar.
Drivaxlar i cyklar
Drivaxeln kan också användas i en cykel i stället för kedjedrift. De har använts under det senaste århundradet, även om de aldrig blev särskilt populära. När en drivaxel används på en cykel har den flera för- och nackdelar:
Fördelar
- Det är mindre sannolikt att drivsystemet fastnar eller går sönder, vilket är ett vanligt problem med kedjedrivna cyklar.
- Inget fett på ryttaren och inget "kedjebett" som tar tag i kläderna.
- Det krävs mindre omsorg än för ett kedjesystem när drivaxeln är innesluten i ett rör, vilket är den vanliga konventionen.
- Mer konsekventa prestanda. Dynamic Bicycles hävdar att en cykel med kardanaxel konsekvent ger en effektivitet på 94 %, medan en kedjedriven cykel kan ge en effektivitet på 75-97 % beroende på konditionen.
- Mer utrymme ovanför marken (markfrigång) för att kunna köra över gupp eller saker i vägen.
- För cykeluthyrningsföretag är det mindre troligt att en cykel med kardanaxel stjäls, eftersom den uppenbarligen ser annorlunda ut. Denna typ av cykel används i flera större städer i Europa, där det har funnits stora stadsdrivna projekt för cykeluthyrning eller delning av cyklar.
Nackdelar
- Ett drivaxelsystem väger mer än ett kedjesystem, vanligtvis 1-2 pund tyngre.
- I bästa skick ger en kedja större effektivitet.
- Att täcka kedjan och kugghjulen med ett metall eller plastöverdrag löser vissa problem med kedjor.
- Det är omöjligt att använda lättviktsväxlar med ett stort antal utväxlingar, även om navväxlar kan användas.
- Det kan vara svårt att ta bort hjulet
Frågor och svar
F: Vad är en drivaxel?
S: En drivaxel är en del av en maskin som överför kraft från en motor till en plats där användbart arbete kan utföras.
F: Hur skapas kraft i motorer?
S: Kraft i motorer skapas som vridmoment genom att något roterar.
F: Vilka är några exempel på källor till roterande kraft?
S: Exempel på källor till roterande kraft är en förbränningsmotor (i en bil), vatten som driver ett vattenhjul och gas eller vatten som går genom en turbin.
F: Vad är vridning och skjuvspänning?
S: Torsions- och skjuvspänningar är typer av spänningar som uppstår när den last som drevs av drivaxeln skapar motstånd mot rotationen.
F: Varför måste drivaxlar vara starka?
S: Drivaxlar måste vara tillräckligt starka för att klara det vridmoment, den vridning och den skjuvspänning som skapas av lasten.
F: Vilken balans måste uppnås vid utformningen av drivaxlar?
S: Det måste finnas en balans mellan styrka och vikt vid utformningen av drivaxlar så att drivaxeln är stark men inte för tung.
F: Hur påverkar en lätt drivaxel effektiviteten i kraftöverföringen?
S: En lätt drivaxel kommer att överföra kraften effektivare till lasten eftersom den har mindre massa att accelerera och bromsa, vilket leder till att mindre energi slösas bort.
Relaterade artiklar
Författare
AlegsaOnline.com Drivaxel — funktion, konstruktion och användningsområden Leandro Alegsa
URL: https://sv.alegsaonline.com/art/28961
Källor
- extension.psu.edu : "Power Take-Off (PTO) Safety"