Na naših barkah velikokrat srečamo različne tipe grednih vezi. Nekatere so fiksne toge, spet druge elastične, ki delno blažijo vibracije s pomočjo elastičnega elementa v sredini. Pogosto pa srečamo tudi gredno vez, ki omogoča tudi spreminjanje kota med vstopno in izstopno gredjo. Taka gredna vez je kardan ali novejši homokinetični zglob. V prispevku bomo spoznali lastnosti ene in druge variante, ter predvsem razlike med njima.

 

 

 

 

 

Kardan je gredna vez, ki med delovanjem omogoča spremembo kota med vstopno in izstopno gredjo. V angleščini se kardanska gredna vez imenuje “Universal Joint”, ponavadi pa zasledimo kratko oznako “U-Joint”.

Bistveni nosilni element je kardanski križ, ki je dobro viden na vsaki izvedbi. Njegovi začetki segajo daleč v zgodovino in za tisti čas je bila taka gredna vez tudi odlična. Lastnosti kardanske gredne vezi so, da lahko prenaša velike momente glede na velikost in potrebuje malo vzdrževanja. Slaba lastnost pa je, da prihaja do vibracij, ki naraščajo s kotom preloma gredi. Večji kot je kot, večje so vibracije. Vrtenje izstopne gredi ni enakomerno ampak se njena kotna hitrost neprestano povečuje in zmanjšuje. Izstopna gred med vsakim vrtljajem 2 x pospešuje in 2 x pojenjuje. Da se to dogaja nimamo kaj, saj je to lastnost geometrijske oblike, ki nam na izstopu daje sinusno spremembo kotne hitrosti.

Na spodnji sliki lahko vidite, kako je to odvisn od kota preloma med vstopno in izstopno gredjo. Pri kotu npr. 15 stopinj je razlika hitrosti majhna in tako so minimalne tudi vibracije. Pri kotu 30 stopinj je nihanje že kar precejšnje in občuti so vibracije. Nekje do tega kota je tudi maksimum za normalno delovanje kardanskega spoja. Če kot še povečujemo, vidimo, da pri kotu 60 stopin pride do 2 kratnika in 0.5 kratnika vrtenja izstopne gredi! Pri takem kotu delovanje ni več možno, saj prihaja do ekstremnih vibracij, ki lahko vodijo do loma. Seveda pa vse zavisi od hitrosti vrtenja. Pri recimo 30 vrt/min ni nobenega problema. Če pa ima vstopna gred npr. 3000 vrt/min, potem so vrtljaji izstopne gredi 2 x v enem vrtljaju povečajo do 6.000 in 2 x istem vrtljaju pomanjšajo na 1.500 vrt/min. Mislim, da je vsakemu jasno, da v takem primeru takoj pride do loma gredi ali kardanske vezi!

 

 

Da se zmanjša vibracije je potrebno preprečiti prenos nihanja na izstopno gred. To lahko izvedemo tako, da montiramo 2 kardanski vezi v paru, obe pa se morata lomiti pod enakim kotom. Drugi kardan je montiran pod pravim kotom na prvega, kar je bistveno. Če ta kot zgrešimo, se lahko vibracije še povečajo in se bo izstopna gred vrtela še bolj neenakomerno. Ob pravilni vgradnji se neenakomerno vrti samo srednji del gredi in vibracije so majhne. Tak način vidimo npr. pri kmetijskih strojih, tudi pri povezavi menjalnika z diferencialom na tovornih vozilih in včasih tudi osebnih, obdelovalnih strojih, transportnih trakovih… Še vedno pa nam vibracije povzroča srednja gred, tako da tudi s takim načinom vgradnje ne moremo pretiravati s številom vrtljajev vstopne gredi.

 

Primer dvojnega kardanskega spoja gredi, ki izenačuje neenakomerno vrtenje.

 

V navtiki srečamo kardansko gredno vez pri vseh Z pogonih. Tukaj pa nastane problem, saj v tem primeru ni dveh kardanov, ki bi izenačevala nihanja. Pri večjem odklonu krmila ali trimu noge občutimo močno tresenje, saj se neenakomerno vrtenje prenaša na vertikalno gred in naprej na propeler! Zaradi tega moramo vedno paziti, da noge ne dvignemo v “trailer” pozicijo dokler motor deluje. Že če nogo dvigate malo več, kot dovoli elektronika na prvi stopnji, vam priporočam minimalne vrtljaje.

Pozor! Kardanska gred se vrti tudi, ko je menjalnik v prostem teku, zato ne smete NIKOLI vžigati motorja pri povsem dvignjeni nogi!

 

Delovanje kardana

 

Homokinetični zglob:

Je novejša iznajdba, njegovo množično uporabo pa se opazi v avtomobilski industriji. V angleščini se uporablja izraz “CV-Joint”, kar je okrajšava za “constant velocity joint”, redko pa se sliši tudi “homokinetic joint”. Že samo angleško ime nam da vedeti, da so tu kotne hitrosti konstantne. 

Bistven prenosni element so jeklene kroglice, ki se gibljejo v utorih med pestom in obročem. Vrtenje izstopne gredi proti vstopni je povsem enakomerno, zato taka gredna vez med delovanjem povzroča bistveno manj vibracij. Tudi pri večjih odklonih je delovanje povsem mirno, zato si lahko privoščimo normalne odklone do 45 stopinj, pri manjših hitrostih pa še bistveno več. Homokinetični zglob najdemo na pogonu vsakega avtomobila, ki je bil narejen v zadnjih 40 letih. Njegova slaba lastnost je le ta, da potrebuje izdatno mazanje z mastjo in ne more delovati odprt. Zaradi tega je vsak homokinetičen zglob zaprt z manšeto, ki ga ščiti pred zunanjo umazanijo in preprečuje izgubo masti. Na spodnji sliki se vidi zgradbo enostavnega homokinetičnega zgloba. Sivo sta vstopna in izstopna gred, rdeče je pesto z utori, zeleno obroč z utori, vmes pa so sive kroglice.

 

Homokinetični zglob zaradi enakomernega vrtenja ne potrebuje delovanja v paru, kot ga nujno zahteva kardan.Tako je idealen za vgradnjo pri pogonu avtomobilov pri kolesu, kjer ni prostora za dva kardana. Tako so tudi vsi avtomobili opremljeni s tako gredno vezjo, kar sem omenil že na začetku prispevka. Idealno bi bilo tudi, če bi ga namesto kardana začei vgrajevati v Z pogone. Tako bi se znebili nadležnih vibracij v ostrejših zavojih, poleg tega pa bi motor lahko deloval tudi pri krepko dvignjeni nogi, ko bi radi pluli po plitki vodi. Žal pa to nobenega od proizvajalcev ne zanima Zakaj, nimam pojma!?!?!?

 

Delovanje homokinetičnega zgloba

Še zanimivost… Pred davnimi leti je Citroen naredil avtomobil 2CV ali nam bolj poznano spaček, ki je imel prednji pogon. Ta pri kolesih na polgredeh (polosovinah) ni imel homokinetičnih zglobov, temveč navaden kardan. Zato je bila vožnja v ostrih ovinkih polna vibracij, ki so prihajale od koles. Na spodnji sliki lahko vidite originalno polgred od Citroena 2CV, kjer se odlično vidi kardanska gredna vez. Levi del je pri diferencialu, desni pa pri kolesu…

 

 

 

besedilo:  Sandi K.
foto:  Wikipedia, Sandi K.