Drijfstang: wat is zijn functie?
Drijfstang is een mechanisch onderdeel dat de zuiger verbindt met de krukas en zorgt voor de krachtoverbrenging tussen de zuigers en de krukas. Een deel van de drijfstang is bevestigd aan de zuiger, terwijl het andere deel is bevestigd aan de krukas.
Dit artikel zal licht werpen op de functie van de drijfstang en mogelijke fouten. Daarnaast gaan we kort in op de opbouw en noemen we de meest voorkomende problemen met drijfstangen en hun oplossingen.
Inhoudsopgave
Functies van de drijfstang
De drijfstang is een essentieel onderdeel van elke motor. De primaire functie is om de zuiger met de krukas te verbinden en de beweging van de zuiger over te brengen op de krukas, die uiteindelijk de motor aandrijft en kracht genereert.
Krukas: waar is 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 kritieke 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 om de zuiger vrij te laten bewegen binnen de cilinder. De drijfstang moet soepel en ongehinderd bewegen, aangezien elke weerstand of interferentie de motor kan doen defect raken of zelfs kan uitvallen.
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 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 zeer sterke en tegelijkertijd lichte legeringen. De materialen waaruit de drijfstangen zijn gemaakt verschillen echter per motortype.
Drijfstang materiaal
De drijfstangen moeten een hoge werkweerstand hebben, aangezien ze tijdens de levensduur van de verbrandingsmotor enkele tientallen tot honderden miljoenen slagen maken. De levensduur van de in de autosport gebruikte drijfstangen heeft echter geen prioriteit.
Verschillende materialen bieden unieke eigenschappen die ze geschikt maken voor verschillende toepassingen. Drie veelgebruikte materialen voor drijfstangen zijn staal, aluminium en titanium.
- Staal is vanwege zijn sterkte en duurzaamheid een populair materiaal voor drijfstangen. Het is bestand tegen hoge spanningen en krachten tijdens de werking van de motor en wordt vaak gebruikt in krachtige en zware motoren.
- Aluminium is een lichtgewicht materiaal met een goede thermische geleidbaarheid. Het kan warmte snel afvoeren en het risico op motorschade door oververhitting verminderen. Aluminium drijfstangen worden vaak gebruikt in hoogtoerige motoren waarbij gewichtsbesparing een prioriteit is.
- Titanium is een stevig en lichtgewicht materiaal, waardoor het een ideale keuze is voor hoogwaardige en racetoepassingen. Titanium is echter ook duur, waardoor het minder gebruikelijk is in in massa geproduceerde motoren.
Drijfstangen die in de motorsport worden gebruikt, zijn gemaakt van een aluminium- of titaniumlegering. Het voordeel van drijfstangen van een aluminiumlegering is hun lagere gewicht, waardoor de traagheidskrachten worden verminderd en dus hogere motortoerentallen kunnen worden bereikt.
Het nadeel is de korte levensduur van dergelijke drijfstangen. Titaniumlegeringen zijn solide en licht van gewicht, maar dit materiaal is kostbaar en gevoelig voor beschadiging van het oppervlak.
Delen van de drijfstang
Onderstaande afbeelding toont de constructie van de drijfstang maar bevat ook een zuiger. De zuiger is echter geen onderdeel van de drijfstang, denk dus eens na over de constructie van de drijfstang zonder de zuiger.
1. Stanglichaam
Het belangrijkste onderdeel van de drijfstang is het stanglichaam, meestal gemaakt van robuust en duurzaam staal. Het heeft een cilindrische vorm met afgeronde uiteinden en is speciaal ontworpen om de spanningen en krachten te weerstaan die worden ervaren 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 afgeronde uiteinde dat aan de krukas wordt bevestigd, terwijl het kleine uiteinde het kleinere en afgeronde 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 wel de zuigerpen of zuigerpen genoemd, is een klein cilindrisch onderdeel dat aan de zuiger wordt bevestigd en zich uitstrekt tot in het kleine uiteinde van de drijfstang. Door de polspen kan de drijfstang draaien en roteren ten opzichte van de zuiger terwijl de krukas draait.
4. Krukaspen
De krukpen is een cilindrisch onderdeel dat aan de krukas wordt bevestigd en zich uitstrekt tot in het grote uiteinde van de drijfstang. Door de krukpen kan de drijfstang draaien en roteren ten opzichte van de krukas terwijl de zuiger op en neer beweegt in de cilinder.
5. Lagerinzetstukken
Drijfstangen hebben meestal 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 zijn voor onderhoud of reparatie. Deze bouten en moeren kunnen van verschillende materialen zijn gemaakt, zoals staal of een legering.
Soorten drijfstang
- Standaard staven
- Vork- en bladstaven
- Gesmede staven
- Master- en slaafstaven
- Gegoten staven
- Staven van knuppels
- Aangedreven metalen drijfstangen
1. Gewoon type staven
Drijfstangen van het gewone type worden vaak gebruikt in lijn- en tegenoverliggende motoren. Ze hebben een eenvoudig ontwerp met een groot uiteinde bevestigd aan de krukpen en voorzien van een lagerkap.
De lagerkap wordt met een bout of tapeind aan het uiteinde van de drijfstang gemonteerd. Het vervangen van de drijfstang in dezelfde cilinder en relatieve positie is essentieel om de juiste pasvorm en balans te behouden.
2. Vork- en messtangen
V-twin motorfiets- 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 loopt taps toe 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 evenwicht zijn. Bij de opstelling met big-end lagers heeft de vorkstang een enkele brede lagerhuls die zich uitstrekt over de gehele stangbreedte, inclusief de centrale opening.
De messtang loopt buiten deze huls, niet op de krukpen. Hierdoor bewegen de twee stangen heen en weer, waardoor de kracht op het lager en de oppervlaktesnelheid afnemen. Toch gaat de lagersnelheid heen en weer in plaats van continu te roteren, wat een belangrijk probleem kan zijn voor de smering.
3. Gesmede staven
Sommige drijfstangen worden vervaardigd door middel van smeden, waarbij een korrel van het materiaal in de gewenste vorm wordt gedwongen. Het materiaal kan een staallegering of aluminium zijn, afhankelijk van de gewenste eigenschappen.
Chroom en nikkelgelegeerd staal worden vaak gebruikt, waardoor de sterkte van de drijfstang toeneemt. Het eindproduct is niet ontworpen om bros te zijn, waardoor het een duurzame motoroptie is.
4. Master- en slave-staven
Radiale motoren gebruiken meestal master-and-slave drijfstangen. In dit systeem bestaat één zuiger uit een hoofdstang met een 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 in de V-type motor toenemen.
5. Gegoten staven
Fabrikanten geven de voorkeur aan gegoten staven omdat ze de belasting van een standaardmotor aankunnen. Ze vereisen lage productiekosten en kunnen niet worden gebruikt in toepassingen met een hoog vermogen. Gegoten staven hebben een opvallende naad in het midden die hen scheidt van het gesmede type.
6. Billet-staven
Billet drijfstangen zijn ontworpen van staal of aluminium. In vergelijking met andere drijfstangen zijn ze lichter, sterker en hebben ze een langere levensduur. Ze worden vaak gebruikt in snelle voertuigen en zijn soms ontworpen om spanningsverhogers te verminderen en gemakkelijker in de natuurlijke korrel van het knuppelmateriaal te dringen.
7. Aangedreven metalen drijfstangen
Drijfstangen van power metal zijn een geschikte keuze voor fabrikanten. Een mengsel van metaalpoeder wordt in de mal geperst en verhit tot een hoge temperatuur om een vaste vorm te creëren.
Het product kan een lichte bewerking vereisen, maar het komt uit een matrijs voor een afgewerkt product. 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 door de voortdurende compressie en uitrekking 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.
Motorolieclassificatie 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.
Te hoog toerental is een ander type fout 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 stang moet weerstaan, nemen dramatisch toe bij hogere toerentallen, wat kan leiden tot defecten.
Ten slotte kan het uitvallen van een pin ook catastrofale motorstoringen veroorzaken. Bij een beschadiging van de zuigerpen schuift de drijfstang in het motorblok. Dit kan een groot vermogensverlies veroorzaken en de motor kan onmiddellijk stoppen. De motor overleeft het soms, maar een totale panne is ook mogelijk.