Tomgångshjul
Ett mellanhjul är ett hjul som endast tjänar till att överföra rotation från en axel till en annan, i applikationer där det är oönskat att koppla dem direkt. Till exempel att ansluta en motor till plattan på en fonograf eller vevaxel-till-kamaxel-växeln på en bil.
Eftersom det inte gör något själv, kallas det en " tomgång ".
Friktionsdrift
Ett mellanhjul kan användas som en del av en friktionsdrivmekanism . Till exempel, för att ansluta en metallmotoraxel till en metallplatta utan växelljud, använde tidiga fonografer ett gummihjul.
Likaså är klämrullen i en magnetbandstransport en typ av tomgångshjul, som trycker mot den drivna drivrullen för att öka friktionen.
Tomgångsremskiva
I ett remdrivningssystem används ofta tomgångshjul för att ändra remmens bana, där en direkt bana skulle vara opraktisk.
Löpande remskivor används också ofta för att trycka mot baksidan av en remskiva för att öka lindningsvinkeln (och därmed kontaktytan) av en rem mot arbetsremskivorna, vilket ökar kraftöverföringskapaciteten.
Remdrivsystem innefattar vanligen en rörlig remskiva som är fjäder- eller tyngdkraftsbelastad för att fungera som en remspännare , för att klara sträckning av remmen på grund av temperatur eller slitage. Ett mellanhjul används vanligtvis för detta ändamål för att undvika att behöva flytta kraftöverföringsaxlarna.
Tomgångsväxel
Ett mellanhjul är ett kugghjul som sätts in mellan två eller flera andra kugghjul. Syftet med ett mellanhjul kan vara dubbelt. För det första kommer tomgångsväxeln att ändra den utgående axelns rotationsriktning. För det andra kan ett tomgångskugghjul hjälpa till att minska storleken på ingångs-/utgångskugghjulen samtidigt som avståndet mellan axlarna bibehålls.
Utväxling
Ett mellanhjul påverkar inte utväxlingen mellan ingående och utgående axlar. Observera att i en sekvens av kugghjul som är sammankedjade beror förhållandet endast på antalet tänder på första och sista växeln. Mellanväxlarna, oavsett storlek, ändrar inte kedjans totala utväxlingsförhållande, förutom att ändra rotationsriktningen för det slutliga drevet. (Det vill säga att varje mellanväxel ändrar tecken på utväxlingsförhållandet.)
På samma sätt påverkar inte storleken på ett tomgångshjul i ett friktionsdrivsystem utan växling utväxlingen mellan ingående och utgående axlar. Ythastigheten på den ingående axeln överförs direkt till ythastigheten på det mellanliggande hjulet och sedan från det mellanliggande hjulet till den utgående axeln. Ett större eller mindre tomgångshjul bibehåller samma ythastighet (vilket är lika med ythastigheten på den ingående axeln), därför drivs den utgående axeln med konstant hastighet oavsett storleken på tomgångshjulet (såvida det inte finns en slirning, vilket bör inte förekomma i de flesta friktionsdrivsystem när de fungerar korrekt, men det finns tillfällen där ett tomgångshjul kan fungera som en koppling, eller om det uppstår en plötslig eller ovanligt tung belastning på systemet. Dessa situationer kan orsaka rotationsförhållandet mellan hjulen att variera, till skillnad från ett växelsystem, som alltid kommer att rotera med en viss hastighet om inte något är väldigt fel och växlarna börjar hoppa över tänder eller tänderna bryts av).
Ansökningar
- Backning
En mellanväxel som inte driver en axel för att utföra något arbete kallas ett mellandrev. Ibland används en enskild tomgångsväxel för att vända riktningen, i vilket fall det kan kallas en backdriven tomgång. Till exempel kopplar den typiska manuella växellådan i en backväxel genom att sätta in en backhjul mellan två växlar. Eftersom en driven växel (växel "A") som roterar medurs kommer att driva en andra växel ("B") moturs, att lägga till en tredje växel till strängen innebär att växel "C" kommer att snurra i samma riktning som "A". En typisk transmission är utformad med "A" och "B" växlar, så när motorn snurrar snurrar utgående axel i motsatt riktning , vilket driver fordonet framåt . En rak tomgångsväxel är vanligtvis en "A"- och en "C"-växel, som inte är i kontakt med varandra förrän en "B"-växel flyttas mellan dem. Eftersom växellådan är utformad för att flytta bilen framåt när utgången snurrar i motsatt riktning från den ingående axeln, när den läggs till "B" tomgångsväxeln, tvingar den "C"-växeln att snurra i samma riktning som " A" växel, och därmed de ingående och utgående axlarna snurrar i samma riktning, vilket driver bilen i backen.
Ett annat scenario är en serie rullar, som till exempel används för att pressa papper. Varje rulle måste drivas, men att lägga till en motor till var och en är slöseri (och det kan vara svårt att synkronisera rotationshastigheten med oberoende drivsystem). Man skulle helt enkelt kunna lägga till ett kugghjul på änden av axeln på varje rulle, men det betyder att varje rulle skulle snurra i motsatt riktning mot den tidigare (och därför gnugga mot varandra när svängen). Genom att helt enkelt lägga till ett litet mellanhjul mellan varje större växel, blir resultatet en serie rullar som alla drivs i samma riktning.
- Sändning över avstånd
Tomgångsväxlar kan också överföra rotation mellan avlägsna axlar i situationer där det skulle vara opraktiskt att helt enkelt göra de avlägsna växlarna större för att föra dem samman. Inte bara större kugghjul upptar mer utrymme, utan massan och rotationströgheten ( tröghetsmoment ) för ett kugghjul är kvadratisk i proportion till dess radie . Istället för tomgångsväxlar kan naturligtvis en kuggrem eller en rullkedja användas för att överföra vridmoment över avstånd. För korta sträckor kan ett tåg av tomgångar användas; huruvida ett udda eller jämnt tal används avgör om det slutliga utgående kugghjulet roterar i samma riktning som det ingående kugghjulet eller inte. För längre sträckor är en rullkedja eller bälte tystare och skapar mindre friktion, även om växlar vanligtvis är starkare, beroende på styrkan på rullkedjan. Ett fall där flera tomgångsväxlar kan användas är som beskrivits ovan, där det finns ett antal utgående växlar som måste drivas samtidigt.
Caterpillar bandhjul
Ett bandfordon använder en kombination av hjul och rullar, inklusive drivkedjehjul , tomgångshjul , bandreturrullar och väghjul . Det är ganska likt ett transportband i konceptet , men istället för en maskin som bär föremål ovanpå ett motordrivet kontinuerligt band, är det en maskin som rör sig över ett kontinuerligt band. I en typisk applikation överförs kraften till ett drivhjul (eller drivhjul), som driver spåret runt dess slinga. På motsatta änden av fordonet finns ett tomgångshjul , som ger ett slags remskiva . I vissa applikationer bär drivhjulet och mellanhjulet en del av fordonets vikt, för denna beskrivnings syften kommer vi att anta att drivhjulet och mellanhjulet inte är viktbärande enheter, och att drivhjulet är på framsidan (se M4 Sherman för ett exempel). Eftersom drivhjulet kan vara antingen framtill (M4 Sherman, många andra WWII-tankar) eller baktill ( T-90 , de flesta moderna tankar) på fordonet beroende på designen, bär det mellanliggande hjulet antingen banan tillbaka från marken och återför det till drivhjulet (bakre mellanhjulet), eller tar emot spår från drivhjulet och lägger ner det framför väghjulen (främre mellanhjulet). Mellanhjulet drivs inte, precis som ett mellanhjul. Även om det tekniskt vänder spårriktningen (men inte dess rotation ), har detta ingenting att göra med termen "tomgång"; det är inte relaterat till en tomgångsväxel annat än att de båda är "tomgång", eller inte gör något arbete, bara sänder kraft ("tomgång" är en term för något eller någon som inte fungerar). Väghjulen är en serie icke-drivna hjul mellan drivkedjehjulet och tomgångshjulet som tjänar till att bära fordonets vikt (och därför inte anses vara "tomgång", även om de inte är drivna) . I applikationer med högre hastighet, såsom tankar och andra AFV:er, ges dessa väghjul vanligtvis något slags fjädringssystem för att underlätta körningen, öka kontrollerbarheten och minska slitaget. På grund av komplikationerna med att lägga till fjädringssystem till det mellanliggande hjulet och i synnerhet drivhjulet, i sådana fordon, bär väghjulen typiskt hela fordonets vikt. I låghastighetsapplikationer, såsom bulldozers, saknar dessa väghjul någon form av fjädringssystem, eftersom de låga hastigheterna inte kräver dämpning. Detta gör också att tomgångs- och drivhjulen kan bära en del av vikten, eftersom deras brist på fjädring görs irrelevant. Spårreturrullar kan användas eller inte, och är helt enkelt små rullar som bär upp banans vikt när den överförs från bak till fram för att läggas ner igen. Banan ger helt enkelt en fast "väg" för väghjulen att rulla över på alla ytor: väghjulen rullar fordonet längs den självskapade "vägen", medan drivhjulet tvingar fordonet framåt längs banan och lägger sig ner "fräscht" spår. Mellanhjulet plockar tillbaka det "begagnade" spåret och återför det till drivhjulet i fronten. Det är därför som en tidig term för ett bandfordon var en "spårläggningsmaskin" (inte att förväxla med järnvägsspårsutrustning ). Att transportera fordon över lerig mark krävde ofta att plankor eller stockar placerades längs banan (se manchesterväg , plankväg ) . Under det senare 1800-talet kom uppfinnarna på ett sätt att göra en rullmaskin som skulle lägga sin egen plankväg vart den än gick, vilket förnekade behovet för bönder att lägga ner stockar för att korsa leriga områden. Andra fördelar upptäcktes senare.
Observera att det finns några icke-drivna bandtransporter (dvs. släpvagnar som rullar på band istället för hjul), som har två odrivna hjul istället för ett drivhjul. Det finns också vissa delar av utrustning, såsom Caterpillar D9 bulldozer (och många andra Caterpillar märket bulldozers), Tucker Sno-cat och Mattracks gummiband konvertering kit, som konfigurerar sina spår i form av en triangel, eller pyramid (när de visas) från sidan), med drivhjulet i spetsen av pyramiden. I denna konfiguration finns det två mellanhjul/väghjul och ett drivhjul (samt ett antal små, bärande väghjul). I mycket sällsynta fall saknar fordonet ett tomgångshjul alls; i nordliga regioner var ett sätt som människor fick bättre grepp i djup snö att ta en enkel treaxlig lastbil och installera ett enkelt kontinuerligt spår runt bakhjulen, och på så sätt bilda ett grundläggande halvspårsystem som innehöll två drivhjul, och inga tomgångs- eller väghjul. Detta ser man nästan aldrig på riktiga bandfordon, eftersom det andra drivhjulet är överflödigt.