Vevstång: Vad är dess funktion?
Vevstång är en mekanisk del som förbinder kolven med vevaxeln och säkerställer kraftöverföringen mellan kolvarna och vevaxeln. En del av vevstaken är fäst vid kolven, medan den andra är fäst vid vevaxeln.
Denna artikel kommer att belysa vevstakens funktion och eventuella fel. Dessutom kommer vi kort att diskutera dess konstruktion och nämna de vanligaste problemen med vevstakar och deras lösningar.
Innehållsförteckning
Vevstångens funktioner
Vevstången är en viktig komponent i alla motorer. Dess primära funktion är att ansluta kolven till vevaxeln och överföra kolvens rörelse till vevaxeln, som i slutändan driver motorn och genererar kraft.
Vevaxel: Vad är den till för och vilka krafter måste den tåla?
Förutom att överföra rörelse stöder vevstaken kolvens vikt och andra belastningar. Detta är en kritisk funktion, eftersom vevstaken måste vara tillräckligt stark för att motstå trycket från förbränningsgaserna i cylindern, vilket kan vara betydande.
Motorkolvar: Hur fungerar de?
En annan kritisk funktion hos vevstaken är att tillåta kolven att röra sig fritt inuti cylindern. Vevstången måste röra sig mjukt och utan hinder, eftersom alla motstånd eller störningar kan orsaka att motorn inte fungerar eller till och med går sönder.
Vevstakar är en av de mest belastade delarna av motorn och måste absorbera de krafter som genereras av kolvarna när de rör sig upp och ner. Dessa krafter inkluderar trycket från förbränningsgaserna och stöten från kolven som träffar cylinderhuvudet.
Vevstång måste tåla följande:
- Höga temperaturer
- Högt tryck
- Tröghetskrafter av egen vikt
- Kolvarnas tröghetskrafter
Vevstången måste motstå dessa krafter utan att gå sönder eller deformeras. På grund av det är de vanligtvis gjorda av smidd stål eller mycket starka och samtidigt lätta legeringar. Materialen som vevstängerna är gjorda av skiljer sig dock åt beroende på motortyp.
Vevstångsmaterial
Vevstängerna måste uppvisa högt arbetsmotstånd eftersom de under förbränningsmotorns livstid utför flera tiotals till hundratals miljoner slag. Livslängden på de vevstakar som används inom motorsport är dock inte prioriterad.
Olika material erbjuder unika egenskaper som gör dem lämpliga för olika applikationer. Tre vanliga material för vevstakar är stål, aluminium och titan.
- Stål är ett populärt material för vevstakar på grund av dess styrka och hållbarhet. Den tål höga påkänningar och krafter under motordrift och används ofta i högpresterande och tunga motorer.
- Aluminium är ett lättviktsmaterial med god värmeledningsförmåga. Det kan avleda värme snabbt och minska risken för motorskador på grund av överhettning. Aluminiumvevstakar används ofta i högvarvsmotorer där viktminskning är en prioritet.
- Titanium är ett solidt och lätt material, vilket gör det till ett idealiskt val för högpresterande och racingapplikationer. Men titan är också dyrt, vilket gör det mindre vanligt i masstillverkade motorer.
Vevstakar som används inom motorsport är gjorda av aluminium eller titanlegering. Fördelen med vevstakar gjorda av aluminiumlegering är deras lägre vikt, tack vare vilken tröghetskrafterna reduceras, och därmed är det möjligt att uppnå högre motorvarvtal.
Nackdelen är den korta livslängden för sådana vevstakar. Titanlegeringar är solida och lätta, men detta material är dyrt och känsligt för ytskador.
Delar av vevstake
Bilden nedan visar vevstakens konstruktion men inkluderar även en kolv. Kolven är dock inte en del av vevstaken, så tänk på konstruktionen av vevstaken utan kolv.
1. Stångkropp
Huvuddelen av vevstaken är stavkroppen, vanligtvis konstruerad av robust och hållbart stål. Den har en cylindrisk form med rundade ändar och är speciellt utformad för att motstå de påfrestningar och krafter som uppstår under motordrift.
2. Två ändar - Den stora och lilla änden
Vevstången har två ändar: stor och liten. Den stora änden är den större och rundade änden som fäster på vevaxeln, medan den lilla änden är den mindre och rundade änden som fäster på kolven. Stångkroppen förbinder de stora och små ändarna och är utformad för att svänga och rotera i förhållande till varandra.
3. Handled/gudgeon pin
Handledsstiftet, även känt som kolvstiftet eller kolvstiftet, är en liten cylindrisk komponent som fäster på kolven och sträcker sig in i den lilla änden av vevstaken. Handledsstiftet tillåter vevstaken att svänga och rotera i förhållande till kolven när vevaxeln roterar.
4. Vevstift
Vevstiftet är en cylindrisk komponent som fäster på vevaxeln och sträcker sig in i den stora änden av vevstaken. Vevtappen gör att vevstaken kan svänga och rotera i förhållande till vevaxeln när kolven rör sig upp och ner i cylindern.
5. Lagerinsatser
Vevstakar har vanligtvis lager i både de stora och små ändarna för att möjliggöra mjuk svängning och rotation. Dessa lager kan tillverkas av brons eller syntetiska polymerer med låg friktion.
6. Bultar och muttrar
Vevstakar hålls ofta ihop med bultar och muttrar, vilket gör dem lätta att demontera och återmontera för underhåll eller reparation. Dessa bultar och muttrar kan vara gjorda av olika material, såsom stål eller en legering.
Typer av vevstakar
- Stavar av vanlig typ
- Gaffel- och bladstänger
- Smidda stavar
- Master- och slavstänger
- Gjutna stavar
- Billet-stänger
- Eldrivna metallstång
1. Stavar av vanlig typ
Vanliga vevstakar används vanligtvis i inline- och motsatta motorer. De har en enkel design med en stor ände fäst vid vevtappen och försedda med en lagerkåpa.
Lagerkapseln monteras med en bult eller bult i änden av vevstaken. Att byta ut vevstaken i samma cylinder och relativa läge är viktigt för att bibehålla korrekt passform och balans.
2. Gaffel- och bladstänger
V-twin motorcykel och V12 flygplansmotorer använder vanligtvis gaffel och blad vevstakar. Varje par motorcylindrar har en gaffelstång som är uppdelad i två delar i den stora änden, och en bladstång är avsmalnande för att passa detta gap i gaffeln.
Denna design eliminerar det gungande paret som uppstår när cylinderparen balanseras tillsammans med vevaxeln. I arrangemanget av typen big-end lager har gaffelstången en enda bred lagerhylsa som sträcker sig över hela stångbredden, inklusive den centrala spalten.
Bladstången löper utanför denna hylsa, inte på vevtappen. Detta gör att de två stängerna rör sig fram och tillbaka, vilket minskar kraften på lagret och ythastigheten. Ändå går lagerhastigheten fram och tillbaka istället för att rotera kontinuerligt, vilket kan vara ett stort problem för smörjningen.
3. Smidda stavar
Vissa vevstakar tillverkas genom smide, där ett korn av materialet tvingas till önskad form. Materialet kan vara en stållegering eller aluminium, beroende på vilka egenskaper som krävs.
Krom och nickellegerat stål används ofta, vilket ökar vevstakens styrka. Slutprodukten är inte designad för att vara spröd, vilket gör den till ett hållbart motoralternativ.
4. Master- och slavstavar
Radialmotorer använder vanligtvis master-and-slave vevstakar. I detta system består en kolv av en huvudstång med direkt anslutning till vevaxeln, medan andra kolvar förbinder sina vevstakar med ringarna som omger huvudstångens kant.
Nackdelen med master-slave-stänger är dock att slavkolvens slaglängd är något större än masterkolvens, vilket ökar vibrationen i V-typmotorn.
5. Kasta stavar
Tillverkare föredrar gjutna stavar eftersom de kan hantera belastningen av en lagermotor. De kräver en låg produktionskostnad och kan inte användas i applikationer med höga hästkrafter. Gjutstänger har en märkbar söm i mitten som skiljer dem från den smidda typen.
6. Billet Stavar
Vävstakar är utformade av stål eller aluminium. Jämfört med andra vevstakar är de lättare, starkare och har längre livslängd. De används ofta i höghastighetsfordon och är ibland utformade för att minska spänningshöjningar och lätta in i ämnets naturliga ådring.
7. Powered Metal Concords
Vevstakar av kraftmetall är ett lämpligt val för tillverkare. En metallpulverblandning pressas in i formen och värms upp till hög temperatur för att skapa en fast form.
Produkten kan kräva lätt bearbetning, men den kommer ur en färdig produktform. Pulvermetallstång är billigare än stål och är starkare än gjutna stavar.
Fel på vevstakar
Ett av de vanligaste felen på en vevstake är utmattning. Detta uppstår på grund av den kontinuerliga kompressionen och sträckningen av stången under motorns drift, vilket så småningom orsakar slitage tills stången går sönder. Brist på motorolja och smuts i motorn kan också förvärra detta problem.
Motoroljeklassificering förklaras
Hydrolock är ett andra möjligt fel och uppstår när vatten kommer in i kolvkammaren och orsakar deformation av vevstaken. Detta kan hända när fordon passerar genom översvämmade vägar. Om för mycket vatten kommer in i cylindern kan gnistan få stången att luta eller gå sönder, vilket resulterar i betydande skada.
Övervarvning är en annan typ av fel och uppstår när varvräknaren visar en röd färg, vilket indikerar att vevstakens position är i fara – krafterna som stången måste stå emot ökar dramatiskt vid högre varv, vilket kan leda till fel.
Slutligen kan stiftfel också orsaka katastrofala motorfel. När kolvtappen är skadad rör sig vevstaken in i motorblocket. Detta kan orsaka kraftig effektförlust och motorn kan stanna omedelbart. Motorn kan ibland överleva, men ett totalt haveri är också möjligt.