Ajamivõll (veovõll, kardaan): määratlus, tüübid ja tööpõhimõte
Ajamivõll (veovõll, kardaan) – selge määratlus, tüübid ja tööpõhimõte; tugevus, kaal ja tasakaal ning praktilised valiku- ja hooldusnipid. Leia sobiv lahendus ja loe edasi.
Ajamivõll (või veovõll, propellerivõll, kardaanvõll) on masina element, mis edastab jõu mootorist või mootorist muusse kohta, kus seda saab kasutada kasulikuks tööks. Selliseid võllikesi leidub laialdaselt sõidukite veduülekannetes, laevade propellerite ühendustes, tööstusmasinates ja elektrigeneraatorite ajamites.
Tähendus ja põhiterminid
Enamik jõuallikaid tekitavad pöörleva jõu, nimetatuna pöördemomendina. See pöörlev jõud paneb midagi pöörlema — näiteks sisepõlemismootor auto käigus, nagu autos, või vesi, mis ajab vesiratast, või gaas/vesi, mis läbib turbiini. Seda pöörlevat jõudu nimetatakse sageli taas pöördemomendiks. Pöörlev koormus tekitab võllile väände- ja nihkepinge, millele võll peab vastu pidama ilma liigse deformeerumise, vibreerimise või purunemiseta.
Tüübid ja konfiguratsioonid
- Jäigad võllid — lihtsad ühe tüki võllid, kasutusel lühikestes ülekannetes, kus nurk ja liikumine on fikseeritud.
- Kardaanvõllid (universaalvõllid) — koosnevad võllisegmentidest ja universaalliigestest (kardaanidest), võimaldavad nurga- ja pikkuse muutusi, tavapärased auto taga- ja esivedude vahel.
- Propellerivõll — pikk teljevõll, mida kasutatakse laeva ajamites ja mõnes maanteesõiduki pika teljevahega konstruktsioonis.
- Õõnesvõllid ja teleskoopvõllid — võimaldavad teljevahe muutumist (nt vedrustuse liikumisel) ja vähendavad kaalu.
- Konstantse kiirusega (CV) liigesed — tagavad võnkumisevaba pöördemomendi edastamise ka nurga all, levinud ees- ja neljaveolistes sõidukites.
Tööpõhimõte
Ajamivõll edastab pöördemomendi mootori hammasrattast või jõuallika väljundist otse koormuseni. Võlli peab projekteerima nii, et ta taluks:
- väändet (torsioonijõud),
- etelisi ja radiaalseid jõude (põhjuseks näiteks telgede nihked või löögid),
- vääristest ja dünaamilistest koormustest tulenevat vibreerimist.
Materjalid ja disainikriteeriumid
- Materjalid: tavaliselt teras (kõrgtugev või legeeritud), kergetel rakendustel ka alumiinium või komposiidid. Valik sõltub tugevusest, väsimiskindlusest ja kaalust.
- Profiil ja mõõtmed: võllide läbimõõt ja seina paksus määravad torsioonistabiilsuse ja kriitilise pöörlemiskiiruse. Õõnesvõllid annavad hea tugevuse/kaalu suhte.
- ebaühtlane massijaotus põhjustab vibratsiooni — propellerivõllid ja pikad ajamivõllid peavad olema täpselt tasakaalustatud.
- Liited ja kaitse: liigendid on õlitatavad ja kaitstud tolmu ning mustuse eest; CV-liigendid kasutavad tavaliselt kummist või sünteetilist kaitsekummi (boot).
Levinud probleemid ja hooldus
- Vibreerimine sõidu ajal — sageli põhjustatud tasakaalutusest, universaalliigese kulumisest või võlli kõverusest.
- Klõpsuvad või koputavad helid pööramisel — sagedane märge universaalliigese kulumisest või CV-liigese kahjustusest.
- Riknenud kaitsekummid (boot) CV-liigestel — põhjustavad määrde leket ja kiiret kulumist.
- Väsimismurrud — korduv ja vahelduv koormus võib tekitada väsimispraod, seega on regulaarsed visuaalsed kontrollid olulised.
Hooldusena soovitatakse kontrollida liigeste mängu, vaadata kaitsekummide seisukorda, hoida liigendid korralikult määritud ja tasakaalustada võll perioodiliselt või pärast remondioperatsioone.
Kokkuvõte
Ajamivõll on lihtne, ent kriitilise tähtsusega komponent, mis peab olema kavandatud nii tugevaks kui vaja, kuid võimalikult kergena, et vähendada inertsi ja parandada efektiivsust. Õige tüübi (jäik, kardaan, CV jms) valik ning korrapärane hooldus tagavad sujuva ja pikaajalise jõuülekande.
Kardaanajam võlli koos kardaanliigenditega
Klassikalise BMW mootorratta avatud veovõlli külg
Autod
Enamik autosid kasutab tänapäeval veovõlli, et edastada jõudu mootorist ratastele. Enamik tänapäeval valmistatud autosid on esirattaveolised (esirattad on auto liikumapanev jõud). Sellisel juhul on veovõllid transaxle ja iga esiratta vahel.
Tagaveoliste autode puhul on diferentsiaali ja iga tagaratta vahel veovõllid. Samuti on auto pikkuses käiguvõlli, mis kulgeb auto ees asuvast käigukastist kuni taga asuva diferentsiaalini - inglise keeles ei nimetata seda mitte veovõlliks, vaid propellervõlliks või prop-shaftiks, ja veovõlli võib nimetada ka pooltelgedeks (kuna neid on kaks, mis moodustavad ühe telje).
Autodes kasutatakse erinevaid ajamivõlli tüüpe:
- 1 tükk veovõlli
- 2-osaline veovõll
- Toru ajamivõlli libisemine
Slip in Tube Drive võll on uut tüüpi, mis aitab kokkupõrke korral energiat absorbeerida, kaitstes autos või veoautos viibivaid inimesi. Seda tuntakse ka kui kokkupandavat veovõlli.
Veoauto topelt propellerivõlli
Mootorratta veovõllid
Võllid on mootorratastel kasutusel peaaegu sama kaua, kui on olemas mootorrattaid. Paljudel mootorratastel kasutatakse selle asemel lihtsamat kett- või rihmajõudu, kuid veovõllid vajavad vähem hoolt ja on pika elueaga. Mootorratta veovõllide kasutamisel on probleemiks see, et jõu 90° pööramiseks võllilt tagarattale on vaja hammasratast, mis tähendab, et see kaotab osa võimsusest.
A 1913 FN (Fabrique Nationale), Belgia, neljasilindriline ja võlliajamiga.
Traktorid
Põllumajandustraktorid kasutavad ajamit, mida nimetatakse jõuvõtuvõlliks ehk PTO-võlliks. See on võlli, mis tuleb välja traktori tagaosast. Seda saab ühendada mis tahes põllumajandusseadmetega, mis vajavad traktori mootorist jõudu, näiteks heinapressi või maisi lõikuriga. See võimaldab traktorit kasutada mitmel erineval otstarbel ja põllumajandusseadmed ei vaja oma mootorit, mis säästab raha.
Vana John Deere traktoritraktor, millel PTO on kaitsekatte all
Jalgrataste veovõllid
Käiguvõlli saab kasutada ka jalgrattas, mitte ketiga ajamit. Neid on kasutatud juba viimasel sajandil, kuigi need ei ole kunagi väga populaarseks saanud. Jalgrattal kasutatuna on veovõllile mitmeid eeliseid ja puudusi:
Eelised
- Ajam on vähem tõenäoline, et see jääb kinni või puruneb, mis on tavaline probleem ketiga jalgrataste puhul.
- Ratturil ei ole rasva ega "ketipurustust", mis haarab riideid.
- Kui veovõll on ümbritsetud toruga, on vaja vähem ettevaatust kui ketisüsteemi puhul, mis on tavaline konventsioon.
- Ühtlasem jõudlus. Dynamic Bicycles väidab, et veovõlliga jalgratta kasutegur on pidevalt 94%, samas kui ketiga jalgratta kasutegur võib sõltuvalt olukorrast olla 75-97%.
- Rohkem ruumi maapinnast kõrgemal (maapinnalähedane kliirens), et ületada põrkeid või teele jäävaid asju.
- Jalgrattalaenutusettevõtete jaoks on ajamiga jalgratast vähem tõenäoline varastada, sest see näeb ilmselgelt teistsugune välja. Seda tüüpi jalgrattaid kasutatakse mitmes Euroopa suurlinnas, kus on toimunud suured linnade korraldatud jalgrataste rendi- või jagamisprojektid.
Puudused
- Veovõlli süsteem kaalub rohkem kui ketisüsteem, tavaliselt 1-2 kilo raskem.
- Parimas seisukorras pakub kett suuremat tõhusust
- Keti ja hammasrataste katmine metallist või plastist kattega lahendab mõned ketiga seotud probleemid
- Suurte ülekannete arvuga kergete hammasrataste kasutamine on võimatu, kuigi rummu hammasrataste kasutamine on võimalik.
- Rattalt maha võtmine võib olla raske
Võlliajamiga jalgratas.
Küsimused ja vastused
K: Mis on ajamivool?
V: Ajovõlli on masina osa, mis edastab mootori või mootori jõudu sinna, kus saab teha kasulikku tööd.
K: Kuidas tekib mootoris või mootoris võimsus?
V: Mootorites ja mootorites tekitatakse võimsus pöördemomendina, pannes midagi pöörlema.
K: Millised on mõned näited pöörleva jõu allikatest?
V: Pöörleva jõu allikate näideteks on sisepõlemismootor (autos), vesi, mis ajab vesiratast, ja gaas või vesi, mis läbib turbiini.
K: Mis on väände- ja nihkepinge?
V: Väändus- ja nihkepinged on pingetüübid, mis tekivad, kui veovõlli poolt pööratav koormus tekitab pöörlemisele vastupanu.
K: Miks peavad veovõllid olema tugevad?
V: Ajamisvõllid peavad olema piisavalt tugevad, et võtta vastu koormuse poolt tekitatud pöörlemis-, väände- ja nihkepingeid.
K: Milline on tasakaal, mis tuleb saavutada ajamivõllide projekteerimisel?
V: Ajovõllide projekteerimisel tuleb saavutada tasakaal tugevuse ja kaalu vahel, nii et ajovõllid oleksid tugevad, kuid mitte liiga rasked.
K: Kuidas mõjutab kerge veovõlli tõhusust jõuülekandes?
V: Kerge ajamivõlli puhul on võimsuse ülekandmine koormale tõhusam, sest selle mass on väiksem, et kiirendada ja aeglustada, mistõttu läheb vähem energiat raisku.