Hnací hriadeľ
Hnací hriadeľ, hnací hriadeľ, hnací hriadeľ, hriadeľ vrtule alebo kardanový hriadeľ je časť stroja, ktorá prenáša výkon z motora alebo motora na miesto, kde sa môže vykonávať užitočná práca.
Väčšina motorov vytvára výkon ako krútiaci moment tým, že niečo otáča. Môže to byť spaľovací motor (ako v aute), voda poháňajúca vodné koleso alebo plyn či voda prechádzajúca cez turbínu. Táto rotujúca sila sa nazýva krútiaci moment. Záťaž, ktorá sa otáča, vytvára krútiace a šmykové napätie. Hnacie hriadele musia byť dostatočne pevné, aby toto namáhanie zvládli. Ľahký hnací hriadeľ bude efektívnejšie prenášať silu na záťaž, preto je potrebné nájsť rovnováhu medzi pevnosťou a hmotnosťou.
Kardanový hnací hriadeľ s univerzálnymi kĺbmi
Odhalený hnací hriadeľ na klasickom motocykli BMW
Automobily
Väčšina dnešných automobilov používa na prenos výkonu z motora na kolesá hnacie hriadele. Väčšina dnes vyrábaných automobilov má pohon predných kolies (predné kolesá majú silu na pohyb automobilu). V tomto prípade sa hnacie hriadele nachádzajú medzi medzinápravovou prevodovkou a každým predným kolesom.
V automobiloch s pohonom zadných kolies sú medzi diferenciálom a každým zadným kolesom hnacie hriadele. Od prevodovky vpredu k diferenciálu vzadu vedie po celej dĺžke vozidla hnací hriadeľ, ktorý sa v britskej angličtine nenazýva drive shaft, ale propeller shaft alebo propeller-shaft, a hnacie hriadele sa môžu nazývať half shafts (keďže sú dva a tvoria jednu nápravu).
V automobiloch sa používajú rôzne typy hnacích hriadeľov:
- 1 kus hnacieho hriadeľa
- 2-dielny hnací hriadeľ
- Sklz v hnacom hriadeli rúrky
Hriadeľ Slip in Tube Drive je nový typ, ktorý pomáha absorbovať energiu pri náraze a chráni tak osoby v osobnom alebo nákladnom vozidle. Je známy aj ako sklápací hnací hriadeľ.
Dvojitý hriadeľ vrtule nákladného vozidla
Hnacie hriadele motocyklov
Hnacie hriadele sa na motocykloch používajú takmer tak dlho, ako dlho existujú motocykle. Mnohé motocykle namiesto toho používajú jednoduchší reťazový alebo remeňový pohon, ale hnacie hriadele vyžadujú menej starostlivosti a majú dlhú životnosť. Problémom používania hnacích hriadeľov na motocykli je, že na otočenie výkonu o 90° z hriadeľa na zadné koleso je potrebný prevod, čím sa stráca časť výkonu.
A 1913 FN (Fabrique Nationale), Belgicko, štyri valce a hriadeľový pohon
Traktory
Poľnohospodárske traktory používajú typ hnacieho hriadeľa, ktorý sa nazýva hriadeľ s vývodovým hriadeľom (PTO). Ide o hriadeľ, ktorý vychádza zo zadnej časti traktora. Môže byť pripojený k akémukoľvek poľnohospodárskemu zariadeniu, ktoré potrebuje výkon od motora traktora, ako napríklad lis na seno alebo sekačka na kukuricu. To umožňuje používať traktor na rôzne účely a poľnohospodárske zariadenie nepotrebuje vlastný motor, čím sa šetria peniaze.
Starý traktor John Deere s vývodovým hriadeľom pod ochranným krytom
Hnacie hriadele v bicykloch
Hnací hriadeľ sa môže použiť aj v bicykli namiesto reťazového pohonu. Používali sa už v minulom storočí, hoci sa nikdy nestali veľmi populárnymi. Pri použití na bicykli má hnací hriadeľ niekoľko výhod a nevýhod:
Výhody
- Je menej pravdepodobné, že sa pohonný systém zasekne alebo zlomí, čo je bežný problém bicyklov s reťazovým pohonom.
- Jazdec nemá na sebe žiadnu mastnotu, ani žiadny "záber reťaze", ktorý by zachytával oblečenie.
- V prípade, že je hnací hriadeľ uzavretý v rúrke, je potrebná menšia opatrnosť ako v prípade reťazového systému.
- Konzistentnejší výkon. Spoločnosť Dynamic Bicycles tvrdí, že bicykel s hnacím hriadeľom dosahuje konštantne 94 % účinnosť, zatiaľ čo bicykel poháňaný reťazou môže dosahovať 75-97 % účinnosť v závislosti od stavu.
- Väčší priestor nad zemou (svetlá výška) na prekonávanie nerovností alebo vecí na ceste
- Pre požičovne bicyklov je pravdepodobnosť krádeže bicykla s hnacím hriadeľom menšia, pretože zjavne vyzerá inak. Tento typ bicykla sa používa vo viacerých veľkých európskych mestách, kde boli realizované rozsiahle mestské projekty požičiavania alebo zdieľania bicyklov.
Nevýhody
- Systém hnacieho hriadeľa váži viac ako reťazový systém, zvyčajne je o 1-2 kg ťažší.
- V najlepšom stave reťaz poskytuje vyššiu účinnosť
- Zakrytie reťaze a prevodov kovovým alebo plastovým krytom rieši niektoré problémy s reťazami
- Použitie ľahkých prevodov s vysokým počtom prevodových pomerov nie je možné, hoci je možné použiť nábojové prevody
- Zloženie volantu môže byť ťažké
Bicykel poháňaný hriadeľom.
Otázky a odpovede
Otázka: Čo je to hnací hriadeľ?
Odpoveď: Hnací hriadeľ je časť stroja, ktorá prenáša výkon z motora alebo pohonu na miesto, kde sa môže vykonávať užitočná práca.
Otázka: Ako sa vytvára výkon v motoroch alebo motoroch?
Odpoveď: Výkon v motoroch a motoroch sa vytvára ako krútiaci moment tým, že sa niečo otáča.
Otázka: Aké sú príklady zdrojov rotujúceho výkonu?
Odpoveď: Medzi príklady zdrojov rotačnej sily patrí spaľovací motor (v aute), voda poháňajúca vodné koleso a plyn alebo voda prechádzajúca cez turbínu.
Otázka: Čo je to krútiace a šmykové napätie?
Odpoveď: Torzné a šmykové napätie sú druhy napätia, ktoré vznikajú, keď zaťaženie otáčané hnacím hriadeľom vytvára odpor proti otáčaniu.
Otázka: Prečo musia byť hnacie hriadele pevné?
Odpoveď: Hnacie hriadele musia byť dostatočne pevné, aby zvládli krútiaci moment, krútenie a šmykové napätie, ktoré vznikajú pri zaťažení.
Otázka: Aká rovnováha sa musí dosiahnuť pri navrhovaní hnacích hriadeľov?
Odpoveď: Pri navrhovaní hnacích hriadeľov je potrebné dosiahnuť rovnováhu medzi pevnosťou a hmotnosťou, aby bol hnací hriadeľ pevný, ale nie príliš ťažký.
Otázka: Ako ovplyvňuje ľahký hnací hriadeľ účinnosť prenosu výkonu?
Odpoveď: Ľahký hnací hriadeľ bude efektívnejšie prenášať výkon na záťaž, pretože má menšiu hmotnosť na zrýchľovanie a spomaľovanie, čo vedie k menším stratám energie.