A forgattyús hajtás a dugattyús motorokban a lineáris mozgást forgó mozgássá alakítja. Eközben különböző tömegerők keletkeznek a mozgó alkatrészek hatására. Ezeket oszcilláló- és rotáló tömegekre oszthatjuk. Az oszcilláló tömegekhez tartozik a dugattyú, a dugattyúcsap, ezek tartói, valamint a hajtókar egy része. A rotáló tömegekhez tartozik a forgattyús-tengely (főtengely) a forgattyúpofákkal, a hajtókarláb és a hajtókarcsapágy valamint tágabb értelemben véve a lendkerék és a kuplung. Annak érdekében, hogy a fellépő tömegerők lehetőleg kis mértékűek legyenek, a forgattyús hajtás lehetőleg minden alkatrészének könnyűnek kell lennie, valamint olyan kialakításúnak, hogy az egymás ellen ható erők minél inkább kiegyenlítsék egymást. Így például az oszcilláló tömegeket (dugattyú stb.) a megfelelő ellensúlyokkal egyenlítik ki a forgattyús-tengelyen. A tiszta tömegerőkön kívül léteznek további konstruktív méretezések, mint például a forgattyústengely-könyök és gyújtási távolság, melyek fontosak egy megfelelő tömegkiegyenlítéshez. Az magától értetődő, hogy a forgattyús hajtásnak statikusan és dinamikusan is kiegyensúlyozottnak kell lennie.

A hajtókaroknak az a feladata, hogy a dugattyút összekössék a forgattyús-tengellyel. Eközben az egyenes vonalú mozgást, melyet a dugattyú végez a hengerben, forgó mozgássá alakítják át a forgattyús tengelyen. A hajtókar a dugattyú erejét (melyet a hengerben történő égés vált ki) viszi át és forgatónyomatékot gyakorol a forgattyús-tengelyre. A hajtókar ekkor nagy nyomóerőket szenved el hosszanti irányban a dugattyúra ható gáznyomás miatt és nagy gyorsulási erőknek (húzó- és nyomóerőknek) van kitéve az állandóan változó dugattyúsebességnek köszönhetően. Továbbá a hajtókar-szárban nagyobb hajlítóerők lépnek fel a dugattyúcsapszeg tengelye körül végzett állandó ingamozgásnak köszönhetően. Ahhoz, hogy ezeknek az erőhatásoknak megfeleljen, a hajtókarnak nagy mechanikai szilárdsággal kell rendelkeznie és mindeközben kis tömegűnek is kell lennie, a fellépő tömegerők alacsonyan tartása érdekében.

A hajtókarok leginkább acélból készülnek, és présben kovácsolják azokat. Alapanyagként legfőképpen ötvözött nemesacélt alkalmaznak. Korábban a hajtókarokat is öntöttvasból gömbgrafittal vagy temper-öntvényből készítették, ezek azonban a mai elvárásoknak már nem felelnek meg. Egy magasabb terhelés eléréséhez és ezzel egyidejű tömegspóroláshoz a sport- és versenymotorokban titánalapú hajtókarokat alkalmaznak, melyek kis vastagság (tömeg) mellett nagy szilárdságot biztosítanak. A "high-tech"-hajtókarokat manapság már "compound"-ként, azaz acél és szénszálak ötvözéséből állítják elő. Itt a szénszálak növelik a hajtókar húzószilárdságát és ezzel egyidejűleg csökkentik annak tömegét.

A modern, nagyteljesítményű hajtókarokat manapság egy darabból készítik és egy meghatározott helyen eltörik, amiből az alsó rész a hajtókar-fedőt eredményezi. Az összeszerelésnél aztán a hajtórudat precízen összecsavarozzák, minek köszönhetően egy különösen pontos illeszkedésű kötés jön létre, ami igen jó terhelhetőséggel rendelkezik. Ennek a gyártási módozatnak egy további előnye az egyes hajtórudak megegyező súlya, további utómunkálatok nélkül.


Forgattyús-tengelyek és hajtókarcsapágy

Mind magának a forgattyús-tengelynek, mind a hajtókarnak a forgattyús tengelyen történő csapágyazása osztott többrétegű csúszócsapágyakkal történik. A forgattyús-tengely csapágyazásánál legalább egy főcsapágy, mint "passlager" kivitelezése mindkét oldali kötéssel vagy csúszókorongokkal történik, hogy a forgattyús-tengelynek, például a kuplung használatakor történő, axiális eltolódását megakadályozzák. A forgattyústengely-csapágyak legtöbbször rendelkeznek egy körbefutó olaj-horonnyal, amely a csapágy kenését biztosítja. Ezeket a cserélhető kenőanyag-tárolókat "tartóorrokkal" biztosítják az elfordulás vagy elcsúszás ellen. Mind az axiális, mind a radiális csapágy hézagot a gyártó írja elő.

A kétrétegű csapágyak egy támasztóhéjból és egy futórétegből állnak, amely legtöbbször lemezelve van. Acél támasztóhéj esetén a futóréteg PbSn-ötvözetből készül. Azonban alumínium támasztóhéj esetén a futóréteg egy speciális alumínium-ötvözetből áll. Az ilyen jellegű kétrétegű csapágyak csak közepes terhelésre alkalmasak. A nagy terhelhetőségű háromrétegű csapágyak egy acél támasztóhéjból állnak. Erre egy nagy terherbírású hordozóréteget (pld. CuPbSn) visznek fel. Ezt a hordozóréteget aztán egy futóréteggel galvanizálják, amely úgynevezett fehéracélból (pld. LgPbSn 10) áll. Ez a futóréteg kiváló futási tulajdonságokkal és jó beágyazó képeséggel rendelkezik kosz- és kopásrészecskék számára, melyeket az olajáramlás nem mos el. A középső hordozóréteg kiváló "vészfutási" képességekkel rendelkezik, és akár teljes mértékben átveheti a futóréteg szerepét.

Az egy- vagy kéthengeres motoroknál ill. a motorkerékpár-hajtóműveknél a forgattyús-tengelyt legtöbbször golyóscsapágyak közt vezetik. A hajtókarnál tűcsapágyakat alkalmaznak. Az ilyen jellegű forgattyús-tengelyeket "épített" forgattyús-tengelyeknek is nevezik, mert össze kell nyomni azokat, mivel a golyós- és tűcsapágyakat nem lehet horizontálisan felosztani.


Dugattyú

A dugattyúk átviszik a munkanyomatékot a hajtókaron keresztül a forgattyús-tengelyre. A dugattyút terheli a gázerő, a tömegerő, az oldirányú erők és a dugattyú tömegközéppontjában fellépő (forgató-) nyomaték. A fordulatszámmal összefüggésben egy fontos paraméter a konstruktőrök számára a közepes dugattyúsebesség. Azért közepes dugattyúsebesség, mert a dugattyú a felső és alsó holtpont között mindig felgyorsul, majd nullára fékeződik, azaz nincs konstans sebessége. A közepes dugattyúsebességet m/sec -ban adjuk meg. A motor dugattyúhajtásában a dugattyú egy mozgó (oszcilláló) tömeget képvisel. Minél gyorsabban mozgatunk egy ilyen tömeget, annál nagyobbak lesznek a tömegerők is. A tömegerő a fordulatszám négyzetével változik. A legfelsőbb cél ezért a dugattyúra ható tömegerők csökkentése, tehát olyan dugattyúk építése, melyek egyrészt megfelelnek a megemelkedett szilárdsági igényeknek, másrészt azonban jelentősen könnyebbek. A dugattyú a dugattyúpadlóból, a tűzfalból, a gyűrűpárból, a csavarperselyből és a dugattyúszárból áll. Ide tartoznak még a dugattyúcsap és a csapbiztosítékok, valamint a dugattyúgyűrűk. A sorozatgyártott autómobil-dugattyúkat rendszerint alumíniumból készítik, és öntik. Egy, az egyszerű dugattyúformáknál ugyancsak gyakorta használt eljárás a préselés. Itt a külső formáknak az előállítási folyamat során szűk feltételeknek kell megfelelniük. A sport- és versenymotorok dugattyúit rendszerint kovácsolják és ezután következik a forgácsolással történő megmunkálás. A kovácsolási eljárás során, azaz hő és nyomás biztosítása mellett, a dugattyú egy magasabb szilárdságot ér el. A motor-sorozatgyártásban néhány éve úgynevezett "szabályozóelemekkel" ellátott dugattyúk is gyártásra kerülnek. Elsősorban szürkeöntvény-blokkoknál alkalmazzák gyakran ezt a módszert. A megfelelő futási hézag betartásához, amely az anyagok (szürkeöntvény-alumínium) nagymértékben különböző hőmérsékleti tágulása miatt vált szükségessé, a dugattyúba egy fémcsíkot öntöttek a csavarszem területén, ami megakadályozta a nemkívánt deformációkat (autotermikus-dugattyú). A mi modern, gyorsfutású dízelmotorjainknál szinte kizárólag olyan dugattyúkat találunk, melyek rendelkeznek egy hűtőcsatornával. Ezen a hűtőcsatornán keresztül, amely a dugattyúpadlóhoz és a tűzfalhoz közel fut, folyamatosan kenőolajat fecskendeznek be, ami a hő nagy részét elvezeti. Sportmotoroknál is általában hűtés céljából befecskendező-fúvókákon keresztül olajat fecskendeznek a dugattyúpadló alá.

A súly mellett a belső égésű motoroknál a súrlódás témája is igen fontos szerepet játszik. Amennyiben sikerül a súrlódást csökkenteni, automatikusan több hasznosítható teljesítményhez jutunk. A sport- és versenymotorok dugattyúi ezért a szár tekintetében (ugyanakkora furat esetén) is mindig kisebbnek bizonyulnak. A modern alapanyagoknak köszönhetően a beépítési hézag is mind kisebb lehet, így ezzel egyidejűleg egy kisebb dugattyúbillenést kapunk. Extrém esetekben a mérnökök manapság egy tömítőgyűrűre és egy olajlehúzó-gyűrűre szorítkoznak. Mivel a dugattyún a legnagyobb hőterhelés a tűzfal környékén adódik, újabban olyan kísérletek is folynak, melyek során a tűzfal területén porózus fémes darabkákat öntenek a tűzfalba a hővezetés javítására.

Mind a modern dízel motoroknál, mind a direktbefecskendezéses benzineseknél időközben az égéstér egy nagy része a dugattyúban helyezkedik el. Ennek a konstruktív eljárásnak köszönhetően manapság magas elvárásokat támasztanak a dugattyú kidolgozásával és tartósságával szemben. Ezek a követelmények csak az előállítási eljárások és az alkalmazott anyagok folyamatos fejlesztésével teljesíthetők. Néhány évvel ezelőtt nagy reményeket fűztek a kerámiákhoz, világossá vált azonban, hogy ezeket az anyagokat dugattyúk építésére még nem tudjuk felhasználni. Időközben azonban sikeresen futnak a robbanómotorokban a tiszta szénből készült dugattyúk. Ezek a dugattyúk különösen könnyűek és hőállóak, valamint minimális kenéssel -illetve annak teljes hiányában is- működnek.