Forgattyústengely – működés, típusok és szerepe a belsőégésű motorban
Ismerje meg a forgattyústengely működését, típusait és szerepét a belsőégésű motorban — kiegyensúlyozás, rezgéscsillapítás és teljesítménynövelés egy átfogó cikkben.
A forgattyús tengely, más néven forgattyústengely, a motornak az a része, amely a dugattyúk fel–le mozgását forgássá alakítja. A tengelyen egy vagy több excentrikusan elhelyezett csap (forgattyúcsap) található, amelyekhez a hajtókarok kapcsolódnak. Amikor a dugattyú felfelé vagy lefelé mozog, a hajtókar a forgattyúcsapot eltolja, ez a tolóerő pedig forgó mozgássá alakul a forgattyústengelyen keresztül.
Működés és kapcsolódó elemek
A dugattyúk impulzusai miatt a forgattyústengely forgása nem teljesen egyenletes, ezért a tengely általában egy lendkerékhez kapcsolódik, amely kisimítja a nyomatékátadást és segít az indításban. A forgattyústengely másik végén gyakran található torziós rezgéscsillapító (vagy harmonikus csillapító), amely a hajtásláncban jelentkező csúcsnyomaték-ingadozásokat csillapítja és védi a fogaskerekeket, kuplungot vagy automataváltót.
Fő részei
- Főcsapok (main journals): a forgattyústengely fő csapjai, ezek forognak a főcsapágyakban és tartják a tengelyt a blokkhoz képest.
- Forgattyúcsapok (crankpins): a hajtókarokhoz csatlakozó excentrikus részek, amelyek a forgattyústengely forgását biztosítják.
- Ellensúlyok: a forgattyústengelybe kialakított, illetve ráhegesztett súlyok a kiegyensúlyozásra szolgálnak.
- Lendkerék / csillapító: a forgás kisimítását és a vibráció csökkentését segítő elemek a tengely végein.
Típusok és gyártás
A forgattyústengelyeket különböző módon készítik:
- Öntött (alumínium- vagy acélöntvény): olcsóbb megoldás tömeggyártásnál.
- Kovácsolt (forged): erősebb és tartósabb, sport- vagy nehézüzemi alkalmazásoknál előnyös.
- Megmunkált (billet): egy darab acélból marva, legmagasabb szilárdság és precizitás jellemzi, gyakori teljesítménynövelésnél.
A felületeket hőkezelik és felületi edzéssel (például nitridálás vagy indukciós keményítés) és csiszolással készítik elő, hogy a csapok és a főcsapok hosszú távon bírják a terhelést.
Kiegyensúlyozás és ellensúlyok
A hengerek elrendezése (sor, V, boxermotor stb.) és a löketszám határozza meg a primer és szekunder kiegyensúlyozási igényeket. A nagyobb motoroknál, ahol több henger dolgozik, a hengerek fázisai csökkentik az impulzusokat; ha ez nem elégséges, ellensúlyokat illesztenek a forgattyústengelyre vagy külön kiegyensúlyozó tengelyeket (balance shaft) alkalmaznak. Az ellensúlyok növelik a tengely tömegét, de sokkal egyenletesebb járást és magasabb fordulatszámot tesznek lehetővé.
Lökethossz, hengertérfogat és teljesítmény
A forgattyústengelyre jellemző a löket (stroke): a dugattyú felső és alsó holtpontja közötti távolság, amely közvetlenül befolyásolja a motor hengertérfogatát és karakterisztikáját. A hengertérfogatot a furat (bore) és a löket szorzata alapján számítják, így a forgattyústengely geometriája meghatározza a motor nyomaték- és teljesítményprofilját.
Kenés és hűtés
A forgattyústengely és a hozzá kapcsolódó csapágyak folyamatos, nyomásos olajkenést igényelnek. Az olaj az olajszivattyún keresztül az olajcsatornákon (oil galleries) jut el a főcsapágyakhoz és hajtókarcsapokhoz, csökkentve a súrlódást és a kopást. Kis, egyszerű motoroknál előfordulhat olajfröcsköléses kenés is, de modern autómotorok többsége nyomásos rendszert használ.
Karbantartás és tipikus hibajelenségek
A szabályos olajcsere és megfelelő olajminőség kulcsfontosságú a forgattyústengely és a csapágyak élettartama szempontjából. A gyakori hibajelenségek közé tartozik:
- szokatlan kopogó vagy csattanó hang a motorból (fő- vagy hajtókarcsapágy problémára utalhat),
- olajnyomás csökkenése, vagy fémforgácsok megjelenése az olajban,
- megnövekedett vibráció vagy rezonancia a motorban (törött ellensúly, sérült csap),
- teljesítménycsökkenés és rendellenes kopásminták a csapágyakon.
Súlyosabb sérülés esetén a forgattyústengely felújítása (csapok megcsiszolása, újra-kúpozás, kiegyensúlyozás) vagy cseréje szükséges. A nagy nyomatékú, sportos alkalmazásoknál gyakran kovácsolt vagy megmunkált tengelyt használnak megnövelt élettartam és biztonság érdekében.
Összefoglalás
A forgattyústengely a belsőégésű motor egyik legfontosabb mechanikai eleme: a lineáris dugattyúmozgást forgó mozgássá alakítja, továbbítja a nyomatékot a hajtáslánc felé, és kulcsszerepe van a motor egyensúlyában, sima járásában és teljesítményében. Megfelelő anyagválasztással, gyártással és karbantartással hosszú távon biztosítható a megbízható működés.
A forgattyústengely (piros), a dugattyúk (szürke) a hengerekben (kék) és a lendkerék (fekete).
Kérdések és válaszok
K: Mi az a daru?
A: A forgattyústengely a motornak az a része, amely a dugattyúk fel-le mozgását forgássá alakítja.
K: Hogyan alakítja át a forgattyútengely a dugattyúk mozgását forgássá?
V: A forgattyús tengely egy vagy több eltolt tengellyel rendelkezik, amelyek a dugattyúkhoz csatlakoznak. Amikor a dugattyú felfelé és lefelé mozog, az eltolt tengelyt tolja, ami viszont elforgatja a forgattyútengelyt.
K: Mi a célja a lendkeréknek?
V: A lendkerék általában a forgattyús tengelyhez csatlakozik, hogy kiegyenlítse annak forgását.
K: Mi az a rezgéscsillapító a forgattyús tengelyen?
V: A rezgéscsillapító egy olyan eszköz, amelyet néha a forgattyús tengely másik végére szerelnek, hogy csökkentsék a forgattyús tengely rezgéseit.
K: Miért van a nagy motoroknak általában több hengerük?
V: A nagy motorok általában több hengerrel rendelkeznek, hogy csökkentsék az egyes lökésekből származó lüktetést.
K: Mik az ellensúlyok a forgattyús tengelyen?
V: Az ellensúlyokat a dugattyú eltolásához és az egyensúly javításához használják. Ez lehetővé teszi a magasabb fordulatszámok elérését és a nagyobb teljesítmény előállítását, bár ez növeli a forgattyús tengely súlyát.
K: Miért fontosak az ellensúlyok egyes motoroknál?
V: Az ellensúlyok azért fontosak a motoroknál, hogy magasabb fordulatszámon egyenletesebb működést érjenek el, és nagyobb teljesítményt tudjanak termelni.
Keres