Drivaksel (kardanaksel): Definition, funktion og typer
Komplet guide til drivaksel (kardanaksel): definition, funktion, typer og valgkriterier. Lær hvordan korrekt aksel optimerer kraftoverførsel, holdbarhed og vægt.
En drivaksel (ofte kaldet kardanaksel eller propelaksel) er en del af en maskine, som overfører kraften fra motoren til et sted, hvor der kan udføres nyttigt arbejde.
Hvad er drivakslen og dens funktion?
De fleste motorer skaber kraft i form af drejningsmoment ved at få noget til at rotere. Det kan være fra en forbrændingsmotor (som i en bil), vand, der driver et vandhjul, eller gas eller vand, der går gennem en turbine. Denne roterende kraft kaldes drejningsmoment og skal overføres sikkert fra drivkilden til den komponent, der udfører arbejdet.
En drivaksel tager det roterende drejningsmoment og fører det videre til fx hjul, gear, pumper eller propeller. Når akslen overfører belastning, opstår der både torsions- og forskydningsspænding, og den belastning skal kunne modstå disse kræfter uden plastisk deformation eller udmattelse.
Konstruktion og vigtigste komponenter
Drivaksler findes i mange udformninger, men fælles elementer omfatter:
- Axelstamme (ofte rørformet for at reducere vægt og øge stivhed)
- Flanger eller koblinger til samling med gearkasse og hjul/propellerror
- Splines eller glideforbindelser, der tillader længdeændring ved fjederpartier eller affjedring
- Led – fx universalled (kardanled) eller homokinetiske (CV) led for at tillade vinkelforskydning mellem akselender
- Lejer og støtte (på todelte aksler findes ofte en mellemlager)
Typer af drivaksler
- Enkelt stang- eller et-stykke drivaksel – almindelig i baghjulstrukne biler med direkte forbindelse mellem gearkasse og bagaksel.
- Todelt drivaksel – bruges ved lange afstande; delt i to med mellemlager for at reducere bule- og kritisk hastighedsproblemer.
- Drivaksel med universalled (kardanaksel) – kan tage store vinkelafvigelser, men giver varierende hastighed ved vinkel; ofte aflaster en dobbeltkardaneløsning dette.
- CV-aksler (homokinetiske aksler) – almindelige i forhjulstrukne biler; overfører konstant hastighed gennem vinkler og er ofte indkapslet i gummiboots fyldt med fedt.
- Propelaksler – store drivaksler i marine anvendelser, typisk kraftigere og ofte afbalanceret til højere omdrejningstal.
- Ydeevne- og letvægtsaksler – fremstillet i aluminium eller kulfiber til motorsport for lav vægt og høj stivhed.
Materialer og designhensyn
Materialevalg og dimensionering balancerer vægt, styrke og omkostning. Typiske materialer er stål (smidigt og udmattelsesstærkt), legeret stål ved høj belastning, samt aluminium eller kompositter når vægt er kritisk. Rørformede aksler giver god stivhed/ vægt-forhold og mindsker bule-fænomen (critical speed).
Dimensionering og drift
Ved dimensionering tages der hensyn til:
- Maximalt drejningsmoment og peak-belastninger
- Udmattelsesberegninger ved gentagen belastning
- Kritisk omdrejningshastighed (whirling) som kan give vibrationer
- Balancekrav for at undgå vibrationer ved drift
Vedligeholdelse og typiske fejl
Almindelige fejl og symptomer på drivakselproblemer:
- Vibrationer ved visse hastigheder (ubalance eller bule)
- Klikkende eller knækkende lyde i sving (typisk revnet eller adskillende CV-boot eller slidt CV-led)
- Spil i led eller flange (slidte universalled eller splines)
- Fedtlækage fra støvede boots eller korrosion ved flanger
Vedligeholdelse omfatter regelmæssig inspektion af gummiboots og fedt, kontrol af bolte og flanger, og udskiftning af slidte led eller ubalancerede akselmasser. Korrekt boltmoment ved montering og professionel afbalancering er vigtige for sikker drift.
Sikkerhed og montering
Ved fjernelse eller montering af drivaksler bør man:
- Støtte akslen ved begge ender for at undgå bøjning
- Følge fabrikantens momentoplysninger for bolte
- Bruge nye låseelementer eller bolte hvor specificeret
- Undgå uautoriseret svejsning eller modifikation, da det kan svække akslen og ændre balance
Opsummering
En drivaksel er en central mekanisk komponent, der overfører drejningsmoment fra motoren til arbejdsdelen i en maskine. Rigtigt design, materialevalg, korrekte led (kardan/CV), afbalancering og løbende vedligeholdelse sikrer effektiv og sikker kraftoverførsel under varierende belastninger.
Udsat drivaksel på en klassisk BMW-motorcykel
Kardanaksel med kardanled
Biler
De fleste biler i dag bruger drivaksler til at levere kraft fra motoren til hjulene. De fleste biler, der fremstilles i dag, har forhjulstræk (det er forhjulene, der har kraften til at flytte bilen). I dette tilfælde er drivakslerne placeret mellem transakslen og hvert forhjul.
I biler med baghjulstræk er der drivaksler mellem differentiale og hvert baghjul. Der er også en drivaksel, der løber i bilens længde fra gearkassen foran til differentialet bagtil - på britisk engelsk kaldes dette ikke en drivaksel, men en propelaksel, og drivakslerne kan kaldes halve aksler (da der er to, der udgør en aksel).
Der findes forskellige typer drivaksler, der anvendes i biler:
- 1 stykke drivaksel
- 2 stykke drivaksel
- Slip i rørets drivaksel
Slip in Tube Drive-akslen er den nye type, som hjælper med at absorbere energi ved en kollision og beskytter personerne i bilen eller lastbilen. Den er også kendt som en sammenklappelig drivaksel.
En lastbils dobbelt propelaksel
Motorcykel drivaksler
Drivaksler har været brugt på motorcykler næsten lige så længe, som der har været motorcykler. Mange motorcykler bruger i stedet et enklere kæde- eller remtræk, men drivaksler kræver mindre pleje og har en lang levetid. Et problem ved at bruge drivaksler på en motorcykel er, at der er behov for et gear for at dreje kraften 90° fra akslen til baghjulet, hvorved der går noget kraft tabt i processen.
En 1913 FN (Fabrique Nationale), Belgien, fire cylindre og akseldrev
Traktorer
Landbrugstraktorer anvender en type drivaksel, der kaldes en kraftudtagsaksel eller PTO-aksel. Det er en aksel, der kommer ud bag på traktoren. Den kan tilsluttes til ethvert landbrugsudstyr, der har brug for kraft fra traktorens motor, f.eks. en høpresser eller en majshugger. Dette gør det muligt at bruge traktoren til mange forskellige formål, og landbrugsudstyret behøver ikke sin egen motor, hvilket sparer penge.
Gammel John Deere traktor med PTO under en beskyttelseskappe
Drivaksler i cykler
Drivakslen kan også bruges i en cykel i stedet for kædetræk. De har været brugt i det sidste århundrede, men er aldrig blevet særlig populære. Når en drivaksel anvendes på en cykel, har den flere fordele og ulemper:
Fordele
- Der er mindre risiko for, at drivsystemet sætter sig fast eller går i stykker, hvilket er et almindeligt problem med cykler med kædedrev
- Ingen fedt på rytteren, og ingen "kædebid", der griber fat i tøjet
- Det er mindre nødvendigt at være forsigtig end ved et kædesystem, når drivakslen er omsluttet af et rør, som er den almindelige konvention.
- Mere ensartet ydeevne. Dynamic Bicycles hævder, at en cykel med drivaksel konsekvent giver 94 % effektivitet, mens en cykel med kæde kan give en effektivitet på mellem 75-97 % alt efter tilstand.
- Mere plads over jorden (frihøjde) til at køre over ujævnheder eller ting på vejen
- For cykeludlejningsfirmaer er det mindre sandsynligt, at en cykel med drivaksel bliver stjålet, da den naturligvis ser anderledes ud. Denne type cykler anvendes i flere større byer i Europa, hvor der er blevet iværksat store cykeludlejnings- eller delingsprojekter i byerne.
Ulemper
- Et drivaksel-system vejer mere end et kædesystem, normalt 1-2 pund tungere
- I sin bedste tilstand giver en kæde større effektivitet
- Ved at dække kæden og tandhjulene med et metal- eller plastikdæksel kan du løse nogle af problemerne med kæder
- Det er umuligt at anvende letvægtsgear med et stort antal gear, men der kan anvendes navgear.
- Det kan være svært at tage hjulet af
En akseldrevet cykel.
Spørgsmål og svar
Q: Hvad er en drivaksel?
A: En drivaksel er en del af en maskine, der overfører kraft fra en motor til et sted, hvor der kan udføres nyttigt arbejde.
Q: Hvordan skabes strøm i motorer?
A: Kraft i motorer skabes som et drejningsmoment ved at få noget til at rotere.
Sp: Hvad er nogle eksempler på kilder til roterende kraft?
A: Som eksempler på kilder til roterende kraft kan nævnes en forbrændingsmotor (i en bil), vand, der driver et vandhjul, og gas eller vand, der passerer gennem en turbine.
Sp: Hvad er torsions- og forskydningsspænding?
A: Torsions- og forskydningsspændinger er spændinger, der opstår, når den belastning, som drivakslen drejer, skaber modstand mod rotation.
Spørgsmål: Hvorfor skal drivaksler være stærke?
A: Drivaksler skal være stærke nok til at kunne modstå det drejningsmoment, den torsion og den forskydningsspænding, der opstår som følge af belastningen.
Spørgsmål: Hvilken balance skal der opnås ved konstruktionen af drivaksler?
A: Der skal være en balance mellem styrke og vægt ved konstruktionen af drivaksler, så drivakslen er stærk, men ikke for tung.
Spørgsmål: Hvordan påvirker en let drivaksel effektiviteten af kraftoverførslen?
A: En let drivaksel vil overføre kraften mere effektivt til belastningen, fordi den har mindre masse til at accelerere og bremse, hvilket resulterer i mindre spild af energi.
Søge