Nivelakselit

Tämän tekstin tarkoituksena on auttaa ymmärtämään nivelakselin keskeisimmät toimintaperiaatteet. Sekä valitsemaan oikean tyyppinen nivelakseli työkoneeseesi. Rikkoutuneen akselin tilalle valitaan monesti alkuperäistä vastaava akseli. Akseli voi olla myös edullisempi tai laadultaan ja tehonkestoltaan parempi. Ennen uuden akselin hankkimista, kannattaa ensin selvittää vanhaan niveleen tai putkeen syntyneen vaurion aiheuttaja. Näin vältytään uuden akselin vaurioitumiselta. Myös nivelristin poikkeuksellisen kuluminen nopeasti loppuun kannattaa selvittää ennen uuden ristikon asennusta. Nivelakselin valintakriteereihin vaikuttavat akselin kuormitusominaisuudet, lasketut vääntömomentit, laakerien käyttöikä ja koneen pyöritysnopeus 540 rpm, 1000 tai 2000 rpm.
NIVELAKSELIN OIKEA KOKO JA TEHO
Eri valmistajat käyttävät omia luokituksiaan määrittäessään nivelakseleiden kokoa. Osa nivelakselin mitoista onkin standardoitu ja yleisesti puhutaankin eri tyypin akseleista niiden koon mukaan. Koko määräytyy akselin ristikoiden laakerikuppien ulkomittojen ja akseliputken halkaisijan perusteella. Ensisijaisesti nivelakselin teho valitaan työkonevalmistajan suosituksen mukaan. Ylikuormakytkin on traktoria ja työkonetta suojaava sulake. Niissä koneyhdistelmissä, joissa nivelakseli tarvitsee voimansiirtoa suojaavan komponentin, on tiedettävä mahdollisen iskuvoiman vaikutus newtonmetreissä (Nm). Esim teho 540 rpm 110 KW/150 hv, 1945 Nm. Teho 1000 rpm 166 KW/226 hv, 1585 Nm.

Murtopulttikytkimessä on nimensä mukainen murtopultti, joka katkeaa, kun kuormitus ylittää sille asetetun raja-arvon. Tällöin voimansiirto katkeaa ja pultti on vaihdettava. Pulttikytkin on toimintavarma ja edullinen ylikuormakytkin. Käyttökohteita mm. lumilingot ja niittokoneet.

Levykytkimessä kitkalevyjen ja metallin välinen lepokitka ylittyy ja levyt alkavat luistaa. Keskeytyksen jälkeen voimanotto voidaan kytkeä päälle ja työ voi jatkua, ilman osien vaihtoa. Levykytkin vaatii toimiakseen säännöllistä huoltoa! Käyttökohteita mm. paalisilppurit ja niittokoneet.

Säteisnokkakytkin on automaattinen vääntömomentin rajoitin. Kun vääntömomentti ylittää raja-arvon tehonsiirto katkeaa. Laite kytkeytyy automaattisesti päälle hidastamalla tai pysäyttämällä voimanoton. Kallein ylikuormakytkin tyyppi. Käyttökohteita mm. lantavaunut.

Vapaakytkin mahdollistaa liikkeen siirtämisen vain yhteen pyörimissuuntaan. Työkoneen suuren inertiasta johtuva voima ei välity tällöin takaisin traktorin voimansiirtoon. Samassa nivelakseleissa voidaan käyttää myös ym. suojakytkimien kombinaatioita.
Perusnivelakselit soveltuvat 540 rpm nopeudella yleensä 15 asteen ja 1 000 rpm nopeudella enintään 8 asteen jatkuvaan käyttöön. Mitä jyrkempi kulma on, sitä epätasaisempaa akselin pyörimisliike on. Laajakulmanivelet kestävät jyrkemmissä kulmissa työskentelyn kaksoisristikon avulla, joka käytännössä puolittaa yhdelle ristikolle kohdistuvan kuormituksen. Laajakulmanivelakselit sopivat hetkellisesti jopa 80 asteen kulmissa työskentelyn ja jatkuvassakin käytössä sallivat noin 25 asteen käyttökulman.

Tuplalaajakulmanivelakseleissa on nimensä mukaisesti laajakulmanivelet akselin molemmissa päissä.

Akseliputken profiilityyppi vaikuttaa jossain määrin akselin käyttökohteisiin. Uritettu akseli on paras valinta silloin, kun akseleiden päällekkäinen alue jää lyhyeksi. Akseleiden käyttöominaisuuksiin vaikuttaa myös pinnan rakenne: voimakkaasti kuormittavassa työssä on käytettävä karkaistuja akseleita. Pintakarkaisu puolestaan vähentää hankaavaa kulutusta. Jos työssä esiintyy suurta akselin pitkittäistä liikettä, on paras valita kitkaa vähentävällä pinnoitteella päällystetty akseli.

Akselin putken pituus kannattaa mitoittaa vähintään 20 mm lyhyemmäksi kuin sen lyhin käyttöpituus. Akselin liikkumavara riittää estämään akselin puolikkaiden kohtaamisen ja akselin ”pohjaamisen”. Akselin puoliskojen tulisi olla sisäkkäin vähintään puolet ristikoiden välisestä etäisyydestä, mutta kuitenkin vähintään 25 cm. Akselia lyhennettäessä, tehdään se aina ulko- ja sisäputkelle!

Miten päin akseli? Levykytkin kannattaa asentaa työkoneen päähän, sillä painavasta kytkimestä ja sen mahdollisesta epätasapainosta johtuvan värinän aiheuttamat rasitukset kohdistuvat työkoneeseen. Murtopulttikytkimen asentaminen traktorin päähän saattaa olla perusteltua siitä syystä, että murtopultti on helpommin vaihdettavissa traktorin päästä kuin työkoneen uumenista. Käytä konevalmistajan suosittelemaa tapaa.

3-pistekiinnityksessä työkoneen ja traktorin välissä liitetyn nivelakselin ensiöhaarukan ja toisiohaarukan kulmien tulee olla samansuuruiset. Näin haarukoiden välinen nopeus on sama. Mitä epäsäännöllisempi liike on, akseli täristää ja sen elinikä lyhenee ratkaisevasti. Yleisesti puhutaan V- ja Z asettelusta. Nostettaessa kolmipistekiinnityksessä oleva työkone yläasentoon, kannattaa voimansiirto pysäyttää nivelkulmien ylittäessä sallitun rajan. Vältä tilanteita, joissa nivelakselin kulmat ovat erisuuret! Esimerkiksi kesantomurskaimen akseli kulkee suorassa maahan nähden, mutta murskain kulkeekin ”nokallaan”. Tässä tapauksessa työkoneen puoleiseen niveleen kohdistuu ylimääräistä rasitusta, koska akselin nopeus nousee ja laskee jokaisen kierroksen aikana. Hinattaessa voimansiirrolla varustettua työkonetta Hinattaessa suoraan työkonetta nivelakseli on yleensä maksimipituudessaan, kun taas käännettäessä akselin pituus lyhenee. Käännettäessä molemmat voimansiirtonivelet muodostavat kulman traktorissa olevan koneen kytkentäpisteeseen nähden. Jos tämä piste on yhtä kaukana traktorin ja työkoneen kahden voimanoton (d1 = d2 ) välillä, kaksi kulmaa alfa1 ja alfa2 ovat yhtä suuret, voidaan voimansiirrossa käyttää perusnivelellä varustettua nivelakselia. Edellyttäen ettei sallittuja nivelkulmia ylitetä. Kytkentäkohdan ollessa lähempänä traktoria tai lähempänä toimivaa konetta, kaksi kulmaa alfa1 ja alfa2 eivät ole yhtä suuret ja kytkentäkohtaa lähinnä olevaan liitokseen kohdistuu suurempi kulma kuin toiseen.
Ratkaisu voimansiirron epäsäännöllisyyden ongelmaan eri liitoskulmilla on laajakulmanivel. Tällä nivelellä on se erityispiirre, että laajakulmanivel on itsessään vakionopeusnivel (homokineettinen) . Se pystyy työskentelemään eri kulmissa ilman epäsäännöllisyyksiä. Lisäksi normaaliin niveleen verrattuna se voi toimia paljon suuremmissa nivelkulmissa aina 80° asti (mutta vain lyhyitä aikoja, esimerkiksi jyrkissä käännöksissä). Laajakulmanivelellä voidaan korvata yksi tai molemmat voimansiirtonivelet. Normaalisti akseleissa, joissa on yksi vakionopeusnivel, käytetään traktorin puolella (suurille alfa1-arvoille ja pienille alfa2-arvoille) tai koneen puolella (suurille alfa2- ja pienet alfa1-arvot). Näillä vaadittu liitoskulma on suuri tai halutaan vähentää voimansiirron epäsäännöllisyyttä. Huomaa, että tässäkään tapauksessa kokonaissiirto ei ole tasainen, koska se säilyttää normaalin nivelen aiheuttaman epäsäännöllisyyden.

Perusnivel ei saa toimia kulmassa, joka on suurempi kuin ohjeellinen arvo 16 °. Tapauksissa, joissa tämä ei ole mahdollista, käytetään kahdella laajakulmalla varustettua akselia (kuva 6). Tässä tapauksessa voimansiirto on aina homokineettinen riippumatta liitoskulmien arvosta.

On syytä aina muistaa, että kahden eri nivelen kulman ero aiheuttaa voimanvälityksen epäsäännöllisyyden, mikä lisää tärinää ja melua. Siksi sallittuja nivelkulmia ei tulisi ylittää.

NIVELAKSELIN HUOLTO JA RASVAUS

Ristikon laakeripinnoissa näkyvät sinistymät tai tummat läikät kertovat voitelun puutteesta johtuneesta kuumenemisesta. Nivelakseleiden voiteluväli on tavallisesti hyvin tiheä. Se on tarpeen, koska akseleiden käyttöolosuhteet ovat usein pölyisiä ja kosteita. Tämän lisäksi suuret nivelkulmat rasittavat laakereita. Tärkeää huollossa on myös kiinnittää huomiota akseliputken kuntoon. Äkillisistä iskurasituksista sekä ylisuuresta kuormasta voi seurauksena olla akseliputken kiertyminen. Tällöin putket eivät liiku vapaasti sisäkkäin. Nivelakseleiden voiteluun sopii litiumpohjainen rasva, koska se kestää kylmää eikä liukene veteen.

YLEISIMMÄT VOIMANSIIRTOAKSELEIDEN URAPROFIILIT

Standardien ISO 500, DIN 9611 ja ASAE S203.13 mukaiset uritetut profiilit ovat seuraavat:

1 3/8 "z6 (540 rpm)

1 3/8 "z21 (1000 rpm)

1 3/4 "z20 (1000 rpm)

Myös muut profiilit ovat erittäin suosittuja, nimittäin: 1 "z15 1 1/8 "z6 1 3/4 "z6. Mikäli nivelakselin kautta välitetään jatkuvasti yli 70 kilowatin teho, käytetään yleensä järeämpää, ulkohalkaisijaltaan vähintään 1 3/4-tuumaista akselia.