Ühendusvarras: mis on selle funktsioon?
Ühendusvarras on mehaaniline osa, mis ühendab kolvi väntvõlliga ning tagab jõudude ülekande kolbide ja väntvõlli vahel. Ühendusvarda üks osa on kinnitatud kolvi külge, teine aga väntvõlli külge.
See artikkel heidab valgust ühendusvarda funktsioonile ja võimalikele riketele. Lisaks käsitleme põgusalt selle ehitust ning mainime välja enimlevinud ühendusvarraste probleemid ja nende lahendused.
Sisu
Ühendusvarda funktsioonid
Ühendusvarras on iga mootori oluline komponent. Selle peamine ülesanne on ühendada kolb väntvõlliga ja viia kolvi liikumine üle väntvõllile, mis lõpuks juhib mootorit ja genereerib jõudu.
Väntvõll: milleks see on mõeldud ja millistele jõududele see peab vastu pidama?
Lisaks liikumise ülekandmisele toetab ühendusvarras kolvi raskust ja muid koormusi. See on kriitiline funktsioon, kuna ühendusvarras peab olema piisavalt tugev, et taluda silindris olevate põlemisgaaside rõhku, mis võib olla märkimisväärne.
Mootori kolvid: kuidas need töötavad?
Teine ühendusvarda kriitiline funktsioon on võimaldada kolvil silindris vabalt liikuda. Ühendusvarras peab liikuma sujuvalt ja takistusteta, kuna igasugune takistus või häired võivad põhjustada mootori talitlushäireid või isegi rikke.
Ühendusvardad on mootori üks enim pingestatud osi ja peavad neelama kolbide tekitatud jõud üles-alla liikumisel. Need jõud hõlmavad põlemisgaaside rõhku ja silindripead tabava kolvi lööki.
Ühendusvarras peab taluma järgmist:
- Kõrged temperatuurid
- Kõrge rõhk
- Omakaalu inertsijõud
- Kolbide inertsijõud
Ühendusvarras peab nendele jõududele vastu pidama ilma purunemise ja deformeerumiseta. Seetõttu on need tavaliselt valmistatud sepistatud terasest või väga tugevatest ja samas kergsulamitest. Materjalid, millest ühendusvardad on valmistatud, erinevad aga vastavalt mootoritüübile.
Ühendusvarda materjal
Ühendusvardad peavad näitama suurt töötakistust, kuna sisepõlemismootori eluea jooksul teevad nad mitukümmend kuni sadu miljoneid lööke. Motospordis kasutatavate kepsude eluiga pole aga prioriteet.
Erinevatel materjalidel on ainulaadsed omadused, mis muudavad need sobivaks erinevateks rakendusteks. Kolm levinumat ühendusvarraste materjali on teras, alumiinium ja titaan.
- Teras on oma tugevuse ja vastupidavuse tõttu populaarne kepsude materjal. See talub mootori töötamise ajal suuri pingeid ja jõude ning seda kasutatakse tavaliselt suure jõudlusega ja raskeveokite mootorites.
- Alumiinium on hea soojusjuhtivusega kerge materjal. See võib soojust kiiresti hajutada ja vähendada mootori ülekuumenemisest tingitud kahjustuste ohtu. Alumiiniumist ühendusvardaid kasutatakse sageli kõrgetel pööretel mootorites, kus kaalu vähendamine on prioriteet.
- Titanium on tugev ja kerge materjal, mistõttu on see ideaalne valik suure jõudlusega ja võidusõidurakenduste jaoks. Titaan on aga ka kallis, mistõttu on see masstootmises mootorites vähem levinud.
Motospordis kasutatavad kepsud on valmistatud alumiiniumist või titaanisulamist. Alumiiniumsulamist ühendusvarraste eeliseks on nende väiksem kaal, tänu millele vähenevad inertsijõud ning seeläbi on võimalik saavutada suuremaid mootori pöördeid.
Puuduseks on selliste ühendusvarraste lühike eluiga. Titaanisulamid on tugevad ja kerged, kuid see materjal on kulukas ja pinnakahjustuste suhtes tundlik.
Ühendusvarda osad
Alloleval pildil on kujutatud ühendusvarda ehitus, kuid see sisaldab ka kolvi. Kolb ei ole aga ühendusvarda osa, seega mõelge ühendusvarda konstruktsioonile ilma kolvita.
1. Varda korpus
Ühendusvarda põhiosa on varda korpus, mis on tavaliselt valmistatud tugevast ja vastupidavast terasest. Sellel on ümarate otstega silindriline kuju ja see on spetsiaalselt loodud taluma mootori töötamise ajal tekkivaid pingeid ja jõude.
2. Kaks otsa – suur ja väike ots
Ühendusvardal on kaks otsa: suur ja väike. Suur ots on suurem ja ümar ots, mis kinnitub väntvõllile, samas kui väike ots on väiksem ja ümar ots, mis kinnitub kolvi külge. Varda korpus ühendab suure ja väikese otsa ning on mõeldud üksteise suhtes pöörlema ja pöörlema.
3. Randme-/nukknõel
Randmetihvt, tuntud ka kui tihvt või kolvitihvt, on väike silindriline komponent, mis kinnitub kolvi külge ja ulatub ühendusvarda väikesesse otsa. Randmetihvt võimaldab väntvõlli pöörlemisel ühendusvarda kolvi suhtes pöörata ja pöörata.
4. Vända tihvt
Vänttihvt on silindriline komponent, mis kinnitub väntvõlli külge ja ulatub ühendusvarda suurde otsa. Vänttihvt võimaldab ühendusvardal väntvõlli suhtes pöörata ja pöörata, kui kolb liigub silindris üles-alla.
5. Laagri sisetükid
Ühendusvarrastel on tavaliselt laagrid nii suures kui ka väikeses otsas, et võimaldada sujuvat pöörlemist ja pöörlemist. Need laagrid võivad olla valmistatud pronksist või madala hõõrdumisega sünteetilistest polümeeridest.
6. Poldid ja mutrid
Ühendusvardaid hoitakse sageli koos poltide ja mutritega, mis muudavad nende lahtivõtmise ja uuesti kokkupanemise hoolduse või remondi jaoks lihtsaks. Need poldid ja mutrid võivad olla valmistatud erinevatest materjalidest, näiteks terasest või sulamist.
Ühendusvarda tüübid
- Lihtsat tüüpi vardad
- Hark- ja teravardad
- Sepistatud vardad
- Pea- ja alluvad vardad
- Valatud vardad
- Toorikuvardad
- Jõuallikaga metallvardad
1. Tavalised vardad
Tavalist tüüpi ühendusvardaid kasutatakse tavaliselt sees- ja vastasmootorites. Neil on lihtne disain, suur ots on kinnitatud vända külge ja varustatud laagrikorgiga.
Laagri kate kinnitatakse ühendusvarda otsa poldi või naastu abil. Ühendusvarda asendamine samas silindris ja suhtelises asendis on õige sobivuse ja tasakaalu säilitamiseks hädavajalik.
2. Kahvli- ja teravardad
V-kujuliste mootorrataste ja V12 lennukimootorite puhul kasutatakse tavaliselt kahvlit ja tera ühendusvardaid. Igal mootorisilindripaaril on suures otsas kaheks osaks jagatud kahvlivarras ja tera varras on kitsenev, et see kahvli vahe sobiks.
See konstruktsioon välistab õõtsuva paari, mis tekib siis, kui silindrite paarid on tasakaalustatud koos väntvõlliga. Suure otsa laagritüübi korral on kahvlivardal üks lai laagrihülss, mis ulatub üle kogu varda laiuse, sealhulgas keskse vahe.
Tera varras jookseb sellest hülsist väljaspool, mitte väntpoldi peal. See paneb kaks varda edasi-tagasi liikuma, vähendades laagrile mõjuvat jõudu ja pinnakiirust. Sellegipoolest liigub laagri kiirus pideva pöörlemise asemel edasi-tagasi, mis võib olla määrimisel oluline probleem.
3. Sepistatud vardad
Mõned ühendusvardad on valmistatud sepistamise teel, kus materjalitera surutakse soovitud kuju. Materjaliks võib olla terassulam või alumiinium, olenevalt nõutavatest omadustest.
Tavaliselt kasutatakse kroomi ja nikli legeeritud terast, mis suurendab ühendusvarda tugevust. Lõpptoode ei ole mõeldud hapraks, mistõttu on see vastupidav mootori valik.
4. Ülem- ja alluvad vardad
Radiaalmootorites kasutatakse tavaliselt juht- ja alamvardaid. Selles süsteemis koosneb üks kolb peavardast, millel on otsene kinnitus väntvõlli külge, samas kui teised kolvid ühendavad oma ühendusvardad peavarda serva ümbritsevate rõngastega.
Ülem-alluvate varraste miinuseks on aga see, et juhtkolvi käik on veidi suurem kui ülemkolvil, mis suurendab V-tüüpi mootoris vibratsiooni.
5. Valatud vardad
Tootjad eelistavad valatud vardaid, kuna need taluvad varumootori koormust. Need nõuavad madalaid tootmiskulusid ja neid ei saa kasutada suure hobujõuga rakendustes. Valatud varraste keskel on märgatav õmblus, mis eraldab need sepistatud tüübist.
6. Toorikute vardad
Toorikute ühendusvardad on konstrueeritud terasest või alumiiniumist. Võrreldes teiste kepsudega on need kergemad, tugevamad ja pikema elueaga. Neid kasutatakse tavaliselt kiirsõidukites ja mõnikord on need ette nähtud pingetõusu vähendamiseks ja tooriku materjali loomuliku tera sisseviimiseks.
7. Jõuallikaga metallist kondid
Jõumetallist ühendusvardad on tootjatele sobiv valik. Metallipulbri segu pressitakse vormi ja kuumutatakse kõrgel temperatuuril, et tekiks tahke vorm.
Toode võib vajada kerget töötlemist, kuid see tuleb välja valmistoote vormist. Pulbermetallist vardad on odavamad kui teras ja tugevamad kui valuvardad.
Keeruvarraste vead
Üheks levinumaks ühendusvarda veaks on väsimus. Selle põhjuseks on varda pidev kokkusurumine ja venitus mootori töö ajal, mis lõpuks põhjustab kulumist kuni varda purunemiseni. Mootoriõli puudumine ja mustus mootoris võivad samuti seda probleemi süvendada.
Selgitatud mootoriõli klassifikatsioon
Hüdrolukk on teine võimalik viga ja see tekib siis, kui vesi satub kolvikambrisse ja põhjustab ühendusvarda deformatsiooni. See võib juhtuda, kui sõidukid läbivad üleujutatud teid. Kui silindrisse satub liiga palju vett, võib säde põhjustada varda kallutamise või purunemise, mille tulemuseks on märkimisväärsed kahjustused.
Ülepööramine on teist tüüpi rike ja ilmneb siis, kui tahhomeetril kuvatakse punane värv, mis näitab, et ühendusvarda asend on ohus – jõud, mida varras peab taluma järsult suurenevat suurematel pööretel, mis võib põhjustada rikke.
Lõpuks võib tihvti rike põhjustada ka katastroofilisi mootoririkkeid. Kui kolvi tihvt on kahjustatud, liigub ühendusvarras mootoriplokki. See võib põhjustada tugevat võimsuskadu ja mootor võib kohe seiskuda. Mootor võib mõnikord ellu jääda, kuid võimalik on ka täielik rike.