Kuullaagersaaled – miks neist autotööstuses asja ei saanud?

Pinterest LinkedIn Tumblr +
Subaruomaniku ja -entusiastina tean liigagi hästi, mida tähendab ja kuidas kõlab hea laps mitme nimega – „saalekas“, „saalekolin“, „kepsuklõbin“, „kolviklobin“ jne. See viis mind kunagi mõtteni veerelaagritel saaledest – need peaks ju olema suhteliselt lollikindel ning igikestev lahendus?

See mõte andis ainest kirjutada järjekordne “autoalaste külmkapiküsimuste” (absurdsed küsimused, mis tulevad hilisõhtul külmikust snäkki võttes) rubriigi lugu. Miks veerelaagritel (kuullaagrid, rulllaagrid) saaledest autonduses asja pole saanud?

KTM kuullaagersaaled

KTM 250cc mootorites kasutatavad kuullaagersaaled

SAALED JA KLÕBINAD

Tänapäeval enimkasutatud liugelaagrid, rahvakeeli tuntud kui saaled, on põhimõtteliselt lamedad metallist poolkaared, mis koosnevad kahest poolest. Kepsusaale pannakse kepsu väntvõllipoolse pea ning väntvõlli vahele, raamsaale pannakse väntvõllikaelade ja mootoriploki vahele. Mõlemal juhul on üheks suuremaks eesmärgiks hõõrdumise ja seetõttu kulumise vältimine – saale peab “sõitma” imeõhukesel õlikihil ja mitte metalliga kokku puutuma.

Väntvõll

Väntvõll ja saaled

Kui see õlikiht mingil põhjusel sealt kõrgel koormusel kasvõi korraks kaob (nt rajal pikas kurvis, õlipumba rikke või lihtsalt madala õlitaseme tõttu), järgnevad tõsised probleemid. Metall hõõrub vastu metalli, saale saab kraapida või tuleb oma etteantud kohalt lahti ja hakkab „ringe tegema“.

Saalekahjustus

Vähese õlituse tõttu hõõruda saanud liugelaager ehk saale

See omakorda hõõrub saale mõnusaks metallipuruks, mis satub mootoriõli hulka. Saale õigest kohast kadumine põhjustab lõtku, mis kepsusaale puhul viib näiteks selleni, et kolb hakkab silindris aina kasvava intervalliga „kaheksasse“ käima. Lisaks deformeerub tavaliselt selle käigus ka väntvõllikael, kuhu kinnitub saaleta keps.

Kui kolvil „kaheksas“ käia lasta, deformeerib see omakorda silindrit ja kolbi. Piisab sellest, et silindriseina saab loperguselt käivast kolvist 0,5 mm sügavune hõõrdekahjustus, ja mootoriploki võib põhimõtteliselt prügiks lugeda – olenevalt mootorist on veel vaid hülssimisega võimalik plokk päästa.

Lisaks hakkab suuremaks nühitud silindri ning kahjustunud kolvi vahelt ka rohkem õli põlemiskambrisse ja seeläbi põletusse pääsema, mis tähelepanematu omaniku puhul kasvatab loomulikult kahjusid veelgi. Ühesõnaga, palju muresid ühest metallribast. Miks siis ei võiks nii kepse kui väntvõlli veerelaagritele panna?

… SEDA ON ISEGI TEHTUD

Näiteks kõik õhkjahutusega Harley Davidsonid kasutasid kuullaagritel keerlevat väntvõlli. Nii mõnedki ühesilindrilised mootorrattad on samuti veerelaagritel väntvõlli (ja ka kepse) kasutanud, samuti kahesilindrilised BMW R-seeria mootorrattad 60ndatest.

BMW R-seeria väntvõlli komponendid

BMW R-seeria väntvõlli komponendid ühes kepsude rulllaagritega (üleval vasakul, all paremal)

Autonduses olid selles vallas pioneerid Tatra, Saurer ja Maybach – 1920ndatel aastatel hakati uurima viise, kuidas vähendada mootorite hoolduskulusid ja jõuti välja veerelaagersaaledeni, mida tolle aja diiselmootorites kasutama hakati.

Porsche esimene võidusõidumootor, 1500 Super, kasutas veerelaagersaalesid, samuti ka mitmed varased Porsched, näiteks 356. Pilt 356 väntvõlli kõigist lahti võetud komponentidest on loo lõpus.

Vormel 1 V10 ajastul (vahemik 1995-2004) proovisid mõned meeskonnad samuti kuullaagersaaledest kasu leida – teooria oli, et väntvõlli ja kepsude pöörlemise takistus väheneb. Suuri tulusid siiski ei tuvastatud.

Samuti kasutavad paljud laevamootorid nii väntvõllil kui kepsudel veerelaagreid.

… MIKS SIISKI MITTE?

Nimekiri on pikk. Üks põhilisi asju, mida inimesed esialgu pakuvad, on see, et kuullaagrid kannatavad vähem koormust. Kolvi liikumise käigus toimuvad ekstreemsed löökkoormused ning liugelaager jaotab need väntvõllil suuremale pinnale laiali – kuullaagersaale seda nii hästi ei tee.

Eeldus, et kuullaagersaaled selliseid koormuseid ei kannata, on aga vale – iga koormuse jaoks saab disainida vastava kuullaagri. See tähendab paraku kasvavat arenduskulu.

Samas oleks mis iganes automootorile mõeldud kuullaagersaale suurem kui liugelaager. See kasvataks mootoriploki suurust ja raskust – saalede disain ei peaks kindlasti midagi nii olulist dikteerima, ikka vastupidi. Kasvaks ka tootmiskulu.

Eelmise punkti tõttu kasvaks ka pöörlevate osade mass mootoris. See muudaks väntvõlli tasakaalustamise täielikuks luupainajaks – individuaalsete kuulikeste massid peaksid olema tuhandikgrammide pealt samad ning nii täpne tootmine lisaks jällekord kulu (näete, kuhu suunas see kõik liigub?).

Kuullaagrite eluiga on piiratud – kuigi nad peavad samuti õlitatud olema, on nende töö ikkagi „kontaktsport“ ning see tähendab paratamatult kulumist. Tavaline saale seevastu kestab teoreetiliselt seni, kuni on õli – kontakt ning seega ka kulumine puudub. Võrdväärselt igikestva kuullaagersaale arendus… Jah, suur kulu!

Järgmiseks – meie autodes leiduv õli on suhteliselt „must“ ja sisaldab palju erinevaid osakesi. Enam levinud õlisse sattuvate osakeste läbimõõt on aga palju väiksem kui õlikihi paksus, mis on saale ja väntvõlli või ploki vahel. Kuullaagritega see paraku nii ei oleks – vahed on palju väiksemad ning osakesed jääksid kinni ja põhjustaksid suuremat kulumist.

Seda mõtet võib veel laiendada ja lisada valemisse müra. Kuullaagrid teevad niigi palju häält, kujutame nüüd veel ette, et kuulide vahele koguneb erinevaid metalliosakesi…

Järgmiseks, paigaldus. Pea kõik konfiguratsioonid eeldavad mitmeosalist väntvõlli ja/või kaheosalisi laagri välis- ja sisevõrusid. Esiteks kannatab tugevus, teiseks kasvab paigaldamise keerukus – tegu oleks ajamahuka käsitööga, mis piisavalt pikas perspektiivis tähendab kindlasti ka rohkem paigaldusvigu.

Porsche Hirth väntvõlli komponendid

Porsche Hirth väntvõlli komponendid ning kepsud

Kõik ülaltoodu tähendaks kasvavaid arendus- ja tootmiskulusid ning suurenenud liikuvate (ja seega katki minevate) osade hulka. See oleks juba autotootjate jaoks košmaar, rääkimata tarbijatest!

KOKKUVÕTTEKS

Ja seetõttu ongi meil standardiks saanud praegune suhteliselt lollikindel lahendus. Liugelaagrid on lihtsasti toodetavad ning veerelaagritega võrreldes ka hõlpsalt vahetatavad. Lisaks on nende eesmärk olla kuluosa, mis „lõpeb otsa“ enne mootoriplokki või väntvõlli.

Kuullaagersaaledel seevastu puudub liugelaagrite ees igasugune eelis, välja arvatud juhul, kui õlitusega tekib suurem probleem – selle kivi võib enamasti visata aga tarbija kapsaaeda.

Fotod: www.elevenparts.com, Salis Parts, Streetrace.org, Koyo Japan, Bugatti

Jaga

KOMMENTEERI SIIN

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.