Vevaxeln och slaglängden

Det är vevaxelns radie som bestämmer motorns slaglängd.

Original slaglängderna är:
3 ¾ dvs. 3,750 tum – 95,25 mm
1934 -1942 för 221 CID och 1939 -1953 för 239 CID

4 tum – 101,6 mm
1949 till 1953 för Mercury 255 CID

En tung klump

Det går att beskriva vevaxeln som en 30 kilos roterande metallklump med underlig form och masskoncentrationer, som ska överföra kolvarnas och stakarna fram och återgående rörelser till en roterande rörelse. Den ska utan problem kunna rotera flera 1000-tals timmar med 800 – 2000 varv per minut, men också klara att temporärt rotera med upp till 4500 varv per minut.

1932, i den första V8 motorn så hade Ford en smidd vevaxel och kamaxel. Det var den enda året med smidda axlar. Sedan var vevaxlarna gjutna.

På bilden är den främre vevstaken riktad mot den högra cylinderraden. I verkligheten så finns den staken och dess kolv i den vänstra cylinderraden. Samma gäller för riktningen av resterande par av vevstakar. Med vevaxeln liggande på en bänk kan vevstakarna i en flathead ha de här lägena, men har det inte, då de är på plats i motorblocket.

Drevet till vänster på vevaxeln är drivningen av kamaxeln och placerad framtill i motorn. Drevet hålls på plats av en krysskil (Woodruff kil). Vid balansering tas material bort i de två stora balansskivorna (skinkorna) genom att de borras radiellt.

Observera det något skadade kilspåret för kugghjulet som driver kamaxeldrevet.

Crossplane

Vevaxelns form i flathead, kallas för crossplane eller 90-graders vevaxel. Det är den vanligaste formen av vevaxlar, som används i V8 motorer. Det har använts sedan 1920-talet på V8-or i USA.  Den har stor massa och ger låga vibrationer. Med tändningsföljden som används i Flathead (1-5-4-8-6-3-7-2) så blir förbränningstakter mellan höger och vänster cylinderrad. H-V-H-V-V-H-V-H, H-V o.s.v. vilket ger ett karakteristiskt ljud s.k. V8 muller.

Flatplane

Den andra typen av vevaxel är flatplane, som även kallas 180-graders vevaxlar. Den ger en hel del  vibrationer, men har liten massa och varvar upp snabbt . Den ger omväxlande förbränningstakt i höger och vänster cylinderrad, H-V-H-V-H-V-H-V, H-V o.s.v. och avgassystemet kan då lättare stämmas av. Flatplane vevaxlar används främst i racermotorer. De symmetriska förbränningstakterna ger ett mycket karakteristiskt racermotorljud. Exempelvis har alla Ferrari V8-motorer den här typen av vevaxel.

Nackdelen med flatplane vevaxlar är att den låga massan i vevaxeln gör att motorn måste varvas mer vid start, än då en tung crossplane vevaxel används. Med normal lugn körstil och lågt motorvarvtal vid start är det lätt att få ett generande motorstopp med en flatplane vevaxel.

Anmärkning: I januari 2015, på bilutställningen, North American International Auto Show i Detroit, visade Ford en ny version av deras bilmodell 2016 års Ford Mustang Shelby GT350R (5,2 liters V8) med kolfiberfälgar. Den stora nyheten, som inte var helt uppenbart då bilen bara var uppställd, var att motorn hade en 180 graders vevaxel. 

Ramlagren

Vevaxeln i en flathead V8 är bara lagrad i tre ramlager! Alla moderna motorer, både fyrcylindriga och V8:or har i dag fem ramlager. Naturligtvis är tre ramlager en svaghet jämfört med moderna motorer. Men flathead V8:an var byggd för att vara en ”trygg framdrivningsanordning” som skulle arbeta med moderata varvtal och med ett bränsle som var närmare fotogen, än det vi i dag kallar för bensin. Bränslets kvalitet på 1930-talet gjorde att låg kompression var en bra motoregenskap.
Till och med år 1936 använde man s.k. babbitt lager. Senare motormodeller hade enkelt utbytbara ramlager av modernare material.

Babbitt är en legering med låg smältpunkt som gjuts på plats och sedan bearbetas till rätt passning. Babbitt, kallas ibland även vitmetall, består av bl.a. av tenn, antimon och koppar. Isaac Babbitt (1799 – 1862) skapade legering 1839.

Belastningar

Vevaxeln utsätts för påkänningar i form av värme, stötbelastningar, acceleration och retardations (torsions) -påkänningar d.v.s. harmoniska svängningar och vibrationer.

Balansering

Balanseringen syftar till att så långt möjligt minska de vibrationer som skapas av kolvarna och vevstakarnas fram och återgående rörelser i kombination med vevaxelns rotation. Vibrationer är ”massa i rörelse” som stjäl energi från motorn och ger (onödig) belastning på lager och axlar.

Köpa en ny vevaxel?

Är du intresserad av en helt ny vevaxel med stakar och kolvar för att bygga en ”stroker” med 4,5 tums slaglängd, så tillverkas sådana av SCAT Enterprises, Inc. Redondo Beach, California, USA. Materialet är vakuumsmält gjutgods, som ska vara ett av de starkaste gjutgods som tillverkats.

Svängningsdämpare

Inte på flathead

Syftet med att använda svängningsdämpare (eng. harmonic damper) är att minska de harmoniska vridbelastningarna på vevaxeln. Ford V8 flathead har ingen svängningsdämpare! Kan det vara som så, att det finns ett behov av svängningsdämpare på en Ford V8 flathead? Trots att inte Old Henry och hans tekniker satte på någon svängningsdämpare?

Lite fakta

Vevaxeln utsätts för ett antal vridbelastningar per motorvarv. Accelererande i arbetstakterna och retarderande i kompressionstakten och återfjädrande av vevaxelns elasticitet. Om dessa torsionsvridningar (elastisk deformation) uppstår inom området för vevaxelns egenresonans eller multiplar av egenresonansen kan vevaxeln skadas och även brista. De kraftigaste svängningarna uppstår i vevaxelns ändar. Alla moderna V8:or och även andra motorer har svängningsdämpare. Ju längre vevaxel desto större behov av svängningsdämpare. Man skulle även kunna sätta en 20 kilos klump framtill på vevaxeln för att dämpa svängningarna. Det är ingen bra lösning då det skulle ta lång tid att få upp motorn i varv och klumpen skulle även ge onödiga belastningar på ramlagren. En bättre lösning är att använda någon form av dynamisk dämpare med mindre massa. En dynamisk dämpare kan beroende på motor ha en diameter på 15-20 cm och väga 3-5 kg.

En svängningsdämpare är monterad på vevaxeln på motorns framsida och består i sin enklaste form av ett svänghjul med en till viss del rörlig ytterring. De är symmetriskt sammansatta. Mellan hjulet och ytterringen finns en massa av hårdgummi. Gummit gör att den yttre ringen är fjädrande sammansatt med det inre hjulet. Gummit är inte bara en gummimassa vilken som helst, utan dämparen är avstämd för att fungera över ett varvtalsområde för en specifik motor. Andra utföranden av dämpare kan innehålla någon form fjädrar eller ha vätska som broms.

Energin som skapas av vevaxelns torsionssvängningar omvandlas i svängningsdämparen till värme.

Det är möjligt, i en Ford V8 flathead, att vevaxelns konstruktion och massa i kombination med svänghjulets massa på 15-18 kg eliminerar vissa risker för skadliga torsionssvängningar. Man har då en stor massa påsatt på vevaxelns bakre del som till viss del dämpar de harmoniska svängningarna. Men i andra änden på vevaxeln sitter bara ett mindre homogent svänghjul. En vanlig modifiering (trimning) är att minska svänghjulets massa med 30-40%. Motorn kan då varva upp snabbare. Men, man har då också tagit bort en stor massa som är kopplad till vevaxeln och som påverkar hur vevaxeln uppför sig. Det finns några tillverkare av svängningsdämpare, som även gör sådana till Ford V8 flathead.

Kolvar och vevstakar

Blanda inte delarna

Kolvar med ringar, stakar, kolvbult och lager är sammansatta enheter som – när de är använda och nötta tillsammans – inte ska vändas eller blandas med varandra. För att underlätta att hålla reda på kolvar och vevstakar så är de normalt märkta med stansade nummer. Är de inte det, så märk den tydligt med nummer och pilar. Spritpenna fungerar bra. Blanda inte delarna!

Kolvarna

Det som brukar vålla lite huvudbry är när man stöter på kolvar med slitsade sidor och fyra kolvringar. Originalkolvarna hade två kompressionsringar och två oljeringar, varav den nedersta oljeringen är placerade under kolvbulten. De slitsade sidorna var till för att tillåta värmeutvidgning. De slitsade kolvarna hade en tätare passning i cylinderloppet än vad som är möjligt att ha med vanliga kolvar. Det finns nytillverkade kolvar i samma utförande som originalkolvarna och även moderna kolvar med två kompressionsringar och en oljering. De senare finns både som gjutna eller smidda kolvar med eller utan konvex kolvtopp s.k. dome.

Vevstakarna

Stakarna är smidda i stål av hög kvalitet och har en H-profil. Det gör att de är väldigt starka, sega och de böjer sig hellre än att de går av.

Vevstakarna är 7 tum långa från centrum till centrum.

Framifrån och bakåt är vevstakarna kopplade till vevaxel i följande ordning.

5-1—6-2—7-3—8-4

Vevstaken till cylinder nummer 5 och 1 sitter på den främre vevtappen med 5:an längst fram och så vidare.
Cylindrarna är numrerade enligt följande med cylinder nummer 1 till höger och längst fram i körriktningen.

5                    1
6                    2
7                    3
8                    4

För att göra bilden komplett, så är tändföljden: 1-5-4-8-6-3-7-2

Bilden på stakarna har vi lånat från So-Cal Speed Shop Sacramento. https://socalsac.com
En trevlig hemsida för alla med Hot Rod intresse!