A Hengerfej Csavarok Meghúzási Nyomatéka és a Modern Motortechnika
A motor szerelésekor számtalan csavart kell meghúzni, de a hengerfej csavarjai egészen más kategóriába tartoznak. A motortechnikában a kritikus csavarkötések sorában messze az első helyen a hengerfejcsavarok állnak, de a hajtórúd- és a fekvőcsapágyfedél-csavarok sem átlagos esetek.
Miért kritikus a hengerfej csavarok meghúzása?
A hengerfej meghúzási nyomatékának betartása nem formaiság, hanem létfontosságú művelet. A motorhiba egyik legköltségesebb oka gyakran nem a technológia, hanem a figyelmetlenség.
- Ha a csavarokat nem a gyári előírás szerint húzzuk meg, az azonnal problémát okozhat.
- Ha túl lazák, akkor a tömítés nem tud megfelelően zárni, és szivárogni kezd az olaj vagy a hűtőfolyadék.
- Ha túl szorosak, az anyag feszültsége megrepesztheti magát a hengerfejet, vagy tönkreteheti a csavarmenetet.
Ha túl laza a csavar, a tömítés nem zár megfelelően, így a hűtőfolyadék vagy az égéstérből származó gázok kiszivárognak. Ez kezdetben csak enyhe melegedésként vagy apró olajfoltként jelentkezik, de később komoly hengerfej-tömítés hibát okozhat. A másik véglet, a túlhúzás, legalább ekkora baj. A hengerfej feszültsége ilyenkor nő, és megrepedhet az öntvény. Nem ritka az sem, hogy egy túlhúzott csavar kitépi a menetet a blokkban, így még az is előfordulhat, hogy az egész motort szét kell szedni és újrafúratni.
A meghúzási technológia fejlődése
Megtanultuk már régen, hogy beszerelés előtt megolajozandó a menet és az alátét, a csavarfej környezete. A hengerfejtömítést nem szabad semmiféle kenőanyaggal kezelni. Szigorúan be kell tartani a meghúzási sorrendet, nyomatékra kell húzni, és célszerű ezt több fokozatban megtenni. Az 1. ábra szemlélteti a helyes meghúzási sorrendet.
Azután azt is meg kellett tanulnunk, hogy adott motortípus az ő saját hengerfejcsavarját igényli. A nyomatékkulcsnál nem az a lényeg, hogy van, hanem, hogy kalibrált-e. Ismerni kell, és be kell tartani a meghúzási technológiát.
A Tecumseh Vantage 35 szelepeinek karbantartása
A rugalmas tartomány kihívásai
Addig, ameddig a csavart anyagának rugalmassági tartományában használtuk, hellyel-közzel igaz is volt a fenti „hozzáállás”. A 2. ábra mutatja a csavarerőt a rugalmas tartományban. Ennél a technikánál nehézséget az előírt csavarerő tényleges beállítása jelent. A nyomatékra (megadott nyomatékértékre) történő meghúzás csak akkor eredményezi maradéktalanul a megkívánt csavarerőt (összehúzó erőt), ha nincsenek rendellenesen nagy parazita nyomatékok az alátétnél és a menetnél, ahogy a 3. ábra is mutatja. Tehát, ha a csavarfejre kifejtett meghúzási nyomaték egy, a normálisnál nagyobb hányadát nem kell a jelölt helyeken kialakuló ellennyomaték leküzdésére fordítani.
A parazita nyomaték csökkentését a gyártók anyagpárosítással, felületkezeléssel és kenési előírással (olajozd meg!) érik el. Ha be is tartjuk az előírásokat, és a nyomatékkulcsunknak hihetünk, akkor is lehet még egy kritikus pont, és ez a csavar mechanikai tulajdonságainak anyagából, gyártásából eredő szórása. A 2. ábrán látható, hogy mindezekből a csavarerőnek igen jelentős, mintegy ±27% a szórása.
Nem is volt baj ezzel hajdanán. Az akkori motorokban fellépő gázerőknek, valamint az alkalmazott (lágy)tömítéstechnika követelményeinek biztonsággal megfelelt. Némi kellemetlenséget csak az jelentett az ügyfélnek (a szerviznek munkát és pénzt), hogy a hengerfejcsavarokat időközönként után kellett húzni.
Modern motorok és a hengerfej csavarok
„Nagyot változott a motortechnika” - közhely, amely a csavarkötésekre is igaz. Egymásnak szinte a végletekig ellentmondó követelmények, műszaki „együttállások” jelentek meg. Kezdjük az égéstéri gáz csúcsnyomással. A Zsiguli-korszakban még átlagosan 80 bar volt az égési csúcsnyomás. Nagy haszongépjármű-dízelmotoroknál pedig, az akkor határesetnek számító 130 bar. Ma a legkisebb dízelmotorokban is 150-170 bar a hétköznapi érték, és a szakirodalom szerint az eljövendő motorok a 220 bart ostromolják.
Mindehhez könnyűfém hengerfej vagy teljesen könnyűfém motor társul, mely két járulékos nehézséget is magával hoz. Az egyik, ezen anyagok nagy hőtágulása, mely üzemmeleg esetben rendkívül nagy csavarerő-növekményt eredményez (a hengerfej jobban tágul, mint a hengerfejcsavar). A másik probléma az, hogy a könnyűfém blokkban a menet teherbíró képessége nagyon is véges, tehát ez is behatárolja az erőt. A mai könnyűfém motorok - alig vannak falvastagságok - hengerhüvely-deformációra nagyon érzékenyek, tehát nem lehet a tervezett értéknél nagyobb erővel meghúzni a csavarokat, mert ezzel például olajfogyasztást viszünk be a motorba.
Kerti gép alkatrészek Tecumseh motorokhoz
Külföldről motort?Az én történetem!Külföldi motor behozatala,honosítás.Lopott idő!#ktm1090adventureR
A konstruktőrök ma még megoldják a problémákat, de rendkívül „penge módon”, határhelyzetre kiszámítottan. Ez azt jelenti, hogy a tervezett, és kísérletekkel meghatározott csavarerőt nagy pontossággal kell tudni beállítani a meghúzásnál, és a hőterhelés növekedésével (könnyűfém motor) sem nőhet jelentősen a csavarerő.
A megoldás: nagy nyúlóképességű csavarok és szögre húzás
A megoldás a csavarban van! A nagy nyúlóképességű csavar szakítódiagramja (4. ábra) két, jellegzetesen különböző szakaszra osztható: a rugalmas tartományra és a maradó képlékeny alakváltozás tartományára.
- A rugalmas tartományban: az erővel arányos a csavar nyúlása, a csavar itt lineáris karakterisztikájú rugóként viselkedik. Ha az erő megszűnik, a csavar visszanyeri eredeti hosszát. Klasszikusan ebben a tartományban terheljük a csavarokat.
- A maradó képlékeny alakváltozás tartományában: nagyon lapos a karakterisztika, a csavar további erőt már alig képes felvenni, az erőnövekmény a csavar nyúlását eredményezi. Erre a szakaszra erőhatárolás jellemző. Ha ezt az erőt megszüntetjük, a csavar terheletlen hossza nagyobb lesz mint kiindulásnál, tehát a csavar megnyúlik.
Miért előnyös, hogy a maradó képlékeny alakváltozás tartományába húzzuk a csavart? Mert a tervezett erőt biztonsággal beállíthatjuk, nem lesz nagy a csavarerő szórása, nem lesz meghúzási nyomatékfüggő. A feltétel csupán annyi, hogy a csavart húzzuk be a maradó képlékeny alakváltozás (lapos erőkarakterisztikájú) tartományába. Ezt biztonsággal az előírt csavarelfordítással, tehát a „szögrehúzással” érjük el (5. ábra).
Végezetül ma már azt is tudjuk, hogy kombinált meghúzási technikát kell alkalmazni - nyomatékra, majd „szögre” húzunk, mindezt több lépcsőben, és lassan (kb. 2 fok/másodperc). A csavarok hosszát kell megmérnünk, hogy megállapítsuk, visszaszerelhető-e, vagy a gyár egyáltalában nem engedi a másodszori felhasználást. (Egy 10.9-es M10-es csavar átmérője, ha a nyúlás következtében valahol 0,3 mm-rel kisebb lesz, terhelhetősége 10-15%-kal csökken.)
A hengerfejcsavarokkal szembeni követelmények
A csavarral szembeni követelményeket a 6. ábra szemlélteti. Az elfordítás függvényében látjuk. A folyáshatárnak (F1) 60 Nm + 180° meghúzás után meghatározott erőtartományban kell lennie. Továbbá 70 Nm meghúzás után, 90° elfordítást a csavarerő csökkenése nélkül kell elviselnie. Fmax és F1 között legalább 4000 N-nak kell lennie. A 4-es karakterisztika-szakasz ugrás- és hullámzásmentes kell, hogy legyen. A konkrét értékeket a gyártó (motorgyártó a tömítésgyártóval együtt) határozza meg. Ma már a motorgyártó általában ezt az alkatrészcsoportot kompletten átadja a fejlesztés során a beszállítónak (például az ElringKlingernek), oldja meg a tömítési problémát hengerfejcsavarral együtt.
Utánhúzás-mentesség és új csavartípusok
A szervizigény csökkentése és a hengerfejtömítés szempontjából általában „kihegyezett” szériamotorok megkövetelik a hengerfej utánhúzás-mentességét (a szerviz csak rontana rajta - mondják). Mivel a mai egy- vagy többrétegű fém hengerfejtömítések üzem közben már nem ülnek össze - mivel a csavarerő egyértelműen annyi, amennyit előírtak -, nincs szükség az utánhúzásra. Ez ma már általános követelmény és gyakorlat.
A gyártónak a csavar mechanikai tulajdonságait, nyúlóképességét, egyenletes feszültségeloszlását kell tudni beállítani. A nagy nyúlóképességű, ún. magra gyengített csavarokat régen ismerjük és alkalmazzuk. A csavargyártók a mechanikai tulajdonságok beállítása és a gyártási költségek minimalizálása okán számtalan új csavarfajtát fejlesztettek ki. A 7. ábrasorozat ezekből ad példákat. A végigmenetes csavar is a nyúlóképesség beállítását célozza, újabban pedig a csavarmenet után a szárra, hidegalakítással, egy- vagy kétbekezdésű „zsinór-menetet” tesznek. Ma minden motorhoz saját csavartípust írnak elő!
Alumíniumcsavarok az autóiparban
Az alumíniumcsavarok autóipari alkalmazása sokáig kutatói berkekben, a kutatóműhelyek falai között maradt. Mára megszületett a szériaérett megoldás. A kontaktkorrózió elkerülése végett elsősorban a magnézium szerkezeti egységek kötéséhez kell alkalmazni. Ha magnéziumot alkalmaznak, akkor ott bizonyára a szerkezet kis tömege az elsődleges, így ehhez nem lenne „illő” a bevonatos acélcsavar. A felhasználás ennél szélesebb körű, hiszen a könnyűépítés mindenütt megkívánja a kötőelemek tömegének a csökkentését is. A KAMAX cég adatai alapján az alumíniumcsavar (Al 6056) nagyobb, mint 400 N/mm2 húzófeszültségű, melegszilárdsága 150 °C-on még névleges, de 180 °C-ig sem kritikus.
Professzionális hengerfej meghúzás
A hengerfej meghúzása nem csupán egy mozdulat - hanem egy precíziós művelet, amit szigorú sorrendben és pontos értékekkel kell elvégezni. A szakember első dolga, hogy ellenőrizze a gyártó által megadott nyomatékértékeket és meghúzási sorrendet. A folyamat során nyomatékkulcsot használnak, ami garantálja, hogy minden egyes csavar pontosan a meghatározott erővel legyen meghúzva. A csavarokat több lépésben, fokozatosan húzzák meg - először enyhébb értékre, majd végső nyomatékra. Gyakran alkalmaznak szögmérőt is, amellyel nemcsak az erőt, hanem a csavar elfordulásának mértékét is ellenőrzik. Ez különösen modern motoroknál fontos, ahol a csavarok rugalmasan nyúló (yield) kialakításúak. Ez a fajta precizitás az, ami megkülönbözteti a hozzáértő szervizt a barkácsolástól.
Külföldről motort?Az én történetem!Külföldi motor behozatala,honosítás.Lopott idő!#ktm1090adventureR
Meghúzási nyomatékok és eljárások példái
Az alábbi táblázatban néhány motoralkatrészhez tartozó meghúzási nyomaték és eljárás látható. Fontos, hogy mindig a konkrét motortípushoz tartozó gyári előírásokat kell követni.
| Alkatrész | Fázis | Érték |
|---|---|---|
| Hengerfej csavarok | 1. fázis | 20 Nm |
| Hengerfej csavarok | 2. fázis | 30 Nm |
| Hengerfej csavarok | 3. fázis | 90° |
| Hengerfej csavarok | 4. fázis | 90° |
| Főtengely csapágy csavarok | 1. fázis | 20 Nm |
| Főtengely csapágy csavarok | 2. fázis | 90° |
| Hajtókar csapágy csavarok | 1. fázis | 20 Nm |
| Hajtókar csapágy csavarok | 2. fázis | 40° |
| Automata váltó olajleeresztő csavar | - | 25 Nm |
| Kerékcsavarok (acélfelni) | - | 86 Nm |
| Kerékcsavarok (alufelni) | - | 98 Nm |
| Gyújtógyertyák | - | 25 Nm |
| Olajleeresztő csavar | - | 20 Nm |
| Olajszivattyú rögzítő csavarjai | - | 10 Nm |
| Olajteknő csavarjai | - | 10 Nm |
| Motor-váltó összekötő csavarok | - | 80 Nm |
| Főtengely hosszbordás szíj tárcsa | - | 22 Nm |
| Főtengely vezérműszíj tárcsa középső csavar (1999-2001) | - | 22 Nm |
| Főtengely vezérműszíj tárcsa középső csavar (2001-től) | 1. fázis | 20 Nm |
| Főtengely vezérműszíj tárcsa középső csavar (2001-től) | 2. fázis | 90° |