Drijfstang: wat is de functie ervan?
Drijfstang is een mechanisch onderdeel dat de zuiger met de krukas verbindt en zorgt voor de overdracht van krachten tussen de zuigers en de krukas. Eén deel van de drijfstang is bevestigd aan de zuiger, terwijl het andere deel aan de krukas is bevestigd.
Dit artikel zal licht werpen op de functie van de drijfstang en mogelijke fouten. Daarnaast bespreken we kort de constructie ervan en noemen we de meest voorkomende problemen met drijfstangen en hun oplossingen.
Inhoud
Functies van de drijfstang
De drijfstang is een essentieel onderdeel van elke motor. De primaire functie ervan is om de zuiger met de krukas te verbinden en de beweging van de zuiger over te brengen naar de krukas, die uiteindelijk de motor aandrijft en kracht genereert.
Krukas: waar dient het voor en tegen welke krachten moet het bestand zijn?
Naast het overbrengen van beweging ondersteunt de drijfstang het gewicht van de zuiger en andere belastingen. Dit is een cruciale functie, aangezien de drijfstang sterk genoeg moet zijn om de druk van de verbrandingsgassen in de cilinder te weerstaan, die aanzienlijk kan zijn.
Motorzuigers: hoe werken ze?
Een andere cruciale functie van de drijfstang is ervoor te zorgen dat de zuiger vrij in de cilinder kan bewegen. De drijfstang moet soepel en zonder hindernissen bewegen, aangezien elke weerstand of interferentie ervoor kan zorgen dat de motor niet goed functioneert of zelfs uitvalt.
Drijfstangen zijn een van de meest belaste onderdelen van de motor en moeten de krachten absorberen die worden gegenereerd door de zuigers terwijl ze op en neer bewegen. Deze krachten omvatten de druk van de verbrandingsgassen en de impact van de zuiger die de cilinderkop raakt.
De drijfstang moet bestand zijn tegen het volgende:
- Hoge temperaturen
- Hoge druk
- Traagheidskrachten van het eigen gewicht
- De traagheidskrachten van de zuigers
De drijfstang moet deze krachten kunnen weerstaan zonder te breken of te vervormen. Daarom zijn ze meestal gemaakt van gesmeed staal of van zeer sterke en tegelijkertijd lichte legeringen. De materialen waaruit de drijfstangen zijn gemaakt, verschillen echter afhankelijk van het motortype.
Materiaal drijfstang
De drijfstangen moeten een hoge werkweerstand vertonen, aangezien ze tijdens de levensduur van de verbrandingsmotor enkele tientallen tot honderden miljoenen slagen kunnen maken. De levensduur van de drijfstangen die in de autosport worden gebruikt, heeft echter geen prioriteit.
Diverse materialen bieden unieke eigenschappen waardoor ze geschikt zijn voor verschillende toepassingen. Drie veel voorkomende materialen voor drijfstangen zijn staal, aluminium en titanium.
- Staal is een populair materiaal voor drijfstangen vanwege zijn sterkte en duurzaamheid. Het is bestand tegen hoge spanningen en krachten tijdens het draaien van de motor en wordt vaak gebruikt in krachtige en zware motoren.
- Aluminium is een lichtgewicht materiaal met goede thermische geleidbaarheid. Het kan de warmte snel afvoeren en het risico op motorschade als gevolg van oververhitting verminderen. Aluminium drijfstangen worden vaak gebruikt in hoogtoerige motoren waarbij gewichtsreductie prioriteit heeft.
- Titanium is een stevig en lichtgewicht materiaal, waardoor het een ideale keuze is voor high-performance- en racetoepassingen. Titanium is echter ook duur, waardoor het minder gebruikelijk is in in massa geproduceerde motoren.
Drijfstangen die in de autosport worden gebruikt, zijn gemaakt van aluminium of titaniumlegering. Het voordeel van drijfstangen van aluminiumlegering is hun lagere gewicht, waardoor de traagheidskrachten worden verminderd en het dus mogelijk is hogere motortoerentallen te bereiken.
Het nadeel is de korte levensduur van dergelijke drijfstangen. Titaniumlegeringen zijn stevig en licht van gewicht, maar dit materiaal is duur en gevoelig voor oppervlakteschade.
Delen van drijfstang
Onderstaande afbeelding toont de constructie van de drijfstang maar bevat ook een zuiger. De zuiger maakt echter geen deel uit van de drijfstang, dus denk eens na over de constructie van de drijfstang zonder zuiger.
1. Staaflichaam
Het grootste deel van de drijfstang is het drijfstanglichaam, doorgaans vervaardigd uit robuust en duurzaam staal. Het heeft een cilindrische vorm met afgeronde uiteinden en is speciaal ontworpen om de spanningen en krachten te weerstaan die optreden tijdens het draaien van de motor.
2. Twee uiteinden: het grote en het kleine uiteinde
De drijfstang heeft twee uiteinden: groot en klein. Het grote uiteinde is het grotere en ronde uiteinde dat aan de krukas wordt bevestigd, terwijl het kleine uiteinde het kleinere en ronde uiteinde is dat aan de zuiger wordt bevestigd. Het staaflichaam verbindt de grote en kleine uiteinden en is ontworpen om ten opzichte van elkaar te draaien en draaien.
3. Pols-/zuigerpen
De polspen, ook bekend als de zuigerpen of zuigerpen, is een klein cilindrisch onderdeel dat aan de zuiger wordt bevestigd en zich uitstrekt tot in het kleine uiteinde van de drijfstang. Dankzij de polspen kan de drijfstang draaien en roteren ten opzichte van de zuiger terwijl de krukas draait.
4. Crankpen
De krukpen is een cilindrisch onderdeel dat aan de krukas wordt bevestigd en zich uitstrekt tot in het grote uiteinde van de drijfstang. De krukpen zorgt ervoor dat de drijfstang kan draaien en roteren ten opzichte van de krukas terwijl de zuiger op en neer beweegt in de cilinder.
5. Lagerinzetstukken
Drijfstangen hebben doorgaans lagers aan zowel het grote als het kleine uiteinde om soepel draaien en draaien mogelijk te maken. Deze lagers kunnen worden gemaakt van brons of synthetische polymeren met lage wrijving.
6. Bouten en moeren
Drijfstangen worden vaak bij elkaar gehouden met bouten en moeren, waardoor ze gemakkelijk te demonteren en weer in elkaar te zetten voor onderhoud of reparatie. Deze bouten en moeren kunnen van verschillende materialen zijn gemaakt, zoals staal of een legering.
Soorten drijfstang
- Gewoon type stangen
- Vork- en bladstangen
- Gesmede stangen
- Master- en slave-stangen
- Gegoten stangen
- Billetstangen
- Aangedreven metalen drijfstangen
1. Staven van het gewone type
Drijfstangen van het gewone type worden vaak gebruikt in inline- en tegengestelde motoren. Ze hebben een eenvoudig ontwerp met een groot uiteinde bevestigd aan de krukpen en voorzien van een lagerkap.
De lagerkap wordt gemonteerd met behulp van een bout of tapeind aan het uiteinde van de drijfstang. Het vervangen van de drijfstang in dezelfde cilinder en relatieve positie is essentieel om een goede pasvorm en balans te behouden.
2. Vork- en messtangen
V-twin-motorfietsen en V12-vliegtuigmotoren gebruiken gewoonlijk vork- en bladdrijfstangen. Elk paar motorcilinders heeft een gevorkte stang die aan het grote uiteinde in twee delen is verdeeld, en een bladstang is taps toelopend om in deze opening in de vork te passen.
Dit ontwerp elimineert het schommelende koppel dat optreedt wanneer de cilinderparen samen met de krukas in balans zijn. Bij het type big-end-lagers heeft de vorkstang een enkele brede lagerbus die zich over de gehele stangbreedte uitstrekt, inclusief de centrale opening.
De bladstang loopt buiten deze huls en niet op de krukpen. Hierdoor bewegen de twee stangen heen en weer, waardoor de kracht op het lager en de oppervlaktesnelheid afnemen. Toch beweegt de lagersnelheid heen en weer in plaats van continu te roteren, wat een aanzienlijk probleem kan zijn voor de smering.
3. Gesmede staven
Sommige drijfstangen worden vervaardigd door smeden, waarbij een korrel van het materiaal in de gewenste vorm wordt gedrukt. Het materiaal kan een staallegering of aluminium zijn, afhankelijk van de gewenste eigenschappen.
Chroom- en nikkellegeringsstaal worden vaak gebruikt, waardoor de sterkte van de drijfstang toeneemt. Het eindproduct is niet ontworpen om broos te zijn, waardoor het een duurzame motoroptie is.
4. Master- en slave-staven
Radiaalmotoren maken doorgaans gebruik van master-en-slave-drijfstangen. Bij dit systeem bestaat één zuiger uit een hoofdstang met directe bevestiging aan de krukas, terwijl andere zuigers hun drijfstangen verbinden met de ringen rond de rand van de hoofdstang.
Het nadeel van master-slave-stangen is echter dat de slag van de slave-zuiger iets groter is dan die van de master-zuiger, waardoor de trillingen bij de V-type motor toenemen.
5. Gietstaven
Fabrikanten geven de voorkeur aan gegoten staven omdat deze de belasting van een standaardmotor aankunnen. Ze vereisen lage productiekosten en kunnen niet worden gebruikt in toepassingen met veel pk's. Gegoten staven hebben een opvallende naad in het midden die ze scheidt van het gesmede type.
6. Staven
Billet-drijfstangen zijn gemaakt van staal of aluminium. In vergelijking met andere drijfstangen zijn ze lichter, sterker en hebben ze een langere levensduur. Ze worden vaak gebruikt in hogesnelheidsvoertuigen en zijn soms ontworpen om spanningsverhogers te verminderen en zich in de natuurlijke korrel van het knuppelmateriaal te nestelen.
7. Aangedreven metalen drijfstangen
Drijfstangen gemaakt van krachtmetaal zijn een geschikte keuze voor fabrikanten. Een metaalpoedermengsel wordt in de mal geperst en tot een hoge temperatuur verwarmd om een vaste vorm te creëren.
Het product vereist misschien een lichte bewerking, maar het komt uit een eindproductvorm. Poedermetalen drijfstangen zijn goedkoper dan staal en sterker dan gegoten drijfstangen.
Fouten van drijfstangen
Een van de meest voorkomende fouten van een drijfstang is vermoeidheid. Dit gebeurt als gevolg van de voortdurende compressie en rek van de stang tijdens de werking van de motor, wat uiteindelijk slijtage veroorzaakt totdat de stang breekt. Gebrek aan motorolie en vuil in de motor kunnen dit probleem ook verergeren.
Classificatie van motorolie uitgelegd
Hydrolock is een tweede mogelijke fout en treedt op wanneer water de zuigerkamer binnendringt en vervorming van de drijfstang veroorzaakt. Dit kan gebeuren wanneer voertuigen over ondergelopen wegen rijden. Als er te veel water in de cilinder komt, kan de vonk ervoor zorgen dat de stang kantelt of breekt, met aanzienlijke schade tot gevolg.
Een te hoog toerental is een ander soort storing en treedt op wanneer de toerenteller een rode kleur weergeeft, wat aangeeft dat de positie van de drijfstang in gevaar is; de krachten die de drijfstang moet weerstaan nemen dramatisch toe bij hogere toerentallen, wat tot storingen kan leiden.
Ten slotte kan het falen van de pin ook catastrofale motorstoringen veroorzaken. Wanneer de zuigerpen beschadigd raakt, beweegt de drijfstang het motorblok in. Dit kan een groot vermogensverlies veroorzaken en de motor kan onmiddellijk stoppen. Soms overleeft de motor het, maar een totale panne is ook mogelijk.