Arborele transmisiei
Arborele de antrenare este un dispozitiv care transferă energia produsă de motor către roțile motoare. Conectați cutia de viteze la diferențial . În general, este format dintr-un arbore cu îmbinări universale . Se folosește la mașinile cu motor față și tracțiune spate .
Energia transferată este definită în cuplul cinematic , arborii de acționare sunt supuși la torsiune și forță de forfecare, echivalent cu diferența dintre cuplul de intrare și sarcină. Cuplul de intrare trebuie să fie întotdeauna mai mare decât sarcina de deplasat și suficient de puternic pentru a rezista la stres, cu cât sarcina de deplasat este mai mare, cu atât este mai mare inerția .
Pentru a permite variații de aliniere și distanță între componentele de antrenare și de ghidare, arborii de transmisie încorporează adesea una sau mai multe îmbinări universale , îmbinări cu arc și, uneori, îmbinări canelate sau îmbinări prismatice .
Istorie
Termenul arborele cotit a apărut pentru prima dată la mijlocul secolului al XIX-lea. În reeditarea brevetului Stover din 1861 pentru o rindea și o mașină de asortat, termenul este folosit pentru a se referi la arborele curelei prin care este condusă mașina. Termenul nu este utilizat în brevetul său original. O altă utilizare timpurie a termenului apare în reeditarea brevetului din 1861 pentru mașina de tuns iarba Watkins și Bryson. În acest caz, termenul se referă la puterea de transmisie a arborelui de la roțile mașinii la trenul de viteze care acționează mecanismul de tăiere.
În anii 1890, termenul a început să fie folosit într-un mod mai apropiat de sensul modern. În 1891, de exemplu, Battles s-a referit la arborele dintre transmisie și acționarea camionului locomotivei sale Climax drept arborele de acționare, iar Stillman s-a referit la arborele care leagă arborele cotit de arborele din spate al bicicletei sale propulsat de un arbore ca un schimbatorul de viteze.
În 1899, Bukey a folosit termenul pentru a descrie arborele care transmite puterea de la roată la utilajul acționat de o articulație universală în puterea sa. În același an, Clark și-a descris Velocipedeul marin folosind termenul pentru a se referi la puterea de transmisie a arborelui angrenajului printr-o articulație universală către arborele elicei. Crompton a folosit termenul pentru a se referi la arborele dintre transmisia vehiculului său cu motor cu aburi din 1903 și puntea de acționare.
Industria auto pionieră, Autocar, a fost prima care a folosit arborele cotit într-o mașină pe benzină. Construit în 1901, acest vehicul face acum parte din colecția Smithsonian Institution.
Arborele motor
Vehicule
Un automobil poate utiliza un arbore longitudinal pentru a furniza puterea de la un motor / transmisie la celălalt capăt al vehiculului înainte de a merge la roți. O pereche de arbori de transmisie scurți sunt folosiți în mod obișnuit pentru a trimite puterea de la un diferențial central, transmisie sau cutie de viteze la roți.
Motor frontal cu tracțiune spate
La vehiculele cu tracțiune spate cu motor frontal, este necesar un arbore de transmisie mai lung pentru a furniza energie pe toată lungimea vehiculului. Două forme domină: tubul cuplu cu o singură îmbinare universală și unitatea Hotchkiss mai comună cu două sau mai multe îmbinări. Acest sistem a devenit cunoscut sub numele de Système Panhard după compania auto Panhard et Levassor care l-a brevetat.
Majoritatea acestor vehicule au ambreiaj și cutie de viteze (sau transmisie) montate direct pe motor, cu un arbore de acționare care duce la o acțiune finală pe puntea spate. Când vehiculul este staționar, arborele motor nu se rotește. Unele vehicule (în general mașini sport, cel mai frecvent Alfa Romeo sau Porsche 924/944/928), care caută un echilibru mai bun al greutății între față și spate, utilizează o cutie de viteze spate. La unele modele non-Porsche, acest lucru plasează ambreiajul și transmisia în spatele mașinii și arborele de acționare între acestea și motor. În acest caz, arborele de antrenare se rotește continuu cu motorul, chiar și atunci când mașina este staționară și lipsită de viteză. Cu toate acestea, modelele Porsche 924/944/928 au ambreiajul montat pe partea din spate a motorului într-o carcasă clopot și arborele de acționare de la ieșirea ambreiajului, situat într-un tub cuplu de protecție gol, transferă puterea către cutia de viteze montată în spate (transmisie + diferențial). Astfel, arborele Porsche se rotește numai atunci când roțile din spate se rotesc, deoarece ambreiajul montat pe motor poate decupla rotația arborelui cotit de arborele motor. Prin urmare, pentru Porsche, atunci când șoferul folosește ambreiajul în timp ce se deplasează rapid în sus sau în jos (cutie de viteze manuală), motorul se poate roti liber cu intrarea pedalei de accelerație a șoferului, deoarece cu ambreiajul decuplat, inerția motorului și volanta este relativ scăzută și nu este împovărat de inerția de rotație adăugată a arborelui motor. Tubul de torsiune Porsche este solid atașat atât la carcasa clopotului motor, cât și la diferențialul cutiei de viteze, fixând lungimea și alinierea dintre carcasa clopotului și diferențialul cutiei de viteze și minimizând foarte mult cuplul de reacție al tracțiunii spate de la torsiunea cutie de viteze-diferențial în orice plan.
Un arbore de transmisie care conectează un diferențial spate la o roată din spate poate fi numit arbore de transmisie. Numele derivă din faptul că două astfel de arbori sunt necesari pentru a forma o axă spate.
Automobilele timpurii foloseau adesea mecanisme de antrenare cu lanț sau curea, mai degrabă decât un arbore de transmisie. Unii au folosit generatoare și motoare electrice pentru a transmite puterea roților.
Tracțiunea față
În engleza britanică, termenul „arbore de transmisie” este limitat la un arbore transversal care transmite puterea roților, în special roților din față. Un arbore de transmisie care conectează cutia de viteze la un diferențial spate se numește arbore de transmisie. Un ansamblu de arbore de transmisie constă dintr-un arbore de transmisie, o îmbinare culisantă și una sau mai multe îmbinări universale. Atunci când motorul și axele sunt separate unele de altele, cum ar fi vehiculele cu tracțiune integrală și cele cu tracțiune spate, arborele elicei este cel care servește la transmiterea forței motrice generate de motor către axe.
Diferite tipuri de arbori de transmisie sunt folosiți în industria auto:
- Arborele de antrenare dintr-o singură piesă
- Arborele de transmisie din două piese
- Arborele de antrenare în tub
Arborele de transmisie alunecabil este un nou tip care îmbunătățește siguranța în caz de accident. Poate fi comprimat pentru a absorbi energia în cazul unui accident, deci este cunoscut și ca arborele cotit pliabil.
Tracțiune integrală
Acestea au evoluat de la modelele cu tracțiune spate cu motor frontal. O nouă formă de transmisie numită cutie de transfer a fost plasată între transmisie și acționările finale în ambele axe. Aceasta împarte transmisia în cele două axe și ar putea include și cutii de viteze, ambreiaj sau diferențial. Au fost utilizate cel puțin două arbori de acționare, unul din carcasa de transfer pe fiecare axă. La unele vehicule mai mari, carcasa de transfer a fost montată central și a fost condusă de un arbore scurt. La vehiculele de mărimea unui Land Rover, arborele de transmisie de pe puntea față este vizibil mai scurt și mai puternic articulat decât arborele din spate, ceea ce face mai dificilă proiectarea unui arbore de transmisie fiabil și care poate avea ca rezultat o formă mai sofisticată de articulație universală.
Autoturismele moderne ușoare cu tracțiune integrală (în special Audi sau Fiat Panda) pot utiliza un sistem care seamănă mai mult cu aspectul tracțiunii față. Transmisia și transmisia finală pentru puntea față sunt combinate într-o carcasă de lângă motor, iar un singur arbore de transmisie parcurge lungimea mașinii pe puntea spate.
Cercetare și dezvoltare
Industria auto folosește, de asemenea, arbori de transmisie în instalațiile de testare. Într-un stand de testare a motorului, un arbore de transmisie este utilizat pentru a transfera o anumită turație sau cuplu de la motorul cu ardere internă la un dinamometru. O "protecție a arborelui" este utilizată la o conexiune a arborelui pentru a proteja împotriva contactului cu arborele de acționare și pentru a detecta o defecțiune a arborelui. La un stand de testare a transmisiei, un arbore de transmisie conectează motorul principal cu transmisia.
Arborele de antrenare pentru motocicletă
Arborii de transmisie au fost utilizați pe motociclete încă din Primul Război Mondial, precum motocicleta belgiană FN din 1903 și motocicleta Stuart Turner Stellar din 1912. Ca alternativă la antrenarea cu lanț și curea, arborii de transmisie oferă o durată lungă de viață, curățenie și întreținere aferentă. Un dezavantaj al acționării arborelui pe o motocicletă este că este nevoie de roți dințate elicoidale, roți dințate spirale sau altele asemenea pentru a transforma puterea de 90 ° de la arbore la roata din spate, pierzând o anumită putere în proces.
BMW produce motociclete cu arbore cardan din 1923; și Moto Guzzi construiesc gemeni V cu acționare dublă din anii 1960. Compania britanică Triumph și cele mai importante mărci japoneze Honda, Suzuki, Kawasaki și Yamaha au produs motociclete cu antrenare pe arbore.
Motoarele Lambretta de la tipul A până la tip LD au fost acționate de arbori, iar scuterul NSU Prima a fost de asemenea acționat de arbori.
Motoarele motociclete poziționate astfel încât arborele cotit să fie longitudinal și paralel cu cadrul sunt adesea utilizate pentru motocicletele cu acționare pe arbore. Acest lucru necesită doar o rotație de 90 ° în transmisia de putere, în loc de două. Motocicletele Moto Guzzi și BMW, precum și seriile Triumph Rocket III și Honda ST utilizează toate aceste aranjamente ale motorului.
Motocicletele cu acționare a arborelui sunt supuse efectului arborelui în care rama se ridică atunci când este alimentată. Acest efect, care este opusul celui prezentat de motocicletele cu lanț, este contrastat cu sisteme precum BMW Paralever, CARC Moto Guzzi și Tetra Lever ale Kawasaki.
Arborele de transmisie maritim
Pe o navă propulsată, arborele elicei sau arborele elicei leagă de obicei elicea din exteriorul navei cu mașina de acționare din interior, trecând prin cel puțin o etanșare mecanică sau presetupă unde intersectează carena. Tracțiunea, forța axială generată de elice, este transmisă navei de blocul de tracțiune sau rulmentul de tracțiune, care, în toate bărcile cu excepția celor mai mici, este încorporat în motorul principal sau cutia de viteze.
Partea transmisiei care se conectează direct la elice este cunoscută sub numele de arborele din spate.
Arborele de antrenare pentru locomotivă
Locomotivele Shay, Climax și Heisler, toate introduse la sfârșitul secolului al XIX-lea, au folosit unități stilou pentru a cupla puterea unui motor multi-cilindru montat central la fiecare dintre camioanele care susțin motorul. Pe fiecare dintre aceste locomotive cu aburi cu angrenaj, un capăt al fiecărui arbore de acționare a fost cuplat la boghiul alimentat printr-o articulație universală, în timp ce celălalt capăt a fost alimentat de la arborele de acționare, transmisie sau alt camion printr-un al doilea cuplaj. O pană are, de asemenea, capacitatea de a aluneca longitudinal, variind efectiv lungimea sa. Acest lucru este necesar pentru a permite trăsăturilor să se rotească la trecerea unei curbe.
Arborii cardanici sunt utilizați în unele locomotive diesel (în principal diesel-hidraulice, cum ar fi British Rail Class 52) și în unele locomotive electrice (de exemplu British Rail Class 91). Ele sunt, de asemenea, utilizate pe scară largă în motoare diesel multiple.
Arborele de antrenare pentru bicicletă
Arborele cotit a fost o alternativă la transmisia cu lanțul de biciclete în secolul trecut, fără a deveni niciodată foarte popular. O bicicletă cu arbore (sau „Acatane”, de la un producător primar) are mai multe avantaje și dezavantaje:
Beneficii
- Este mai puțin probabil ca sistemul de acționare să se blocheze.
- Ciclistul nu poate fi murdărit de grăsimea lanțului sau rănit de „mușcătura lanțului” atunci când îmbrăcămintea sau o parte a corpului se blochează între un lanț neprotejat și un pinion.
- Mai puțină întreținere decât un sistem cu lanț atunci când arborele de transmisie este închis într-un tub.
- Performanță mai consistentă. Bicicletele dinamice susțin că o bicicletă cu arbore de transmisie poate oferi o eficiență de 94%, în timp ce o bicicletă cu lanț poate oferi o eficiență de 75-97% în funcție de condiții.
Dezavantaje
- Un sistem cu arbore de transmisie cântărește mai mult decât un sistem cu lanț, de obicei cu 0,5-1 kg mai greu.
- Multe dintre beneficiile susținute de susținătorii arborelui elice pot fi obținute pe o bicicletă cu lanț, cum ar fi acoperirea lanțului și a pinioanelor.
- Utilizarea angrenajelor de schimbător ușoare cu un număr mare de rapoarte este imposibilă, deși pot fi utilizate angrenaje cu butuc.
- Scoaterea roților poate fi dificilă în unele proiecte (cum ar fi unele biciclete cu lanț de angrenaj butuc).
Arborele cardanic
Arborii de transmisie sunt o metodă de transfer a puterii de la un motor sau de la preluarea puterii (PTO) la echipamentele accesorii montate pe vehicul, cum ar fi un compresor de aer. Arborii de transmisie sunt folosiți atunci când nu există suficient spațiu lângă motor pentru accesoriul suplimentar; arborele acoperă decalajul dintre priza de putere a motorului și accesoriu, permițând accesoriul să fie montat în altă parte pe vehicul.
Producția arborelui cotit
Astăzi, există noi posibilități pentru procesul de fabricație a arborelui motor. Procesul de fabricație a înfășurării filamentelor câștigă popularitate pentru crearea de arbori de transmisie compozite. Mai multe companii auto încearcă să adopte aceste cunoștințe pentru procesul lor de producție cu volum mare.
Elemente conexe
Alte proiecte
-
Wikimedia Commons conține imagini sau alte fișiere pe arborele de transmisie
