Wał napędowy -Drive shaft

Wał napędowy z przegubami uniwersalnymi na obu końcach i wielowypustem pośrodku
Animacja 3D wału Kardana w układzie Z
Tylna oś, zawieszenie i wał napędowy Škody 422 na wystawie w Muzeum Škody

Wał napędowy, wał napędowy , wał napędowy , wał ogonowy ( australijski angielski ), wał napędowy ( wał napędowy ) lub wał Cardana (po Girolamo Cardano ) to element do przenoszenia mocy mechanicznej , momentu obrotowego i obrotu, zwykle używany do łączenia innych elementów układ napędowy , którego nie można połączyć bezpośrednio ze względu na odległość lub potrzebę umożliwienia względnego ruchu między nimi.

Jako nośniki momentu obrotowego, wały napędowe podlegają naprężeniom skręcającym i ścinającym , równoważnym różnicy między wejściowym momentem obrotowym a obciążeniem. Dlatego muszą być wystarczająco mocne, aby wytrzymać obciążenie, unikając jednocześnie zbyt dużego dodatkowego ciężaru, ponieważ to z kolei zwiększyłoby ich bezwładność .

Aby umożliwić różnice w wyrównaniu i odległości między elementami napędowymi i napędzanymi, wały napędowe często zawierają jeden lub więcej przegubów uniwersalnych , sprzęgieł kłowych lub przegubów rastrowych , a czasami przegub wielowypustowy lub przegub pryzmatyczny .

Historia

Termin wał napędowy pojawił się po raz pierwszy w połowie XIX wieku. W ponownym wydaniu patentu Stovera z 1861 r. Na maszynę do strugania i dopasowywania termin ten jest używany w odniesieniu do wału napędzanego paskiem, przez który napędzana jest maszyna. Termin ten nie jest używany w jego oryginalnym patencie. Inne wczesne użycie tego terminu pojawia się we wznowieniu patentu z 1861 r. Na kosiarkę konną Watkinsa i Brysona . W tym przypadku termin ten odnosi się do wału przenoszącego moc z kół maszyny na przekładnię zębatą obsługującą mechanizm tnący.

W latach 90. XIX wieku termin ten zaczął być używany w sposób bliższy współczesnemu znaczeniu. Na przykład w 1891 roku Battles odniósł się do wału między skrzynią biegów a napędzającymi ciężarówkami swojej lokomotywy Climax jako do wału napędowego, a Stillman odniósł się do wału łączącego wał korbowy z tylną osią jego roweru napędzanego wałem jako wał napędowy. W 1899 roku Bukey użył tego terminu do opisania wału przenoszącego moc z koła do napędzanej maszyny przez przegub uniwersalny w swoim Horse-Power . W tym samym roku Clark opisał swój Marine Velocipede, używając tego terminu w odniesieniu do wału napędzanego przekładnią, przenoszącego moc przez przegub uniwersalny na wał napędowy. Crompton użył tego terminu w odniesieniu do wału między przekładnią swojego pojazdu silnikowego o napędzie parowym z 1903 r. A osią napędzaną.

Pionierska firma z branży motoryzacyjnej, Autocar , jako pierwsza zastosowała wał napędowy w samochodzie napędzanym benzyną. Zbudowany w 1901 roku, dziś pojazd ten znajduje się w zbiorach Smithsonian Institution.

Wał napędowy do samochodów

Pojazdy

Samochód może wykorzystywać wał wzdłużny do dostarczania mocy z silnika / skrzyni biegów na drugi koniec pojazdu, zanim trafi on na koła . Para krótkich wałów napędowych jest powszechnie używana do przesyłania mocy z centralnego mechanizmu różnicowego , skrzyni biegów lub skrzyni biegów na koła.

Dwuczęściowy wał napędowy ciężarówki

Silnik z przodu, napęd na tylne koła

W pojazdach z silnikiem z przodu i napędem na tylne koła wymagany jest również dłuższy wał napędowy, aby przesyłać moc na całą długość pojazdu. Dominują dwie formy: rura reakcyjna z pojedynczym przegubem uniwersalnym i bardziej powszechny napęd Hotchkiss z dwoma lub więcej przegubami. System ten stał się znany jako Système Panhard po firmie samochodowej Panhard et Levassor , która go opatentowała.

Większość tych pojazdów ma sprzęgło i skrzynię biegów (lub skrzynię biegów) zamontowane bezpośrednio na silniku, z wałem napędowym prowadzącym do przekładni głównej na tylnej osi. Gdy pojazd stoi, wał napędowy nie obraca się. Niektóre pojazdy (zwykle samochody sportowe, takie jak Chevrolet Corvette C5 / C6 / C7 , Alfa Romeo Alfetta i Porsche 924/944/928 ), dążąc do lepszego zrównoważenia masy między przodem a tyłem, wykorzystują montowaną z tyłu skrzynię biegów . W niektórych modelach innych niż Porsche powoduje to umieszczenie sprzęgła i skrzyni biegów z tyłu samochodu, a wał napędowy między nimi a silnikiem. W tym przypadku wał napędowy obraca się w sposób ciągły wraz z silnikiem, nawet gdy samochód jest nieruchomy i wyłączony z biegu. Jednak modele Porsche 924/944/928 mają sprzęgło zamontowane z tyłu silnika w dzwonowej obudowie, a wał napędowy z wyjścia sprzęgła, umieszczony wewnątrz wydrążonej ochronnej rury reakcyjnej, przekazuje moc do zamontowanej z tyłu skrzyni biegów ( skrzynia biegów + mechanizm różnicowy). Tak więc wał napędowy Porsche obraca się tylko wtedy, gdy obracają się tylne koła, ponieważ sprzęgło zamontowane na silniku może odłączyć obroty wału korbowego silnika od wału napędowego. Tak więc w przypadku Porsche, gdy kierowca naciska sprzęgło podczas szybkiej zmiany biegów w górę lub w dół (ręczna skrzynia biegów), silnik może swobodnie obracać się po wciśnięciu pedału przyspieszenia przez kierowcę, ponieważ przy wyłączonym sprzęgle bezwładność silnika i koła zamachowego jest stosunkowo niska i nie obciążone dodatkową bezwładnością obrotową wału napędowego. Rura reakcyjna Porsche jest solidnie przymocowana zarówno do dzwonowej obudowy silnika, jak i do obudowy skrzyni biegów, ustalając długość i wyrównanie między dzwonową obudową a skrzynią biegów oraz znacznie minimalizując moment reakcji napędu na tylne koła, spowodowany skręcaniem skrzyni biegów w dowolnej płaszczyźnie.

Wał napędowy łączący tylny mechanizm różnicowy z tylnym kołem można nazwać półosią. Nazwa wzięła się stąd, że do utworzenia jednej tylnej osi potrzebne są dwa takie półosie .

Wczesne samochody często wykorzystywały mechanizmy napędu łańcuchowego lub pasowego zamiast wału napędowego. Niektórzy używali generatorów elektrycznych i silników do przenoszenia mocy na koła.

Napęd na przednie koła

W brytyjskim angielskim termin wał napędowy jest ograniczony do wału poprzecznego, który przenosi moc na koła, zwłaszcza na koła przednie. Wał łączący skrzynię biegów z tylnym mechanizmem różnicowym nazywany jest „wałem napędowym” lub „wałem napędowym”. Zespół wału napędowego składa się z wału napędowego, przegubu ślizgowego i jednego lub kilku przegubów uniwersalnych. Tam, gdzie silnik i osie są od siebie oddzielone, jak w pojazdach z napędem na cztery koła i napędem na tylne koła , to wał napędowy służy do przenoszenia siły napędowej generowanej przez silnik na osie.

W przemyśle motoryzacyjnym stosuje się kilka różnych typów wałów napędowych:

  • Jednoczęściowy wał napędowy
  • Dwuczęściowy wał napędowy
  • Wał napędowy wsuwany w rurę

Wał napędowy typu slip-in-tube to nowy typ, który poprawia bezpieczeństwo podczas zderzenia. Można go skompresować, aby pochłonąć energię w przypadku zderzenia, dlatego jest również nazywany „składanym wałem napędowym”.

Napęd na cztery koła i wszystkie koła

Wyewoluowały one z układu napędu na tylne koła z silnikiem z przodu. Nowa forma przekładni zwana skrzynią rozdzielczą została umieszczona pomiędzy przekładnią a przekładniami głównymi w obu osiach. To podzieliło napęd na dwie osie i mogło również obejmować przekładnie redukujące, sprzęgło kłowe lub mechanizm różnicowy. Zastosowano co najmniej dwa wały napędowe, po jednym ze skrzyni rozdzielczej na każdą oś. W niektórych większych pojazdach skrzynia rozdzielcza była montowana centralnie i sama była napędzana krótkim wałem napędowym. W pojazdach wielkości Land Rovera wał napędowy do przedniej osi jest zauważalnie krótszy i bardziej stromo przegubowy niż wał tylny, co sprawia, że ​​zbudowanie niezawodnego wału napędowego jest trudniejszym problemem inżynieryjnym, który może wymagać bardziej wyrafinowanej formy przegubu uniwersalnego.

Nowoczesne lekkie samochody z napędem na wszystkie koła (zwłaszcza Audi czy Fiat Panda ) mogą wykorzystywać system, który bardziej przypomina układ napędu na przednie koła. Przekładnia i przekładnia główna przedniej osi są połączone w jedną obudowę obok silnika, a pojedynczy wał napędowy biegnie przez całą długość samochodu do tylnej osi. Jest to preferowana konstrukcja, w której moment obrotowy jest przenoszony na przednie koła, aby zapewnić prowadzenie jak samochód osobowy, lub w którym producent chce produkować zarówno samochody z napędem na cztery koła, jak i samochody z napędem na przednie koła z wieloma wspólnymi komponentami.

Badania i rozwój

Przemysł motoryzacyjny również wykorzystuje wały napędowe w zakładach testowych. Na hamowni silnikowej wał napędowy służy do przenoszenia określonej prędkości obrotowej lub momentu obrotowego z silnika spalinowego na hamownię . „Osłona wału” jest stosowana na połączeniu wału w celu ochrony przed kontaktem z wałem napędowym oraz do wykrywania awarii wału. Na stanowisku testowym skrzyni biegów wał napędowy łączy główny napęd z przekładnią.

Objawy uszkodzonego wału napędowego

Samochodowy wał napędowy może zwykle wytrzymać około 120 000 kilometrów. Jeśli jednak w pojeździe wystąpi którykolwiek z poniższych objawów, kierowcy powinni jak najszybciej sprawdzić go u mechanika.

  • Klikanie lub skrzypienie: podczas jazdy kierowca może usłyszeć kliknięcie, skrzypienie lub zgrzytanie dochodzące spod pojazdu. Chociaż wszystko to może być spowodowane wadliwymi łożyskami lub tulejami, które powodują, że wał napędowy nie działa prawidłowo i zaczyna wydawać wiele dziwnych dźwięków.
  • Odgłosy stukania: kierowca może usłyszeć odgłosy, zwłaszcza podczas skręcania pojazdu, przyspieszania, a nawet włączania biegu wstecznego.
  • Wibracje: Wczesnym i powszechnym objawem awarii wału napędowego są intensywne wibracje dochodzące spod pojazdu. Zużyte sprzęgła, przeguby lub łożyska powodują nadmierne wibracje wału napędowego.
  • Problemy ze skręcaniem: Problemy z obracaniem pojazdu, zarówno podczas wolnej, jak i szybkiej jazdy, to kolejna istotna oznaka złego półoś napędowa.

Hamulce postojowe wału kardana

Hamulec postojowy wału kardana działa na wał napędowy, a nie na koła. Hamulce te są powszechnie stosowane w małych samochodach ciężarowych. Ten typ hamulca jest podatny na awarie i doprowadził do wypadków, w których ciężarówka zjeżdżała ze wzniesienia, co prowadziło do wydawania ostrzeżeń dotyczących bezpieczeństwa. Ciężkie pojazdy wyposażone w tego typu hamulec postojowy zwykle mają mechanizm zapadkowy podobny do hamulca ręcznego lub postojowego w samochodzie , w przeciwieństwie do przycisku lub dźwigni hamulca pneumatycznego .

Czynniki ryzyka dla kierowców obejmują parkowanie na stromym zboczu przy dużym obciążeniu, nieprzyciśnięcie hamulca z wystarczającą siłą, zmianę obciążenia lub równowagi ładunku podczas parkowania na zboczu lub parkowanie w miejscu, w którym jedna strona pojazdu może się poślizgnąć. Podkładanie klinów pod koła to jeden ze sposobów zapobiegania poruszaniu się pojazdu po zboczu.

Wały napędowe motocykli

Odsłonięty wał napędowy pierwszego motocykla BMW, R32

Wały napędowe były używane w motocyklach jeszcze przed I wojną światową, na przykład w belgijskim motocyklu FN z 1903 r. i motocyklu Stuart Turner Stellar z 1912 r. Jako alternatywa dla napędów łańcuchowych i pasowych , wały napędowe zapewniają długą żywotność, czystość i stosunkowo dobrą konserwację- bezpłatna operacja. Wadą napędu wału w motocyklu jest to, że do obrócenia mocy o 90 ° z wału na tylne koło potrzebna jest przekładnia śrubowa , spiralna przekładnia stożkowa lub podobna, co powoduje utratę części mocy.

BMW produkuje motocykle z napędem wałkowym od 1923 roku; i Moto Guzzi od lat 60. budują V-twiny z napędem na wał . Brytyjska firma Triumph i główne japońskie marki, Honda , Suzuki , Kawasaki i Yamaha , wyprodukowały motocykle z napędem wałkowym.

Motorowery Lambretta typu A do typu LD są napędzane wałem, skuter NSU Prima jest również napędzany wałem

Silniki motocyklowe ustawione w taki sposób, że wał korbowy jest wzdłużny i równoległy do ​​ramy, są często używane w motocyklach napędzanych wałem. Wymaga to tylko jednego obrotu o 90° w przenoszeniu mocy zamiast dwóch. Motocykle Moto Guzzi i BMW, a także serie Triumph Rocket III i Honda ST wykorzystują ten układ silnika.

W motocyklach z napędem wału występuje efekt wału , w wyniku którego podwozie unosi się po włączeniu zasilania. Temu efektowi, który jest przeciwieństwem motocykli z napędem łańcuchowym, przeciwdziałają systemy takie jak Paralever BMW, CARC Moto Guzzi i Tetra Lever Kawasaki .

Morskie wały napędowe

Na statku o napędzie mechanicznym wał napędowy lub wał napędowy zwykle łączy śrubę napędową na zewnątrz statku z maszyną napędową wewnątrz, przechodząc przez co najmniej jedno uszczelnienie wału lub dławnicę w miejscu przecięcia się z kadłubem . Ciąg, siła osiowa generowana przez śrubę napędową, jest przenoszona na statek przez blok oporowy lub łożysko oporowe, które we wszystkich łodziach z wyjątkiem najmniejszych jest wbudowane w główny silnik lub skrzynię biegów. Wały mogą być wykonane ze stali nierdzewnej lub materiałów kompozytowych, w zależności od tego, na jakim statku zostaną zainstalowane.

Część układu napędowego, która łączy się bezpośrednio ze śrubą napędową, nazywana jest wałem ogonowym.

Wały napędowe lokomotyw

Tylny wał napędowy, wał korbowy i przedni wał napędowy lokomotywy Shay

Lokomotywy Shay , Climax i Heisler , wszystkie wprowadzone pod koniec XIX wieku, wykorzystywały napędy piórkowe do łączenia mocy z centralnie zamontowanego silnika wielocylindrowego do każdej z ciężarówek podtrzymujących silnik. W każdej z tych lokomotyw parowych z przekładnią jeden koniec każdego wału napędowego był połączony z napędzaną ciężarówką za pomocą przegubu uniwersalnego , podczas gdy drugi koniec był napędzany przez wał korbowy , przekładnię lub inną ciężarówkę za pośrednictwem drugiego przegubu uniwersalnego. Napęd piórkowy ma również możliwość przesuwania się wzdłuż, skutecznie zmieniając jego długość. Jest to wymagane, aby wózki mogły się obracać podczas pokonywania zakrętu.

Wały kardana są stosowane w niektórych lokomotywach spalinowych (głównie w układach hydrauliki spalinowej, jak np. British Rail Class 52 ) oraz w niektórych lokomotywach elektrycznych (np . British Rail Class 91 ). Są również szeroko stosowane w zespołach trakcyjnych z silnikiem Diesla .

Wały napędowe w rowerach

Wał napędowy służył jako alternatywa dla napędu łańcuchowego w rowerach przez ostatnie stulecie, nigdy nie zyskując zbytniej popularności. Rower napędzany wałem (lub „Acatène”, od wczesnego producenta) ma kilka zalet i wad:

Zalety

  • Układ napędowy jest mniej podatny na zablokowanie.
  • Jeździec nie może zostać zabrudzony smarem łańcuchowym ani zraniony przez „ugryzienie łańcucha”, gdy odzież lub część ciała wpadnie między nieosłonięty łańcuch a zębatkę.
  • Mniejsza konserwacja niż system łańcuchowy, gdy wał napędowy jest zamknięty w rurze.
  • Bardziej spójna wydajność. Dynamic Bicycles twierdzi, że rower z wałem napędowym może zapewnić 94% sprawności, podczas gdy rower z napędem łańcuchowym może zapewnić od 75 do 97% wydajności w zależności od stanu.

Niedogodności

  • Układ wału napędowego waży więcej niż układ łańcuchowy, zwykle o 0,5–1 kg (1–2 funty) cięższy.
  • Wiele zalet, o których twierdzą zwolennicy wału napędowego, można osiągnąć w rowerze z napędem łańcuchowym, na przykład zakrycie łańcucha i zębatek .
  • Stosowanie lekkich przerzutek z dużą liczbą przełożeń jest niemożliwe, chociaż można zastosować przerzutki w piaście .
  • Zdejmowanie koła może być skomplikowane w niektórych konstrukcjach (tak jak w przypadku niektórych rowerów z napędem łańcuchowym i przerzutkami w piaście).

Wały napędowe WOM

Wały napędowe to jedna z metod przenoszenia mocy z silnika i WOM do wyposażenia dodatkowego zamontowanego w pojeździe, takiego jak sprężarka powietrza . Wały napędowe są stosowane, gdy obok silnika nie ma wystarczającej ilości miejsca na dodatkowe wyposażenie; wał wypełnia lukę między przystawką odbioru mocy silnika a osprzętem, umożliwiając montaż osprzętu w innym miejscu pojazdu.

Produkcja wałów napędowych

Obecnie istnieją nowe możliwości w procesie produkcji wałów napędowych. Proces produkcji nawijania włókien zyskuje na popularności przy tworzeniu kompozytowych wałów napędowych. Kilka firm z branży motoryzacyjnej chce zastosować tę wiedzę w procesie produkcji na dużą skalę.

Zobacz też

Bibliografia