Forgattyús tengely

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Forgattyús tengely (piros), dugattyúk (szürke) hengerek (kék), és a lendkerék (fekete)

A forgattyús tengely (vagy főtengely) a forgattyús mechanizmusok azon alkatrésze, amelynek feladata az alternáló mozgás forgómozgássá alakítása. Egy gép leginkább igénybe vett alkatrésze, anyagát tekintve rendszerint kovácsolt acélból vagy gömbgrafitos öntöttvasból készül.

Története[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A római hierapoliszi fűrészmalom a 3. századból
Római forgattyús tengely a Kr. e. 2. századból[1]

A legkorábbi bizonyíték a főtengely megjelenésére egy gépben a rómaiak által kifejlesztett hierapoliszi fűrészmalomban lelhető meg.[2]

A ma Svájc területén található Augusta Raurica római település feltárása során találtak egy Kr. e. 2. századra datált, ismeretlen rendeltetésű vas forgattyús tengelyt. A 82,5 cm hosszú tengely egyik végén egy bronz fogantyú található, a másik vége elveszett.[1]

A 4. század végén élt Ausonius római költő leírásából ismert, hogy a Németország nyugati részén található Trier (Augusta Treverorum) közelében vízhajtású, forgattyús tengellyel felszerelt kővágó malmok üzemeltek[2]. Körülbelül ugyanebben az időben Anatólia területén is forgattyús tengelyes malmokról számolt be Nüsszai Szent Gergely, amelynek alapján arra lehet következtetni, hogy a forgattyús tengelyt alkalmazó szerkezeteket a Római Birodalom területén széles körben alkalmazták.

Guido da Vigevano által tervezett hadihajó, a kép közepén látható a forgattyús tengely

A Római Birodalom bukása után a forgattyús tengely első említése az itáliai Guido da Vigevano (1280 k.–1349) leírásából maradt fenn, aki egy keresztes hadjáratra készülve tervezett meg egy forgattyús tengellyel hajtott lapátkerekes hadihajót.[3] Az 1320–1340 között készült Luttrell-kódex tartalmazza egy malom leírását, amelyben a malomkövet két forgattyús tengely hajtotta meg. A kézi hajtású malmok, amelyeket egy vagy két forgattyús tengely hajtott meg, a 15. század vége felé tűntek fel.[4]

1420 és 1430 között több forrásban is megjelent a forgattyús mechanizmust felhasználó kézi furdancs leírása[4]. A technológia elterjedését jelzi a huszita háborúk alatt született, ismeretlen szerzőtől származó, a kor katonai technológiáját ismertető mű, amelyben megtalálható a forgattyús tengely, a hajtókar és a lendkerék leírása is.[4]

A reneszánsz kori Itáliából a forgattyús tengely és a hozzá kapcsolódó hajtókar első leírása Taccola (1382–1453 k.) feljegyzéseiből származik, de az általa felvázolt dugattyús szivattyú még nem működőképes[4]. Az első, valóban használható dugattyús szivattyút Pisanello (1395 k.–1455 k.) festette meg.[4]

A huszita háborúk korából származó kéziratban már szerepelt egy hajó leírása, amelyet forgattyús tengelyhez rögzített két lapát hajtott. Az ötletet az itáliai Roberto Valturio fejlesztette tovább, aki a De Re Militari művében olyan hajó tervét írta le, amelyet öt párhuzamos forgattyús tengelyre szerelt lapát hajtott, a tengelyeket pedig egy közös hajtókar kötötte össze az erőforrással[5], ezt az ötletet később honfitársa, Francesco di Giorgio is átvette.[4]

Ugyancsak forgattyús tengelyt felhasználó gépeket tervezett Konrad Kyeser (1366-1405 után), Leonardo da Vinci (1452–1519) és a holland Cornelis Corneliszoon van Uitgeest, aki 1592-ben forgattyús tengely segítségével szélerővel működő fűrészmalmot tervezett.

A 16. századtól kezdve a forgattyús tengely és a kapcsolódó hajtókar egyre jobban elterjedt, amit a korabeli műszaki értekezések is tanúsítanak: Agostino Ramelli 1588-ban 18, míg Georg Andreas Böckler a Theatrum Machinarum Novum (1661) értekezésében már 45 ilyen gépezetet írt le.[4]

Európán kívül al-Dzsazari (1136–1206) arab tudós leírt forgattyús hajtóművet két vízemelő berendezésénél is.[6][7]

Kínában a kézi forgattyú a Han-dinasztia uralkodásának idején jelent meg (Kr. e. 220 k.), ahogy a Han-korszak sírjaiban talált modellek tanúsítják, és később a selyemgombolyításnál és kenderfonásnál, valamint a gabona tisztításnál fújtató működtetésére, vízkerékkel hajtott liszt-szitánál, valamint a fémkohászatban fújtató hajtására, és kerekes kutaknál alkalmazták.[8] A korai példák ellenére nem terjedt el olyan széles körben, mint Európában, és a 20. század elejéig a kínaiak nem használták ki a forgattyús tengelyben rejlő lehetőségeket.

Szerkezeti kialakítása[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Két fő részből áll: a forgattyúkarból és a forgattyúcsapból, utóbbihoz kapcsolódik a hajtórúd.

Legegyszerűbb változata a végforgattyú. Ez a tengely végén elhelyezett egyetlen forgattyúkarból és a rá szerelt csapból áll. Nagy fordulatszámon történű üzemelés esetén a kiegyenlítés céljából a végforgattyúra lendkereket is szerelnek.

Méretezése, igénybevétele[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Belső égésű motorokban[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Felépítése[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

A forgattyús tengely a belső égésű motorok azon alkatrésze, amely a dugattyúk lineáris alternáló mozgását forgómozgássá alakítja.

A forgómozgássá alakításhoz a főtengely rendelkezik forgattyúcsapokkal. Ezekhez kapcsolódnak a dugattyúk a hajtókar közvetítésével. A hajtókar és a forgattyúcsap között található a hajtókarcsapágy. A csapok száma a legtöbb esetben megegyezik a hengerek számával, kivéve a V-motorokat, ahol egy forgattyúcsapon két dugattyú osztozik. A főtengely motortömbben való csapágyazásakor ügyelni kell arra, hogy egy csapágy tengelyirányban (axiálisan) is adjon fogást a tengely számára. A főtengely igénybevétele szempontjából a csapágyazások számának növelése javítja a tengely élettartalmát, viszont költségesebbé teszi annak előállítását. Az esetek többségében kielégítő, ha minden második henger után van csapágy és nem mindegyik után. Továbbá gondolni kell a forgattyúcsapok olajozására is. Leggyakrabban a motorblokkból a főcsapágyon keresztül, a tengelyben lévő apró furatokon keresztül jut el az olaj a forgattyúcsapokhoz.

A tengely kiegyensúlyozására általában a tengelyből kialakított ellensúlyok szolgálnak, vagy nagyobb méretű ellensúly esetén utólag kerül felhelyezésre. A motorban ébredő torziós lengések olyan jelentősek is lehetnek, hogy lengéscsillapító beépítése válhat szükségessé.

Lengéscsillapítás[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

Jegyzetek[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  1. ^ a b Schiöler 2009
  2. ^ a b Ritti, Grewe & Kessener 2007, p. 161
  3. Hall, 1979, 80. o.
  4. ^ a b c d e f g White, Jr. 1962
  5. Az illusztrációt ld. itt: http://www.cervantesvirtual.com/s3/BVMC_OBRAS/fff/50e/6e8/2b1/11d/fac/c70/021/85c/e60/64/mimes/fff50e6e-82b1-11df-acc7-002185ce6064_415.htm
  6. Ahmad Y Hassan. The Crank-Connecting Rod System in a Continuously Rotating Machine.
  7. Sally Ganchy, Sarah Gancher (2009), Islam and Science, Medicine, and Technology, The Rosen Publishing Group, p. 41, ISBN 1435850661
  8. Needham 1986, pp. 118–119.

Források[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Ritti, Tullia, Grewe, Klaus, Kessener, Paul (2007.). „A Relief of a Water-powered Stone Saw Mill on a Sarcophagus at Hierapolis and its Implications”. Journal of Roman Archaeology 20, 138–163. o.  
  • Schiöler, Thorkild (2009.). „Die Kurbelwelle von Augst und die römische Steinsägemühle”. Helvetia Archaeologica 40 (159/160), 113–124. o.  
  • Hall, Bert S.. The Technological Illustrations of the So-Called "Anonymous of the Hussite Wars". Codex Latinus Monacensis 197, Part 1. Wiesbaden: Dr. Ludwig Reichert Verlag (1979). ISBN 3-920153-93-6 
  • White, Jr., Lynn. Medieval Technology and Social Change. Oxford: At the Clarendon Press (1962) 

További információk[szerkesztés | forrásszöveg szerkesztése]

  • Tochtermann, W – Bodenstein, F: Gépelemek: Mozgó gépszerkezetek. II. kötet. Budapest: Műszaki Könyvkiadó. 1986. 35–42. o. ISBN 9631064077