Een drijfstang is het onderdeel van een zuigermotor dat de zuiger met de krukas verbindt. Samen met de kruk zet de drijfstang de heen en weer gaande beweging van de zuiger om in de rotatie van de krukas.
De drijfstang is nodig om de druk- en trekkrachten van de zuiger over te brengen. In zijn meest voorkomende vorm, in een verbrandingsmotor, maakt het draaien aan het zuigeruiteinde en rotatie aan het asuiteinde mogelijk.
De voorloper van de drijfstang is een mechanische verbinding die door watermolens wordt gebruikt om de roterende beweging van het waterrad om te zetten in een heen en weer gaande beweging. Het meest voorkomende gebruik van drijfstangen is in verbrandingsmotoren of op stoommachines.
Hieronder volgen de onderdelen van de drijfstang:
De drijfstang zet de lineaire op- en neergaande beweging van de zuiger om in de cirkelvormige beweging van de krukas en is daarom onderhevig aan spanning, compressie, buigen en knikken.
De drijfstang vormt de verbinding tussen de zuiger en de krukas en brengt zo kracht over. Het zet de lineaire op- en neergaande beweging van de zuiger om in de cirkelvormige beweging van de krukas en is daarom onderhevig aan spanning, compressie, buigen en knikken.
De drijfstang is met een glijlager op de krukpen van de krukas gemonteerd. De drijfstanglagerkap is vastgeschroefd aan het big-end. In de meeste gevallen is de drijfstang hol of voorzien van een inwendig gegoten oliekanaal om de zuigerpen van smeermiddel te voorzien.
Om een minimaal gewicht en een hoge sterkte te verkrijgen, zijn drijfstangen gemaakt van de volgende materialen:
In massa geproduceerde drijfstangen worden gesmeed, gegoten of gesinterd. Gesmede drijfstangen vertonen een betere sterkte-gewichtsverhouding en lagere kosten dan gesinterde drijfstangen. De fabricage van matrijzen is echter relatief duur.
Hieronder volgen de soorten drijfstangen die in verschillende soorten motoren worden gebruikt:
Het gewone type drijfstang wordt gebruikt in inline- en tegenoverliggende motoren. Het grote uiteinde van de drijfstang is bevestigd aan de krukpen en voorzien van een lagerkap.
De lagerkap wordt met een bout of tapeind aan het uiteinde van de drijfstang gemonteerd. De drijfstang moet in dezelfde cilinder en in dezelfde relatieve positie worden vervangen om de juiste pasvorm en balans te behouden.
Dit soort drijfstangen worden gebruikt op V-twin motorfietsmotoren en V12 vliegtuigmotoren. In elk paar motorcilinders is een "vork" -stang verdeeld in twee delen aan het grote uiteinde en een "blade" -stang loopt taps toe vanaf de tegenoverliggende cilinder om in deze opening in de vork te passen.
Dit systeem elimineert het schommelende paar dat optreedt wanneer de cilinderparen samen met de krukas worden gebalanceerd.
Bij het type big-end lagers heeft de vorkstang een enkele brede lagerbus die zich over de gehele breedte van de stang uitstrekt, inclusief de centrale opening.
De messtang loopt dan direct 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. Maar de lagersnelheid gaat ook heen en weer in plaats van continu te roteren, wat een groot probleem is voor smering.
Radiaalmotoren gebruiken meestal master-and-slave-drijfstangen. In dit systeem bestaat de ene zuiger uit een hoofdstang met een directe bevestiging aan de krukas. Andere zuigers verbinden hun drijfstangen met de ringen rond de rand van de hoofdstang.
Het nadeel van master-slave-stangen is 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.
Billet-drijfstangen zijn gemaakt van staal of aluminium. In vergelijking met andere soorten drijfstangen zijn ze lichter, sterker en gaan ze langer mee.
Het wordt vaak gebruikt in voertuigen met hoge snelheid. Het is soms ontworpen om spanningsverhogers te verminderen en gemakkelijk in de natuurlijke nerf van het knuppelmateriaal te komen.
Dit soort drijfstangen heeft de voorkeur en is ontworpen door fabrikanten omdat ze de belasting van een standaardmotor aankunnen.
Gegoten staven vereisen lage productiekosten en kunnen niet worden gebruikt in toepassingen met een hoog vermogen. De gegoten staven hebben een opvallende naad in het midden die ze scheidt van het gesmede type.
Sommige drijfstangen zijn vervaardigd door smeden. Dit soort drijfstangen wordt gemaakt door een materiaalkorrel in de vorm van het uiteinde te forceren. Afhankelijk van de vereiste eigenschappen kan het materiaal een staallegering of aluminium zijn.
Veelgebruikte staallegeringen zijn chroom en nikkellegeringen. Het eindproduct is niet ontworpen om broos te zijn. Vandaar dat nikkel- of chroomlegeringen de sterkte van de drijfstang vergroten.
Drijfstangen zijn ook ontworpen van power metal, omdat het een geschikte keuze is voor fabrikanten. Het wordt bereid met een metaalpoedermengsel dat in de mal wordt geperst en tot een hoge temperatuur wordt verwarmd. Dit mengsel wordt gemaakt in een vaste vorm.
Het kan een lichte bewerking vereisen, maar het product komt in feite uit een mal van een afgewerkt product. Drijfstangen van poedermetaal zijn minder duur dan staal en ze zijn sterker dan gegoten staven.
Bij elke omwenteling van de krukas is een drijfstang vaak onderhevig aan grote en zich herhalende krachten:schuifkrachten door de hoek tussen de zuiger en de krukpen, compressiekrachten als de zuiger naar beneden beweegt en trekkrachten als de zuiger omhoog beweegt. Deze krachten zijn evenredig met het kwadraat van het motortoerental (RPM).
Het falen van een drijfstang, vaak "een stang gooien" genoemd, is een van de meest voorkomende oorzaken van catastrofale motorstoringen in auto's, waarbij de gebroken stang vaak door de zijkant van het carter wordt gedreven en de motor daardoor onherstelbaar wordt.
Veelvoorkomende oorzaken van defecten aan de drijfstang zijn trekbreuken door hoge motortoerentallen, de slagkracht wanneer de zuiger een klep raakt (vanwege een probleem met de kleptrein), defecte stanglagers, meestal als gevolg van een smeringsprobleem, of onjuiste installatie van de drijfstang.
