Kas ir piedziņas vārpsta (Kardāna vārpsta): definīcija, darbība un pielietojums

Uzzini, kas ir piedziņas (Kardāna) vārpsta: definīcija, darbības princips, konstrukcija un praktisks pielietojums auto, rūpniecībā un tehnikā.

Piedziņas vārpsta, piedziņas vārpsta, dzenošā vārpsta, dzenskrūves vārpsta vai Kardāna vārpsta ir mašīnas daļa, kas pārvada jaudu no dzinēja vai motora uz vietu, kur var veikt lietderīgu darbu.

Lielākā daļa dzinēju vai motoru rada jaudu kā griezes momentu, liekot kādam priekšmetam griezties. Tas var būt iekšdedzes dzinējs (kā automašīnā), ūdens, kas darbina ūdens ratu, vai gāze vai ūdens, kas iet caur turbīnu. Šo rotējošo jaudu sauc par griezes momentu. Kravas griešanās rada griezes un bīdes spriegumu. Piedziņas vārpstām jābūt pietiekami stiprām, lai tās izturētu šo spriegumu. Viegla piedziņas vārpsta efektīvāk pārnesīs jaudu uz slodzi, tāpēc ir jāpanāk līdzsvars starp izturību un svaru.

Kas ir piedziņas vārpsta — īss pārskats

Piedziņas vārpsta (bieži saukta arī par kardāna vārpstu automobiļos) ir rotējošs elements, kas savieno dzinēja vai motora izplūdes asi ar piedziņas elementu (piemēram, kārbu, diferenciāli vai darba riteni). Tās funkcija ir pārvadīt griezes momentu un apgriezienus no viena asmeņa uz otru, reizēm kompensējot leņķu nobīdi vai lineāru attāluma maiņu.

Konstrukcija un galvenie veidi

• Viengabala (cieta) vārpsta — vienkārša konstrukcija, izmanto taisniem savienojumiem starp elementiem, piemērota, ja ass nav jāmaina leņķiski vai gareniski.
• Telescopiskā (vilcējvārpsta) vārpsta — ietver slīdējošu (splined) elementu, kas ļauj mainīt garumu, kad šasija kustas vai pieļauj relatīvu kustību starp transmisijas elementiem.
• Vārpsta ar universālā (kardan) krustojumu — izmanto vienu vai vairākus universālos krustojumus (U-joints), kas ļauj leņķa maiņu starp savienotām asīm.
• Konstantā spektruma (CV) vārpsta — satur CV-jointus (homokinetiskos savienojumus), kas nodrošina vienmērīgu rotāciju pie dažādiem leņķiem un plaši lietota priekšpiedziņas automašīnās un pusasu konstrukcijās.

Kā piedziņas vārpsta darbojas

Pamatā vārpsta nodod griezes momentu, bet, ja ass leņķis starp ieejas un izejas asi nav nulle, universālie krustojumi izmaina apgriezienu momentāni tā, ka izejas ass apgriezienu ātrums var pulsēt, ja tiek izmantots viens U-joints. Lai šo pulsāciju samazinātu, parasti izmanto 2 U-joints izvietotus tā, lai to leņķi kompensētos, vai izmanto CV-jointus, kas nodrošina konstatantu apgriezienu pārnesi pie leņķiem.

Materiāli un konstrukcijas prasības

Visbiežāk piedziņas vārpstas izgatavo no sakausējuma tērauda (piem., rūdīta un ģarota) vai no vieglākiem materiāliem, piemēram, alumīnija vai kompozītiem īpašos transportlīdzekļos, kur svara samazināšana ir būtiska. Galvenās prasības ir:

• Augsta izturība pret griezes un bīdes spriegumu;
• Zema inerces masa (lai samazinātu rotācijas masas un uzlabotu reakciju);
• Noturība pret nogurumu un koroziju;
• Pietiekama stingrība, lai izvairītos no kritiskās frekvences (vārpstas slikta balansēšana var izraisīt izteiktu vibrāciju).

Tipiskas pielietojuma jomas

• Automašīnas — aizmugurējo riteņu piedziņā un pilnpiedziņas sistēmās (kardāna vārpsta savieno pārnesumu kārbu ar aizmugurējo diferenciāli);
• Kravas automobiļi un autobusi — garas vārpstas ar vairākiem krustojumiem;
• Rūpniecības iekārtas — konveijeri, ģeneratori, turbīnas un urbšanas iekārtas, kur jānodod rotējoša enerģija uz attālu vai leņķiski novirzītu slodzi;
• Kuģu un hidrauliskās sistēmas — piedziņas starp motoru un propelleru vai ūdens ratu.

Biežākie darbības traucējumi un simptomi

• Vibrācija pie noteiktiem ātrumiem — bieži saistīta ar nepareizu balansēšanu vai nolietotu U-krustojumu;
• Krakšķošana vai sitieni, pārslēdzoties no stāvēšanas uz braukšanu — var liecināt par nodilušu splaini vai brīvu U-jointu;
• Eļļas noplūde ap CV-jointiem — plīsušas gumijas manšetes (boots) ļauj netīrumiem iekļūt un eļļai iztecēt, izraisot ātru nolietojumu;
• Redzamas plaisas vai deformācijas — yoku vai paša stieņa plaisas ir nopietns bojājums, kas var izraisīt vārpstas lūzumu.

Apkope un pareiza ekspluatācija

Regulāra pārbaude un uzturēšana būtiski pagarina piedziņas vārpstas kalpošanas ilgumu. Ieteikumi:

• Pārbaudīt U-jointu brīvkustību un spēles, kā arī CV-manšetes stāvokli katrā apkopes reizē;
• Smērēt U-jointus, ja tie ir aprīkoti ar smērvielas spraudņiem (spiedpunkti);
• Savlaicīgi nomainīt bojātās manšetes, lai izvairītos no CV-jointu bojājuma;
• Veikt balansēšanu pēc vārpstas nomaiņas vai, ja parādās vibrācijas;
• Nemainīt pārmērīgas slodzes un izvairīties no straujas braukšanas pa bedrēm, kas var izraisīt triecienus caur vārpstu.

Drošība un remonta apsvērumi

Darbs ar piedziņas vārpstu prasa uzmanību — vārpsta rotē ar lielu ātrumu un var radīt spēcīgas traumas. Pirms darba veicējiem jānoņem dzinēja jauda, jānostiprina transportlīdzeklis un jāizmanto atbilstoši pacelšanas līdzekļi. Komplektu nomaiņa parasti ietver:

• pareizu vārpstas garuma un savienojuma izvēli,
• pilnīgu balansēšanu,
• visu stiprinājumu un pakotņu nomaiņu,
• pārbaudi pēc montāžas — braukšanas un dinamisko testu, lai pārliecinātos par vibrācijas neesamību.

Kā saprast, kad vērsties pie speciālista

Ja jūtama pastāvīga vibrācija, skaņas, kas palielinās ar ātrumu, vai pamanāmas eļļas noplūdes no vārpstas apgabala, ir ieteicams vērsties pie autoservisa vai mehāniķa. Savlaicīga iejaukšanās bieži ir lētāka un drošāka nekā gaidīšana līdz kritiskam bojājumam.

Kopsavilkums

Piedziņas vārpsta ir kritiska daļa daudzās mehāniskajās sistēmās — tā pārnes griezes momentu, kompensē kustības un leņķa nobīdes un ietekmē vispārējo darbības komfortu un drošību. Pareiza konstrukcija, materiālu izvēle, regulāra apkope un savlaicīga remontēšana nodrošina ilgu un drošu ekspluatāciju.

Automašīnas

Mūsdienās lielākajā daļā automobiļu dzinēja jaudas pārnesei no motora uz riteņiem izmanto piedziņas vārpstas. Lielākajai daļai mūsdienās ražoto automobiļu ir priekšējo riteņu piedziņa (priekšējie riteņi ir tie, kas nodrošina automobiļa kustību). Šajā gadījumā piedziņas vārpstas atrodas starp pusass pārnesumkārbu un katru priekšējo riteņu.

Aizmugurējo riteņu piedziņas automašīnās starp diferenciāli un katru aizmugurējo riteni ir piedziņas vārpstas. No transmisijas priekšpusē līdz diferenciālim aizmugurē ir arī piedziņas vārpsta, kas stiepjas pa visu automobiļa garumu - britu angļu valodā to sauc nevis par piedziņas vārpstu, bet gan par dzenskrūves vārpstu vai propelleru vārpstu, un piedziņas vārpstas var saukt par pusvārpstām (jo ir divas, kas veido vienu tiltu).

Automašīnās tiek izmantotas dažāda veida piedziņas vārpstas:

• 1 gab. piedziņas vārpsta
• 2 gabalu piedziņas vārpsta
• Slip in Tube piedziņas vārpsta

Slip in Tube Drive vārpsta ir jauna tipa, kas palīdz absorbēt enerģiju sadursmes gadījumā, aizsargājot automašīnā vai kravas automašīnā esošos cilvēkus. To sauc arī par saliekamo piedziņas vārpstu.

Kravas automašīnas dubultā dzenskrūves vārpsta

Motociklu piedziņas vārpstas

Piedziņas vārpstas motociklos tiek izmantotas gandrīz tik ilgi, cik ilgi ir bijuši motocikli. Daudzos motociklos tā vietā izmanto vienkāršāku ķēdes vai siksnas piedziņu, taču piedziņas vārpstām ir nepieciešama mazāka apkope, un tām ir ilgs kalpošanas laiks. Problēma, izmantojot piedziņas vārpstas motociklos, ir tā, ka, lai jaudu no vārpstas uz aizmugurējo riteni pagrieztu 90° leņķī, ir nepieciešams zobratu pārnesums, tādējādi zaudējot daļu jaudas.

1913. gada FN (Fabrique Nationale), Beļģija, četri cilindri un vārpstas piedziņa

Traktori

Lauksaimniecības traktori izmanto tāda veida piedziņas vārpstu, ko sauc par jaudas noņemšanas vārpstu jeb PTO vārpstu. Tā ir vārpsta, kas iziet no traktora aizmugures. To var savienot ar jebkuru lauksaimniecības aprīkojumu, kam nepieciešama jauda no traktora dzinēja, piemēram, siena presētāju vai kukurūzas smalcinātāju. Tas ļauj traktoru izmantot dažādiem mērķiem, un lauksaimniecības tehnikai nav nepieciešams savs dzinējs, tādējādi ietaupot naudu.

Vecs John Deere traktors ar kardāna vārpstu zem aizsargvāciņa

Velosipēdu piedziņas vārpstas

Piedziņas vārpstu var izmantot arī velosipēdā ķēdes piedziņas vietā. Tās ir izmantotas jau pagājušajā gadsimtā, lai gan nekad nav kļuvušas ļoti populāras. Ja velosipēdā izmanto piedziņas vārpstu, tai ir vairākas priekšrocības un trūkumi:

Priekšrocības

• Mazāka iespēja, ka piedziņas sistēma iestrēgs vai salūzīs, kas ir izplatīta problēma ķēdes piedziņas velosipēdiem.
• Uz braucēja nav smērvielu un nav "ķēdes koduma", kas aizķer apģērbu.
• Ja piedziņas vārpsta ir ievietota caurulē, kas parasti tiek izmantota, ir vajadzīga mazāka piesardzība nekā ķēdes sistēmai, kad piedziņas vārpsta ir ievietota caurulē.
• Vienmērīgāka veiktspēja. Dynamic Bicycles apgalvo, ka velosipēds ar piedziņas vārpstu pastāvīgi nodrošina 94% efektivitāti, savukārt velosipēds ar ķēdes piedziņu atkarībā no stāvokļa var nodrošināt 75-97% efektivitāti.
• Vairāk vietas virs zemes (klīrenss), lai varētu pārbraukt izciļņus vai šķēršļus.
• Velosipēdu nomas uzņēmumiem velosipēda ar piedziņas vārpstu zādzība ir mazāk iespējama, jo tas acīmredzami izskatās citādi. Šāda veida velosipēdi tiek izmantoti vairākās lielākajās Eiropas pilsētās, kur ir izveidoti lieli pilsētu velosipēdu nomas vai koplietošanas projekti.

Trūkumi

• Piedziņas vārpstas sistēma sver vairāk nekā ķēdes sistēma, parasti par 1-2 kg smagāka.
• Labākajā stāvoklī ķēde nodrošina lielāku efektivitāti.
• Dažas problēmas ar ķēdēm atrisina ķēdes un pārnesumu pārklāšana ar metāla vai plastmasas vāku.
• Nav iespējams izmantot vieglus pārnesumus ar lielu pārnesumu skaitu, lai gan var izmantot rumbas pārnesumus.
• Riteņa noņemšana var būt grūti paveicama

 

Velosipēds ar vārpstas piedziņu.

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir piedziņas vārpsta?

Q: Kā dzinējos vai motoros tiek radīta jauda?

J: Kādi ir daži rotējošas jaudas avotu piemēri?

J: Kas ir vērpes un bīdes spriegums?

J: Kāpēc piedziņas vārpstām jābūt izturīgām?

J: Kāds ir līdzsvars, kas jāpanāk, projektējot piedziņas vārpstas?

J: Kā viegla piedziņas vārpsta ietekmē jaudas pārvades efektivitāti?

Meklēt pēc burta