Antriebswelle

Welle fahren mit Universalgelenke an jedem Ende und a Spline in der Mitte
3D-Animation eines Cardan-Schaft
Škoda 422 Hinterachse, Federung und Antriebswelle im ŠKODA Museum ausgestellt

A Antriebswelle, Antriebswelle, Antriebswelle, Schwanzwelle (Australisches Englisch), Kardanwelle (Kardanwelle), oder Cardan -Welle (nach Girolamo Cardano) ist eine Komponente für die Übertragung mechanischer Energie und Drehmoment und Rotation, normalerweise verwendet, um andere Komponenten von a zu verbinden Antriebsstrang Dies kann aufgrund der Entfernung oder der Notwendigkeit, eine relative Bewegung zwischen ihnen zu ermöglichen, nicht direkt verbunden werden.

Als Drehmomentträger unterliegen Antriebswellen Drehung und Scherstress, entspricht der Differenz zwischen dem Eingangsdrehmoment und der Last. Sie müssen daher stark genug sein, um den Stress zu tragen, während sie zu viel zusätzliches Gewicht vermeiden, da dies wiederum ihre Erhöhung erhöhen würde Trägheit.

Um Variationen der Ausrichtung und Abstand zwischen den Antriebskomponenten zu ermöglichen, enthalten Antriebswellen häufig einen oder mehrere Universalgelenke, Kieferkopplungen, oder Lappenverbindungenund manchmal ein Gelenkgelenk oder prismatisches Gelenk.

Geschichte

Der Begriff Antriebswelle Zuerst erschien Mitte des 19. Jahrhunderts. In Stovers Patent Neuausgabe von 1861 für a Planing- und Matching -MaschineDer Begriff wird verwendet, um sich auf den gürtelgetriebenen zu beziehen Welle durch die die Maschine getrieben wird.[1] Der Begriff wird in seinem ursprünglichen Patent nicht verwendet.[2] Eine weitere frühzeitige Verwendung des Begriffs erfolgt in der Patent-Neuauflage von 1861 für die Watkins und Bryson Horse gezogen Mähmaschine.[3] Hier bezieht sich der Begriff auf die Wellenübertragung von den Rädern der Maschine auf den Zahnradzug, der den Schneidmechanismus bewirkt.

In den 1890er Jahren wurde der Begriff in einer Weise genutzt, die dem modernen Sinne näher war. Im Jahr 1891 bezog sich beispielsweise Schlachten auf die Welle zwischen dem Getriebe und dem Fahren Lastwagen von seinen Höhepunkt als Antriebswelle,[4] Und Stillman verwandelte sich auf die Welle, die die Kurbelwelle mit seiner Hinterachse miteinander verband Schaftgetriebenes Fahrrad als Antriebswelle.[5] Im Jahr 1899 verwendete Bukey den Begriff, um die Wellenübertragungsleistung vom Rad bis zur angetriebenen Maschinerie durch a zu beschreiben Universalverbindung in seinem Pferdekraft.[6] Im selben Jahr beschrieb Clark seinen Marine-Velocipede unter Verwendung des Begriffs, um sich auf die getriebegetriebene Wellenübertragungsleistung durch ein universelles Gelenk an die Propellerwelle zu beziehen.[7] Crompton verwendete den Begriff, um sich auf die Welle zwischen der Übertragung seines dampfbetriebenen zu beziehen Kraftfahrzeug von 1903 und die angetriebene Achse.[8]

Das Pionierunternehmen für Automobilindustrie, Autocarwar der erste, der eine Antriebswelle in einem mit Benzin betriebenen Auto benutzte.[9] Das 1901 erbaute Fahrzeug befindet sich heute in der Sammlung des Smithsonian Institution.[10]

Automobilantriebswelle

Fahrzeuge

Ein Automobil Kann eine Längsschacht verwenden, um Strom von einem Motor/Getriebe an das andere Ende des Fahrzeugs zu liefern, bevor er zu den Rädern geht. Ein Paar kurze Antriebswellen wird üblicherweise verwendet, um Strom aus einem Zentral zu senden Differential, Übertragung, oder Transe zu den Rädern.

Ein Propellerwelle mit LKW zwei Abschnitte

Frontmotor, Hinterradantrieb

Im Vorderradantrieb Fahrzeuge, eine längere Antriebswelle ist auch erforderlich, um die Länge des Fahrzeugs zu versenden. Zwei Formen dominieren: die Drehmomentrohr mit einer einzigen Universalverbindung und desto häufiger Hotchkiss Drive mit zwei oder mehr Gelenken. Dieses System wurde bekannt als Système Panhard Nach der Automobilfirma Panhard et Levassor was es patentierte.

Die meisten dieser Fahrzeuge haben a Kupplung und Getriebe (oder Getriebe) direkt auf dem Motor montiert, wobei eine Antriebswelle zu einem endgültigen Antrieb in der Hinterachse führt. Wenn das Fahrzeug stationär ist, dreht sich die Antriebswelle nicht. Einige Fahrzeuge (im Allgemeinen Sportwagen wie die Chevrolet Corvette C5/C6/C7, Alfa Romeo Alfetta und Porsche 924/944/928) Verwenden Sie eine verbesserte Gewichtsbalance zwischen Vorder- und Rückseite und verwenden Sie eine hintere montierte Transe. In einigen Nicht-Porsche-Modellen platziert dies die Kupplung und das Getriebe an der Rückseite vom Auto und der Antriebswelle zwischen ihnen und dem Motor. In diesem Fall dreht sich die Antriebswelle kontinuierlich mit dem Motor, selbst wenn das Auto stationär ist und keine Zahnrad hat. In den Porsche 924/944/928 Modellen wird die Kupplung jedoch in einem Glockengehäuse an der Rückseite des Motors montiert und die Antriebswelle vom Kupplungsausgang in einem hohlen Schutzdrehmomentrohr befördert, überträgt die Stromversorgung an den hinteren Transaxle (Übertragungst) (an den hinterher montierten Transaxle ( Getriebe + Differential. Für Porsche kann der Motor für Porsche, wenn der Fahrer die Kupplung verwendet, während sie zügig nach oben oder unten verschoben wird (Handbuchgetriebe) Nicht belastet mit der zusätzlichen Rotationsträge der Antriebswelle. Das Porsche -Drehmomentrohr ist sowohl am Glockengehäuse des Motors als auch an der Transaxle -Gehäuse fest befestigt, wodurch die Länge und Ausrichtung zwischen dem Glockengehäuse und dem Transaxle repariert wird und das Reaktionsdrehmoment des Hinterradantriebs stark minimiert, indem es die Trendung in jeder Ebene verdreht.

Eine Antriebswelle, die ein hinteres Differential mit einem Hinterrad verbindet, kann als Halbwelle bezeichnet werden. Der Name leitet sich aus der Tatsache ab, dass zwei solche Wellen erforderlich sind, um einen zu bilden Hinterachse.

Frühe Automobile oft verwendet Kettenantrieb oder Riemenantrieb Mechanismen anstelle einer Antriebswelle. Einige verwendeten elektrische Generatoren und Motoren, um Strom an die Räder zu übertragen.

Frontantrieb

Im Britisches Englisch, der Begriff Antriebswelle ist auf eine Querwelle beschränkt, die die Räder, insbesondere die Vorderräder, überträgt. Die Welle, die das Getriebe mit einem hinteren Differential verbindet, wird als "Propellerwelle" oder "Prop-Welle" bezeichnet. Eine Prop-Wellenbaugruppe besteht aus einer Propellerwelle, a gleitgelenk und ein oder mehrere universelle Gelenke. Wo der Motor und der Achsen voneinander getrennt sind, wie auf Allradantrieb und Heckantrieb Fahrzeuge, es ist die Propellerwelle, die dazu dient, die vom Motor erzeugte Antriebskraft an die Achsen zu übertragen.

In der Automobilindustrie werden verschiedene Arten von Antriebswellen verwendet:

  • Einteilige Antriebswelle
  • Zweiteiliger Antriebswelle
  • Slip-in-Röhrungsantriebswelle

Die Slip-in-Röhrchen-Antriebswelle ist ein neuer Typ, der die Absturzsicherheit verbessert. Es kann komprimiert werden, um Energie im Falle eines Absturzes zu absorbieren, und wird auch als "zusammenklappbare Antriebswelle" bezeichnet.

Allrad- und Allradantrieb

Diese entwickelten sich aus dem Layout des Vorderradantriebs. Eine neue Form der Übertragung, die als Übertragungsfall bezeichnet wurde, wurde zwischen Übertragung und endgültigen Laufwerken in beiden Achsen platziert. Dies teilte den Antrieb auf die beiden Achsen auf und kann auch Reduktionsgeräte, eine Hundekupplung oder ein Differential enthalten. Es wurden mindestens zwei Antriebswellen verwendet, eine vom Übertragungsfall zu jeder Achse. In einigen größeren Fahrzeugen wurde der Transferbox zentral montiert und selbst von einer kurzen Antriebswelle gefahren. In Fahrzeugen von der Größe von a Land RoverDie Antriebswelle zur vorderen Achse ist merklich kürzer und steiler artikulierter als die hintere Welle, was es zu einem schwierigeren Ingenieurproblem macht, eine zuverlässige Antriebswelle zu bauen, und die möglicherweise eine ausgefeiltere Form des universellen Gelenks beinhalten kann.

Moderne leichte Autos mit Allradantrieb (vor allem Audi oder der Fiat Panda) kann ein System verwenden, das einem Antriebslayout mit Frontantrieb ähnlicher ähnelt. Das Getriebe und das letzte Laufwerk für die Vorderachse werden neben dem Motor zu einem Gehäuse kombiniert und a Single Die Antriebswelle läuft die Länge des Autos zur Hinterachse. Dies ist ein bevorzugtes Design, bei dem das Drehmoment an den Vorderrädern voreingenommen ist, um ein automatisches Handling zu verleihen, oder bei dem der Hersteller sowohl Allrad- als auch Frontantriebsautos mit vielen gemeinsamen Komponenten herstellen möchte.

Forschung und Entwicklung

Die Automobilindustrie verwendet auch Antriebswellen für Testanlagen. Eine Lohe Motortestständer Eine Antriebswelle wird verwendet, um eine bestimmte Geschwindigkeit oder ein bestimmtes Drehmoment von der zu übertragen Verbrennungsmotor zu einem Dynamometer. Ein "Wellenschutz" wird in einer Wellenverbindung verwendet, um sich vor Kontakt mit der Antriebswelle und zur Erkennung eines Wellenausfalls zu schützen. An einem Getriebetest stehen eine Antriebswelle mit dem Getriebe den Prime Mover.

Symptome einer schlechten Antriebswelle

Eine Automobilantriebswelle kann normalerweise etwa 120.000 Kilometer dauern. Wenn das Fahrzeug jedoch eines der folgenden Schilder erlebt, sollte die Fahrer es so schnell wie möglich bei einem Mechaniker überprüfen lassen.[11]

  • Klicken oder Quietschen: Fahrer kann beim Fahren entweder ein Klicken, Quietschen oder Schleifgeräusche hören. All dies könnte an den fehlerhaften Lagern oder Buchsen zurückzuführen sein, die die Antriebswelle nicht richtig funktionieren und viele seltsame Geräusche machen.
  • Clunking -Geräusche: Fahrer kann die Geräusche hören, besonders wenn sie das Fahrzeug drehen, beschleunigen oder sogar in die Rückseite bringen.
  • Vibration: Ein frühes und häufiges Symptom einer fehlerhaften Antriebswelle ist eine intensive Vibration, die unter dem Fahrzeug stammt. Abgenutzte Kupplungen, U-Gelenk oder Lager verursachen übermäßige Antriebswellenvibrationen.
  • Drehprobleme: Probleme mit dem Drehen des Fahrzeugs, sowohl bei langsamen als auch während der Hochgeschwindigkeitsfahrten, sind ein weiteres bedeutendes Zeichen für eine schlechte Antriebswelle.

Motorradantriebswellen

Die freiliegende Antriebswelle auf dem ersten Motorrad von BMW, der R32

Antriebswellen wurden verwendet Motorräder Seit vor dem Zweiten Weltkrieg wie der Belgier FN Motorrad ab 1903 und die Stuart Turner Sternmotorrad von 1912. als Alternative zu Kette und Gürtel Laufwerke, Antriebswellen bieten einen langlebigen, sauberen und relativ wartungsfreien Betrieb. Ein Nachteil des Wellenantriebs auf einem Motorrad ist das Helical Getriebe, Spirales Getriebe oder ähnliches ist erforderlich, um die Leistung von 90 ° vom Schacht auf das Hinterrad zu drehen und dabei etwas Strom zu verlieren.

BMW hat seit 1923 Wellenantriebsmotorräder hergestellt; und Moto Guzzi haben Wellenantrieb gebaut V-Twins seit den 1960er Jahren. Die britische Firma, Triumph und die großen japanischen Marken, Honda, Suzuki, Kawasaki und Yamaha, haben Wellenantriebsmotorräder hergestellt.

Lambretta Motorscooters Typ A bis zum Typ LD sind wellengetrieben[12] Der NSU-Prima-Roller ist ebenfalls wellengetrieben[13]

Motorradmotoren positioniert so, dass die Kurbelwelle ist Längsschnitt und parallel zum Rahmen werden oft für wellengetriebene Motorräder verwendet. Dies erfordert nur einen 90 ° -Wendungs ​​-Leistungsübertragung und nicht zwei. Motorräder von Moto Guzzi und BMW sowie der Triumph Rocket III und Honda St -Serie Alle verwenden dieses Motorlayout.

Motorräder mit Wellenantrieb unterliegen Welleneffekt, wo das Chassis klettert, wenn Strom angewendet wird. Dieser Effekt, der das Gegenteil von dem ist, das von Kettenantriebsmotorrädern gezeigt wird, wird mit Systemen wie BMW entgegengewirkt Paralever, Moto Guzzi's Kad und Kawasakis Tetra -Hebel.

Marine Drive -Wellen

Auf einem leistungsorientierten Schiff verbindet die Antriebswelle oder die Propellerwelle normalerweise die Propeller außerhalb des Schiffes bis zur Fahrmaschinerie im Inneren, die mindestens eine Wellendichtung durchquert oder Füllkasten wo es das schneidet die Rumpf. Der Schub, die vom Propeller erzeugte axiale Kraft, wird durch das an das Gefäß übertragen Schubblock oder Schublager, das in allen bis auf die kleinsten Boote in den Hauptmotor oder Getriebe eingebaut ist. Wellen können aus Edelstahl bestehen[14] oder zusammengesetzt[15] Materialien, je nachdem, welche Schiffstyp sie installiert.

Der Teil des Antriebszugs, der direkt mit dem Propeller verbunden ist Schwanzwelle.[16]

Lokomotivantriebswellen

Die hintere Antriebswelle, die Kurbelwelle und die vordere Antriebswelle von a Shay -Lokomotive

Das Shay, Höhepunkt und Heisler Lokomotiven, die alle im späten 19. Jahrhundert eingeführt wurden, wurden verwendet Federfahrten mit Strom von einem zentral montierten Multi-Zylinder-Motor bis zu jedem der von Lastwagen Unterstützung des Motors. Auf jeden von diesen GetriebedampflokomotivenEin Ende jeder Antriebswelle wurde mit dem angetriebenen Lastwagen durch a gekoppelt Universalverbindung während das andere Ende von der angetrieben wurde Kurbelwelle, Übertragung oder ein anderer LKW durch eine zweite Universalgelenk. Ein Federantrieb kann auch dauerhaft gleiten und seine Länge effektiv variieren. Dies ist erforderlich, damit sich die Drehgestell beim Übergeben einer Kurve drehen können.

In einigen werden Cardan -Wellen verwendet Diesellokomotiven (hauptsächlich Diesel-Hydraulik, wie z. British Rail Class 52) und einige elektrische Lokomotiven (z.B. British Rail Class 91). Sie werden auch weit verbreitet in Diesel mehrere Einheiten.

Wellen in Fahrrädern fahren

Die Antriebswelle hat als Alternative zu einem Kettenantrieb in gedient Fahrräder Im vergangenen Jahrhundert wird nie sehr beliebt. EIN Schaftgetriebenes Fahrrad (oder "Acatène", von einem frühen Hersteller) hat mehrere Vor- und Nachteile:

Vorteile

  • Das Antriebssystem wird weniger wahrscheinlich gestört.
  • Der Fahrer kann nicht durch "Kettenbiss" aus Kettenfett oder verletzt werden, wenn Kleidung oder ein Körperteil zwischen einem fängt unbewachte Kette und ein Kettenrad.
  • Niedrigere Wartung als ein Kettensystem, wenn die Antriebswelle in ein Rohr eingeschlossen ist.
  • Konsequenter Leistung. Dynamic Bicycles behauptet, dass ein Fahrrad mit Antriebswellen zu 94% Effizienz liefern kann, während ein kettengetriebenes Fahrrad eine Effizienz von 75 bis 97% basierend auf dem Zustand liefern kann.

Nachteile

  • Ein Antriebswellensystem wiegt mehr als ein Kettensystem, normalerweise 0,5–1 kg (1–2 lb) schwerer.
  • Viele der von Antriebswellenbevölkerung beanspruchten Vorteile können auf einem kettengetriebenen Fahrrad erzielt werden, wie z. Kette und Kettenräder bedecken.
  • Verwendung von Leichtgewicht Umwerfer Zahnräder mit einer hohen Anzahl von Verhältnissen sind zwar unmöglich, obwohl Hub Zahnräder kann verwendet werden.
  • Die Radentfernung kann in einigen Konstruktionen kompliziert werden (wie bei einigen kettengetriebenen Fahrrädern mit Hubgängen).

PTO -Antriebswellen

Antriebswellen sind eine Methode zur Übertragung von Strom von einem Motor und PTO zu Fahrzeug-montierte Zubehörgeräte wie eins Luftkompressor. Antriebswellen werden verwendet, wenn neben dem Motor nicht genügend Platz für das zusätzliche Zubehör gibt. Die Welle schließt die Lücke zwischen der Motorspätung und dem Zubehör, sodass das Zubehör an anderer Stelle auf dem Fahrzeug montiert werden kann.[17]

Antriebswellenherstellung

Heutzutage gibt es neue Möglichkeiten für den Produktionsprozess von Antriebswellen. Das Filamentwicklung Der Produktionsprozess wird für die Schaffung von Popularität gewinnt zusammengesetzt Antriebswellen. Mehrere Unternehmen in der Automobilindustrie möchten dieses Wissen für ihren Produktionsprozess mit hohem Volumen anwenden.

Siehe auch

Verweise

  1. ^ Henry D. Stover, Verbesserung der Holzplanungsmaschinen, US -Patent -Neuauflage 1.190, 21. Mai 1861.
  2. ^ Henry D. Stover, Planungsmaschine, US -Patent 30.993, 18. Dezember 1860, 1861.
  3. ^ John Delancy Watkins und Robert Bryson, Mähmaschinen, US -Patent -Neuauflage 1.904, 23. Juli 1861.
  4. ^ Rush S. Schlachten, Lokomotive, US -Patent 455.154, 30. Juni 1891.
  5. ^ Walter Stillman, Fahrrad, US -Patent 456.387, 21. Juli 1891.
  6. ^ Dudley D. BUKEY, Pferdekraft, US -Patent 631.198, 15. August 1899.
  7. ^ Charles Clark, Marine Velocipede, [USA Patent 637.547], 21. November 1899.
  8. ^ Charles Crompton, Motorfahrzeug US -Patent 718.097, Januar 1903
  9. ^ "Autocar, 1901".
  10. ^ "Autocar Automobile". Nationales Museum für amerikanische Geschichte. 2. November 2016. Abgerufen 19. November, 2017.
  11. ^ "Antriebswelle - Die endgültige Anleitung 2021". Saiko. Malaysia. Abgerufen 2021-09-10.
  12. ^ "Lambretta Scooters Modelle". Cambridge Lambretta Workshop. Vereinigtes Königreich. Abgerufen 26. August, 2016.
  13. ^ "NSU Prima Sales Broschüren". NSU Prima. Abgerufen 26. August, 2016.
  14. ^ "BT Marine Propeller - Propellerwellen". www.btmarinepropellers.co.uk. Abgerufen 2021-03-28.
  15. ^ "Composite Shafting". www.vulkan.com. Abgerufen 2021-03-28.
  16. ^ "Wärtsilä -Enzyklopädie der Marine -Technologie".
  17. ^ "Was ist ein PTO -angetriebener Luftkompressor?". VMAC. 15. März 2019. Abgerufen 25.März, 2019.