Miksi peräsinakselin poikkileikkaus on ympyrä?

Suorakaide ja neliötankoa saa valmiina niin tukuista kuin tehtaaltakin, eli peräsinvalmistajan ei sitä tarvitse itse edes tehdä. Sorvia ei siis itse akselintekoon tarvittaisi ollenkaan. Miten itse sorvaaminen valmiina ostamisen sijaan muka lisää kustannustehokkuutta? Tuon puslan sorvaaminen taas ei kallista voi olla, kun kappale on niin lyhytkin. Koska sorvilla voi tuottaa vain epäedullista pyöreää muotoa luulisi olevan järkevämpää luopua tarpeettomasta sorvauksesta akselin osalta kokonaan, ellei mitään perusteita pyöreälle muodolle ole.
Lämpökarkaistun akselin hitsaaminen lapaan liitosta varten siten ettei hitsin lämpövaikutusalue heikennä liikaa lujuutta vasta kalliiksi tuleekin. Siltäkin välttyisi helposti siirtymällä suorakulmiomuotoiseen poikkileikkaukseen, jossa hitsit voidaan tehdä vähemmälle rasitukselle joutuvaan osaan takapinnan keskelle.

Jefan sivulla muuten mainittiin että kilpailijoita joilla itse akseli ei toimi laakeripintana eli ei vaadi tarkkoja toleransseja on olemassa. Tietääkö kukaan mikä firma niitä tekee?
Niitä käyttämällä säästäisi melkoisesti sekä painossa, hinnassa että luotettavuudessa.
2 edellistä akselin takia ja viimeinen isomman laakerin, jonka pusla mahdollistaa ja sallii, ellei peräti vaadi. Laakerin painohan on aivan mitätön painavaan akseliin verrattuna, joten kokonaisuus on siltikin kevyempi.

Pyöreä on kestävin muoto ja tankoa on paremmin saatavana eri materiaaleina. Työstettävyys on sorvilla helppoa, kuten mainittiin.

Toki akselina voi toimia ihan mikä muoto tahansa kunhan vahvuudet on kohdallaan. Säästö yhdessä paikassa voi kuitenkin tuoda kustannuksia toisessa. En kuitenkaan usko, että akseleista tulee neliskulmaisia, tuo sinun argumentointihan pätee kaikiin akseleihin, kuten vaikka kampiakseliin.

Siihenonsyynsä kirjoitti:

Pyöreä on kestävin muoto ja tankoa on paremmin saatavana eri materiaaleina. Työstettävyys on sorvilla helppoa, kuten mainittiin.

Toki akselina voi toimia ihan mikä muoto tahansa kunhan vahvuudet on kohdallaan. Säästö yhdessä paikassa voi kuitenkin tuoda kustannuksia toisessa. En kuitenkaan usko, että akseleista tulee neliskulmaisia, tuo sinun argumentointihan pätee kaikiin akseleihin, kuten vaikka kampiakseliin.

Vääntö on aivan eri asia kuin taivutus. Kampiakselissa olennaista on vääntömomentti ja kokonaisuuden tasapainotus oikein, peräsinakselin kierrosnopeus on niin alhainen ettei tasapainotuksella ole mitään merkitystä, ja taivutusmomentti on vähintäänkin kymmenkertainen vääntömomenttin verrattuna. Argumentointini ei siis lainkaan päde kampiakseliin. Pyörötanko ei ole lähelläkään kestävintä muotoa taivutuksessa, I-palkki olisi, mutta se taas ei kestä sitä vähäistäkään vääntöä. Kun poikkipinta on leveyssuunnassa rajoitettu, on umpiaineisista suorakulmio käytännössä optimaalisin, toki ontto on vielä parempi jos se on riittävän kestävä sen levyisenä kuin mitä lapaan mahtuu.
Työstettävyys sorvilla ei ole etu kun työstöä ei tarvita/haluta, vaan kustannus. Ei haarukitakaan yritetä sorvilla tehdä, vaikka sitäkin olisi mahdollista käyttää ennen lopullista muotoilua. Argumentointisi vaikuttaa lähinnä siltä, että olet sorvaamossa töissä, ja lomautus uhkaa.

Minusta tuntuu, että et hahmota kaikkia voimia, jotka akseliin vaikuttavat.

kohtalomalla kirjoitti:

Minusta tuntuu, että et hahmota kaikkia voimia, jotka akseliin vaikuttavat.

Akseliin tulee pääasiassa taivutuskuormaa, jonkin verran vääntöä, ja merkityksettömän vähän lisäksi leikkausta lapaan vaikuttavan voiman ja laakerien tukireaktioiden seurauksena.
Tyypillisesti taivutusmomentin vipuvarsi on lähellä metriä, kun väännön vipuvarsi jää alle 10 cm, molemmat siis lavasta tulevalle kuormitukselle, mikä on molemmille sama voima.
Toki pinnasta tai ruorirattaasta tulevalle voimalle on aina pidempi momenttivarsi, mutta se ei haittaa mitään koska momentti on laakerikitkaa huomioimatta täysin sama, eli voima on vastaavasti pienempi.
Lisäksi tulee tietysti tukireaktiot laakereista, eli pääosin akseliin nähden poikittaista voimaa. Alalaakerin voima on tietystikin suurin, mutta akselikuormista sen vaikutus (leikkausjännitys) on kaikista vähäisin.

Mitähän muita voimia kuvittelet akseliin vaikuttavan?

7-11 kirjoitti:

Suorakaide ja neliötankoa saa valmiina niin tukuista kuin tehtaaltakin, eli peräsinvalmistajan ei sitä tarvitse itse edes tehdä. Sorvia ei siis itse akselintekoon tarvittaisi ollenkaan. Miten itse sorvaaminen valmiina ostamisen sijaan muka lisää kustannustehokkuutta? Tuon puslan sorvaaminen taas ei kallista voi olla, kun kappale on niin lyhytkin. Koska sorvilla voi tuottaa vain epäedullista pyöreää muotoa luulisi olevan järkevämpää luopua tarpeettomasta sorvauksesta akselin osalta kokonaan, ellei mitään perusteita pyöreälle muodolle ole.
Lämpökarkaistun akselin hitsaaminen lapaan liitosta varten siten ettei hitsin lämpövaikutusalue heikennä liikaa lujuutta vasta kalliiksi tuleekin. Siltäkin välttyisi helposti siirtymällä suorakulmiomuotoiseen poikkileikkaukseen, jossa hitsit voidaan tehdä vähemmälle rasitukselle joutuvaan osaan takapinnan keskelle.

Jefan sivulla muuten mainittiin että kilpailijoita joilla itse akseli ei toimi laakeripintana eli ei vaadi tarkkoja toleransseja on olemassa. Tietääkö kukaan mikä firma niitä tekee?
Niitä käyttämällä säästäisi melkoisesti sekä painossa, hinnassa että luotettavuudessa.
2 edellistä akselin takia ja viimeinen isomman laakerin, jonka pusla mahdollistaa ja sallii, ellei peräti vaadi. Laakerin painohan on aivan mitätön painavaan akseliin verrattuna, joten kokonaisuus on siltikin kevyempi.

Kaikenlaisia profiileja saa kaupasta ja lisää voi teettää mittojen mukaan. Ei niitä kuitenkaan voi moneenkaan paikkaan sellaisinaan käyttää, ne ovat mitoiltaan suuritoleranssisia ja pinnaltaan karkeita. Peräsinlapaan mahtuu tietenkin pyöreää profiilia enemmänkin vääntöä kestävä muoto, mutta laakerin kohdalla akseli on kuitenkin pyöreä. Ja pyöreään reikään sopivista profiileista pyöreä on paras vääntöjäykkyydeltään. Ja jos peräsinlapakin ohenee alaspäin lavan kaventumisen myötä, tarvitaan taas koneistusta.

Lämpökarkaisujen ja hitsien kohdalla mentiin jo metsään. Pienat pitää hitsata joka tapauksessa akselin ulkopintojen tasoon etteivät ne vääntyile lapaan kohdistuvien vääntöjen seurauksena. Ja pienat ovat kaukana taivutusmomentin maksimista.

Sorvauksesta saa hyvän kuvan Jefan videosta. Aihio sorviin, luukku kiinni ja CNC-työstö käyntiin nappia painamalla. Neliön päälle sopivan pyöreän puslan teko laakerien kohdille onkin jo oma lukunsa. Toisaalta akselin yläpää kannattaa painon säästämiseksi ohentaa ja taas koneistus maksaa paljon pyöreän kappaleen sorvaukseen verrattuna.

Videolla ylin piena oli aivan peräsinlavan yläreunassa, eli lähes maksimitaivutuksen alueella.
CNC:llä saa kyllä muitakin muotoja kuin pyöreitä, ja silloinkin nappia painamalla.

Akseliin ei kohdistu staattista kuormaa.

takaisin_amikseen kirjoitti:

Akseliin ei kohdistu staattista kuormaa.

Peräsinlapaan kohdistuu dynaamisia kuormia. Peräsinakseliin ne kohdistuvat staattisina. Staattinen ei tarkoita sitä, että kuorma olisi ajan suhteen vakio.

Nelikumaista akselia voisi täyttää laakerin kohdalta pyöreäksi. Ei tarvitse ohentaa akselia.

Toisinpäin kirjoitti:

Nelikumaista akselia voisi täyttää laakerin kohdalta pyöreäksi. Ei tarvitse ohentaa akselia.

Juuri niin, ja kun sen tekee puslalla, mikä liukuu vapaasti akselin pituusakselin suunnassa niin ei tule niitä jännityshuippuja. Materiaaliksi esim öljypronssi tai jos kestää niin jokin sopiva liukas muovikin voi kelvata.

"lavalle tulevat kuormat kuitenkin taivuttaisivat akselia sivulle eli pienemmän taivutusvastuksen ympäri eli ei tuosta olisi paljonkaan apua."
Onhan siitä paljon apua jos akselin poikkipinnan saa samalla vähintäänkin kaksinkertaiseksi, ja lisäksi huomattavasti edullisemman jännitysjakautuman kuin ympyrällä on.

akselipusla kirjoitti:

"lavalle tulevat kuormat kuitenkin taivuttaisivat akselia sivulle eli pienemmän taivutusvastuksen ympäri eli ei tuosta olisi paljonkaan apua."
Onhan siitä paljon apua jos akselin poikkipinnan saa samalla vähintäänkin kaksinkertaiseksi, ja lisäksi huomattavasti edullisemman jännitysjakautuman kuin ympyrällä on.

Huonon taivutuslujuuden omaava irtopusla akselin päällä ei jännityshuippua paljoa vähennä. Sen sijaan irtopusla kasvattaa minimissään laakerin koon akselin lävistäjä 20 mm. Kymmenenkin milliä akselin nurkassa voi olla niukka mitoitus. Seurauksena on järkälemäinen laakeri. Ja lopputuloksena ollaan saatu kalliimpi ja isompi laakeri, kallis pusla neliöreikineen, kalliimpi ylälaakerin koneistus neliötankoon ja vahvempi akseli. Tosin alkuperäinen pyöreä akselikin on todettu riittävän vahvaksi.

Ja paljonkos akselin poikkipinta kasvoikaan? Se kasvoi kertoimella 4/pii, se on ymmärtääkseni paljon vähemmän kuin 2. Muutos ei tunnu kannattavalta, ellei akselia tehdä komposiitista, mutta se onkin sitten eri juttu.

Irtopusla poistaa jännityshuipun käytännössä kokonaan. Et taida tuntea lujuusoppia ollenkaan jos muuta luulet. Jännityshuippuhan syntyy poikkipinnan äkillisestä muutoksesta.
Jos 50 mm halkaisijainen akseli korvataan 50 mm * 80 suorakulmiolla, niin poikkipinta yli tuplautuu. Kukaan ei ole todennut halkaisijaltaan 50 millista poikkipintaa riittävän vahvaksi millään materiaalilla. Paksumman akselin käyttäminen vaatii myös paksumman peräsinlavan, mutta suorakaidepoikkileikkauksella ei vaadi. Laakeri on varsin halpa verrattuna akseliin ja kevyt myös. Isompi laakeri myös kestää olennaisesti pidempään kuin juuri minimiin mitoitettu.
Halkaisijaltaan 50 millisen pyörötangon taivutusvastus on 12272 mm^3 ja 50*80 suorakulmiotangon pienempi taivutusvastus 33333 mm^3 eli 2,7 kertainen. Molemmat mahtuu samaan lapaan. Samaan taivutusvastukseen pääsemiseksi tarvittaisiin 70 millinen pyörötanko jollainen ei todellakaan mahdu.

puslalla kirjoitti:

Irtopusla poistaa jännityshuipun käytännössä kokonaan. Et taida tuntea lujuusoppia ollenkaan jos muuta luulet. Jännityshuippuhan syntyy poikkipinnan äkillisestä muutoksesta.
Jos 50 mm halkaisijainen akseli korvataan 50 mm * 80 suorakulmiolla, niin poikkipinta yli tuplautuu. Kukaan ei ole todennut halkaisijaltaan 50 millista poikkipintaa riittävän vahvaksi millään materiaalilla. Paksumman akselin käyttäminen vaatii myös paksumman peräsinlavan, mutta suorakaidepoikkileikkauksella ei vaadi. Laakeri on varsin halpa verrattuna akseliin ja kevyt myös. Isompi laakeri myös kestää olennaisesti pidempään kuin juuri minimiin mitoitettu.
Halkaisijaltaan 50 millisen pyörötangon taivutusvastus on 12272 mm^3 ja 50*80 suorakulmiotangon pienempi taivutusvastus 33333 mm^3 eli 2,7 kertainen. Molemmat mahtuu samaan lapaan. Samaan taivutusvastukseen pääsemiseksi tarvittaisiin 70 millinen pyörötanko jollainen ei todellakaan mahdu.

50 mm paksuinen lapa kuuluu niin pieneen veneeseen, että 50 mm Al-akseli kestää kyllä. Jännityshuippu taas on laakerin alareunassa, vaikkei poikkileikkaus muuttuisikaan. Ja miksi muuttuisi? 50x80 akselilla 50 mm laakeri vaihtuu 120 milliseen ja tarvitaan kalliin muotoinen pusla. Pusla tietenkin kannattaa tehdä jostain pronssia halvemmasta materiaalista. Rullalaakerin vastinpintana monet halvemmat materiaalit ovat parempia ja liukulaakeria käytettäessä pronssi kannattaa valita runkolaakerin puolelle.

50 millinen aisi 329 akseli vääntyi jo, kerro mikä alumiini kestää taipumatta enemmän eikä kärsi korroosiosta niin paljon ettei kestä käytännössä mitään. Lapa on max jänteeltään 60cm ja syvyys 210 cm.

No mikset vatsannut alussa esitettyyn kysymykseen jos kerran vastauksen siihen tiedät:
"Jefan sivulla muuten mainittiin että kilpailijoita joilla itse akseli ei toimi laakeripintana eli ei vaadi tarkkoja toleransseja on olemassa. Tietääkö kukaan mikä firma niitä tekee?"

Potentiaaliset asiakkaat haluavat tietää kilpailijatkin, firma taas ei niitä tietenkään mainosta. Mahdatkohan ymmärtää eron?