<-PollName->
خبرنامه وب سایت:
آمار
وب سایت:
???????: پویان | 
یک شنبه 28 فروردين 1390
خط انتقال نیرو
مقدمه (نویسنده و گردآورنده علی شمسی)
گشتاور خروجي از گيربکس بايد طي مکانيزمي به چرخها برسد. وظيفه خط انتقال، انتقال گشتاور خروجي از انتهاي جعبه دنده به ديفرانسيل و نهايتاً از آنجا به چرخهاست. طراحي خط انتقال بايد به گونه اي باشد که طول و زاويه آن در حين کار کردن اتومبيل بتواند تغيير کند، در واقع بايد گشتاور را تحت زواياي مختلف و به فواصل مختلف از يک محور به محور ديگر انتقال دهد.
سپس گشتاور منتقل شده توسط ميل گاردان بايد بنحوي چرخش 90 درجه اي پيدا کند، چرا که ميل گاردان در راستاي طول اتومبيل قرار دارد در حالي که محور محرک چرخها در عرض خودرو قرار دارند. براي اين کار از چرخدنده هاي پينيون و کرانويل استفاده مي شود. پس از آن گشتاور وارد ديفرانسيل شده و با انتقال آن توسط محور هاي محرک يا پلوسها به چرخها مي رسد.
البته موارد فوق در خودرو هاي ديفرانسيل عقب به صورت کامل وجود دارند، ولي در خودروهاي ديفرانسيل جلو که معمولاً جعبه دنده در آنها بصورت عرضي قرار گرفته اند، قسمت مربوط خطوط انتقال حذف مي شود؛ در واقع گشتاور بلافاصله از جعبه دنده وارد ديفرانسيل و سپس از آنجا به چرخها مي رسد.
خطوط انتقال در خودروهاي ديفرانسيل عقب
در خودروهاي ديفرانسيل عقب و موتور جلو، خط انتقال، شفت عقب گيربکس را به اکسل عقب متصل مي کند. اکسل عقب شامل دنده هاي کرانويل، ديفرانسيل و ميل پلوسهايي است که چرخهاي عقب را به حرکت در مي آورند.
موتور و جعبه دنده به بدنه و شاسي متصلند اما پوسته اکسل عقب همراه با چرخهاي عقب بالا و پايين مي رود، بنابراين خطوط انتقال را بايد بنحوي طراحي نمود که طول و زاويه آن در حين کار خودرو تغيير يابد. خط انتقال از مجموعه اي از يک يا چند ميل گاردان، قفل گاردان و کشويي گاردان تشکيل مي شود.
ميل گاردان
بسياري از ميل گاردانها را از ميله فولادي مي سازند. بعضي ديگر آلومينيومي اند يا از ماده مرکب ترکيب شده از آلومينيم و الياف کربن ساخته مي شوند. اين ميل گاردانها از انواع فولادي سبکتر و کم صداترند، لرزش کمتري دارند و اصلاً زنگ نمي زنند. خودروهاي موتور جلو و ديفرانسيل عقب ميل گاردان طويلي دارند که از جعبه دنده تا اکسل عقب ادامه دارد. (شکل3-1) در بعضي خطوط انتقال طويل از ميل گاردانهاي دو تکه استفاده مي شود. در اين نوع گاردانها يک قفل گاردان ديگر هم بين دو تکه ميل گاردان نصب مي شود.قسمت جلويي به محور خروجي جعبه دنده متصل است. قسمت عقبي نيز يک کشويي و يک قفل گاردان در جلو دارد که ميل گاردان عقبي به کمک همين دو قطعه مي تواند طول و زاويه انتقال را تغيير دهد.
گشتاور خروجي از گيربکس بايد طي مکانيزمي به چرخها برسد. وظيفه خط انتقال، انتقال گشتاور خروجي از انتهاي جعبه دنده به ديفرانسيل و نهايتاً از آنجا به چرخهاست. طراحي خط انتقال بايد به گونه اي باشد که طول و زاويه آن در حين کار کردن اتومبيل بتواند تغيير کند، در واقع بايد گشتاور را تحت زواياي مختلف و به فواصل مختلف از يک محور به محور ديگر انتقال دهد.
سپس گشتاور منتقل شده توسط ميل گاردان بايد بنحوي چرخش 90 درجه اي پيدا کند، چرا که ميل گاردان در راستاي طول اتومبيل قرار دارد در حالي که محور محرک چرخها در عرض خودرو قرار دارند. براي اين کار از چرخدنده هاي پينيون و کرانويل استفاده مي شود. پس از آن گشتاور وارد ديفرانسيل شده و با انتقال آن توسط محور هاي محرک يا پلوسها به چرخها مي رسد.
البته موارد فوق در خودرو هاي ديفرانسيل عقب به صورت کامل وجود دارند، ولي در خودروهاي ديفرانسيل جلو که معمولاً جعبه دنده در آنها بصورت عرضي قرار گرفته اند، قسمت مربوط خطوط انتقال حذف مي شود؛ در واقع گشتاور بلافاصله از جعبه دنده وارد ديفرانسيل و سپس از آنجا به چرخها مي رسد.
خطوط انتقال در خودروهاي ديفرانسيل عقب
در خودروهاي ديفرانسيل عقب و موتور جلو، خط انتقال، شفت عقب گيربکس را به اکسل عقب متصل مي کند. اکسل عقب شامل دنده هاي کرانويل، ديفرانسيل و ميل پلوسهايي است که چرخهاي عقب را به حرکت در مي آورند.
موتور و جعبه دنده به بدنه و شاسي متصلند اما پوسته اکسل عقب همراه با چرخهاي عقب بالا و پايين مي رود، بنابراين خطوط انتقال را بايد بنحوي طراحي نمود که طول و زاويه آن در حين کار خودرو تغيير يابد. خط انتقال از مجموعه اي از يک يا چند ميل گاردان، قفل گاردان و کشويي گاردان تشکيل مي شود.
ميل گاردان
بسياري از ميل گاردانها را از ميله فولادي مي سازند. بعضي ديگر آلومينيومي اند يا از ماده مرکب ترکيب شده از آلومينيم و الياف کربن ساخته مي شوند. اين ميل گاردانها از انواع فولادي سبکتر و کم صداترند، لرزش کمتري دارند و اصلاً زنگ نمي زنند. خودروهاي موتور جلو و ديفرانسيل عقب ميل گاردان طويلي دارند که از جعبه دنده تا اکسل عقب ادامه دارد. (شکل3-1) در بعضي خطوط انتقال طويل از ميل گاردانهاي دو تکه استفاده مي شود. در اين نوع گاردانها يک قفل گاردان ديگر هم بين دو تکه ميل گاردان نصب مي شود.قسمت جلويي به محور خروجي جعبه دنده متصل است. قسمت عقبي نيز يک کشويي و يک قفل گاردان در جلو دارد که ميل گاردان عقبي به کمک همين دو قطعه مي تواند طول و زاويه انتقال را تغيير دهد.
شکل3-1 نمايي از ميل گاردان
__________________
قفل گاردان
با استفاده از قفل گاردان مي توان گشتاور را بين دو محور که با هم زاويه اي مي سازند انتقال داد. قفل گاردان، مفصلي با دو لولاست که از دو نعلبکي به شکل Yو قطعه اي به شکل صليب به نام چهار شاخه گاردان تشکيل مي شود. يکي از اين نعلبکيها روي محور محرک و ديگري روي محور متحرک نصب مي شود. چهار بازوي چهار شاخه گاردان نيز درون چهار سوراخ چهار شاخه گاردان قرار مي گيرند. اين نحوه اتصال universal jointيا hooke's jointنام دارد. (شکل3-2) محور محرک و نعلبکي، چهار شاخه را وادار به حرکت مي کنند. در نتيجه دو بازوي ديگر چهار شاخه سبب چرخش نعلبکي متحرک مي شوند.
قفل گارداني که در بالا شرح داده شد از نوع سرعت ثابت نيست. اگر دو محور با هم زاويه اي تشکيل دهند، در هر دور چرخش دو بار افزايش و کاهش سرعت مي دهد. هر چه زاويه دو محور بيشتر باشد با سرعت بيشتر تغيير مي کند. در نتيجه نوعي بارگذاري ضربه اي انجام مي شود که باعث کاهش عمر قطعات مي شوند. (شکل3-3)
با استفاده از قفل گاردان سرعت ثابت اين تغيير سرعت نامطلوب از بين مي رود. قفل گاردان دوبل يکي از آنهاست که اساساً از دو قفل ساده تشکيل مي شود که روي هم سوار شده اند. (شکل3-4) با استفاده از آن ديگر اثري از تغيير سرعت باقي نمي ماند، زيرا دو قفل با زاويه برابر کار مي کنند و شتاب يک قفل را شتاب منفي قفل ديگر خنثي مي کند.
با استفاده از قفل گاردان مي توان گشتاور را بين دو محور که با هم زاويه اي مي سازند انتقال داد. قفل گاردان، مفصلي با دو لولاست که از دو نعلبکي به شکل Yو قطعه اي به شکل صليب به نام چهار شاخه گاردان تشکيل مي شود. يکي از اين نعلبکيها روي محور محرک و ديگري روي محور متحرک نصب مي شود. چهار بازوي چهار شاخه گاردان نيز درون چهار سوراخ چهار شاخه گاردان قرار مي گيرند. اين نحوه اتصال universal jointيا hooke's jointنام دارد. (شکل3-2) محور محرک و نعلبکي، چهار شاخه را وادار به حرکت مي کنند. در نتيجه دو بازوي ديگر چهار شاخه سبب چرخش نعلبکي متحرک مي شوند.
شکل3-2 قفل گاردان که شامل اتصال هوک مي باشد.
شکل3-3 نمودار اختلاف در سرعت شفت خروجي در اتصال هوک هنگام استفاده از فقط يک اتصال
شکل3-4 قفل گاردان دوبل
کشويي گاردان
کشويي در واقع بصورت هزار خاري روي محور گاردان است. اين هزار خار سبب مي شود که محورها با هم بچرخند و در عين حال بتوانند عقب و جلو بروند. در نتيجه اين عمل طول ميل گاردان تغيير خواهد کرد. (شکل3-5)
پينيون و کرانويل
عمل اين قسمت در واقع فراهم ساختن يک نسبت دائمي کاهش سرعت است و همچنين چرخش 90 درجه اي مسير گشتاور انتقالي. نسبت کاهش سرعت در اين قسمت در حدود 4:1 براي خودروهاي معمولي تا 10:1 براي خودروهاي سنگين متغير است. اين عمل در يک يا دو مرحله انجام مي شود. براي کاهش کمتر از حدود 7:1 اين عمل يک مرحله اي و براي کاهش بيشتر اين کار در دو مرحله صورت مي گيرد. کاهش دور توسط يکدست چرخدنده صورت مي گيرد که گشتاور دريافتي از محور خروجي جعبه دنده را به ديفرانسيل انتقال مي دهند. اين چرخدنده ها از دو چرخدنده که يکي کوچکتر بنام پينيون ( pinion) و ديگري بزرگتر بنام کرانويل ( crown wheel) تشکيل مي شود. البته گاهي اوقات و در برخي موارد از جمله در خودروهاي سنگين بجاي پينيون و کرانويل از حلزون ( worm) و چرخ حلزون ( worm wheel) استفاده مي شود که بعلت اصطکاک بيشتر راندمان مکانيکي کمتري نسبت به چرخ دنده ها دارند، اما نيروي فشارنده آنها بيشتر است و استفاده از آنها در جاهاييکه کاهش سرعت بيشتري مورد نياز مي باشد، مناسبتر است. (شکل3-6)
در زير به سه نمونه از دنده هايي که بعنوان پينيون-کرانويل در خودروها مورد استفاده قرار مي گيرند اشاره شده است :
1) straight bevel gears
در اين حالت پينيون و کرانويل، چرخدنده هاي ساده هستند. اين پينيون و کرانويل در واقع ساده ترين و ارزانترين نوع آنهاست. مشکل اصلي آنها اين است که در اين حالت دنده ها به طور پيوسته با هم درگير نيستند و حالت درگيري وخلاصي پشت سرهم دارند و باعث ايجاد ضربه و ايجاد صدا مي شوند.
2) spiral bevel gears
اين نمونه نيز همانند حالت قبلي است با اين تفاوت که از چرخدنده هاي مارپيچي بجاي چرخدنده هاي ساده استفاده شده است که باعث کارکرد نرمتر سيستم در اين حالت مي شود، ضمن اينکه بعلت تماس پيوسه دنده ها با هم از ميزان سروصدا در اين حالت کاسته مي شود.
اين چرخدنده ها نيز دنده هاي مارپيچي دارند و تنها تفاوت آن با حالت قبل در اين است که در اينجا پينيون زير خط مرکزي کرانويل قرار مي گيرد؛ در نتيجه ميل گاردان پايين تر مي آيد و مي توان کف اتاق و مجراي عبور ميل گاردان را پايين تر در نظر گرفت. همچنين از ديگر مزاياي اين حالت، اين است که تعداد دنده هاي درگير براي حملبار در اين سيستم بيشتر است.
کشويي در واقع بصورت هزار خاري روي محور گاردان است. اين هزار خار سبب مي شود که محورها با هم بچرخند و در عين حال بتوانند عقب و جلو بروند. در نتيجه اين عمل طول ميل گاردان تغيير خواهد کرد. (شکل3-5)
شکل3-5 اجزاي مجزا شده کشويي و قفل گاردان
عمل اين قسمت در واقع فراهم ساختن يک نسبت دائمي کاهش سرعت است و همچنين چرخش 90 درجه اي مسير گشتاور انتقالي. نسبت کاهش سرعت در اين قسمت در حدود 4:1 براي خودروهاي معمولي تا 10:1 براي خودروهاي سنگين متغير است. اين عمل در يک يا دو مرحله انجام مي شود. براي کاهش کمتر از حدود 7:1 اين عمل يک مرحله اي و براي کاهش بيشتر اين کار در دو مرحله صورت مي گيرد. کاهش دور توسط يکدست چرخدنده صورت مي گيرد که گشتاور دريافتي از محور خروجي جعبه دنده را به ديفرانسيل انتقال مي دهند. اين چرخدنده ها از دو چرخدنده که يکي کوچکتر بنام پينيون ( pinion) و ديگري بزرگتر بنام کرانويل ( crown wheel) تشکيل مي شود. البته گاهي اوقات و در برخي موارد از جمله در خودروهاي سنگين بجاي پينيون و کرانويل از حلزون ( worm) و چرخ حلزون ( worm wheel) استفاده مي شود که بعلت اصطکاک بيشتر راندمان مکانيکي کمتري نسبت به چرخ دنده ها دارند، اما نيروي فشارنده آنها بيشتر است و استفاده از آنها در جاهاييکه کاهش سرعت بيشتري مورد نياز مي باشد، مناسبتر است. (شکل3-6)
شکل3-6 حلزون و چرخ حلزون که در خودروهاي سنگين استفاده مي شود.
1) straight bevel gears
در اين حالت پينيون و کرانويل، چرخدنده هاي ساده هستند. اين پينيون و کرانويل در واقع ساده ترين و ارزانترين نوع آنهاست. مشکل اصلي آنها اين است که در اين حالت دنده ها به طور پيوسته با هم درگير نيستند و حالت درگيري وخلاصي پشت سرهم دارند و باعث ايجاد ضربه و ايجاد صدا مي شوند.
شکل3-7 straight bevel gears
اين نمونه نيز همانند حالت قبلي است با اين تفاوت که از چرخدنده هاي مارپيچي بجاي چرخدنده هاي ساده استفاده شده است که باعث کارکرد نرمتر سيستم در اين حالت مي شود، ضمن اينکه بعلت تماس پيوسه دنده ها با هم از ميزان سروصدا در اين حالت کاسته مي شود.
شکل3-8 spiral bevel gears
3) hypoid gears اين چرخدنده ها نيز دنده هاي مارپيچي دارند و تنها تفاوت آن با حالت قبل در اين است که در اينجا پينيون زير خط مرکزي کرانويل قرار مي گيرد؛ در نتيجه ميل گاردان پايين تر مي آيد و مي توان کف اتاق و مجراي عبور ميل گاردان را پايين تر در نظر گرفت. همچنين از ديگر مزاياي اين حالت، اين است که تعداد دنده هاي درگير براي حملبار در اين سيستم بيشتر است.شکل3-9 hypoid gears
ديفرانسيل (Differential ) (نویسنده و گردآورنده علی شمسی)
ديفرانسيل در واقع دستگاه يا مجموعه چرخدنده اي است که بين دو محور قرار مي گيرد و به آنها امکان مي دهد در صورت لزوم با سرعتهاي متفاوت بچرخند و در عين حال گشتاور هم منتقل کنند.
فرض کنيد ديفرانسيلي در کار نباشد و هر دو چرخ عقب به دو سر يک ميله صلب متصل هستند. در اين حالت چرخها همواره با هم و با سرعت برابر مي چرخند و سعي مي کنند همواره مسافتي برابر هم را طي کنند. در چنين شرايطي اگر خودرو قصد عبور از پيچي را داشته باشد، لاستيک داخلي مسافت کمتري را طي خواهد کرد و در نتيجه به سرعت ساييده خواهد شد؛ در اين حالت کنترل خودرو نيز دشوار است.
وجود ديفرانسيل از بروز چنين مشکلاتي جلوگيري مي کند و به چرخ بيروني اين امکان را مي دهد که سريعتر بچرخد و در حين عبور از پيچ، نسبت به چرخ داخلي مسافت بيشتري را طي کند.
ديفرانسيل شامل دو دنده مرتبط به پلوس مي باشد که بنام دنده پلوس ناميده مي شود و نيز دو دنده پينيون که بر روي دنده پلوس مي گردند. (شکل3-10) پينيونها نيز توسط يک محور به هم متصل هستند. وقتي اتومبيل در جاده مستقيم حرکت مي کند، دنده پينيونها حول محور خود نمي چرخند بلکه کلاً بصورت يکپارچه حول دنده پلوسها مي گردند و آنها به حرکت در مي آورند. اما هنگاميکه اتومبيل وارد پيچ مي شود، چرخ داخلي مسافت کوتاهتر و چرخ بيروني مسافت بيشتري را طي مي کند. دنده ها پينيونهاي ديفرانسيل به هر دو دنده پلوس گشتاور مساوي وارد مي کنند. اما نامساوي بودن بارهايي که چرخها وارد مي کنند سبب مي شود که دنده پينيونها چرخش حول محور خود را آغاز کنند. آنها در پيرامون دنده پلوس مرتبط با چرخ داخلي که آهسته تر مي چرخد حرکت مي کنند. در نتيجه سرعت دنده پلوس مرتبط با چرخ بيروني به همان اندازه افزايش مي يابد.
با توجه به رابطه فوق اگر يک چرخ شروع به لغزش و بکسواد کند، چرخي که کشش خوبي دارد از سرعت خود کم مي کند و متوقف مي شود؛ در نتيجه ممکن است خودرو متوقف شود و نتوان آن را به حرکت در آورد. براي جلوگيري از اين امر در برخي از اين ديفرانسيلها از سيستم خاصي استفاده مي کنند؛ بدين صورت که از کلاچهاي چند صفحه اي در پشت دنده پلوسها استفاده مي شود که توسط هزار خار به دنده پلوسها متصلند. (شکل3-11) اين سيستم باعث مي شود که چنانچه يک چرخ بکسواد کند، چرخ ديگر حرکت خود را از دست ندهد. در واقع در موارد ويژه اي ديفرانسيل عمل خود را انجام نمي دهد.
تصوير نشان داده شده در شکل3-12 نمونه اي ساده از اکسل عقب يک خودرو مي باشد که قسمتهاي مختلف آن قابل مشاهده است. جهت وضوح بيشتر شکل، ديفرانسيل نشان داده نشده است. در عمل شفت نشان داده شده بصورت دو تکه است و وظيفه انتقال گشتاور از ديفرانسيل به چرخها را بر عهده دارد.
نيروها و گشتاورهاي مختلفي بر اکسل عقب خودرو وارد مي شوند که عبارتند از :
1 ) وزن خودرو : اکسل را مي توان به عنوان تيري در نظر گرفت که وزن ناشي از خودرو را تحمل مي کند. اين نيرو توسط پوسته اکسل يا پلوس تحمل مي شود. اين نيروهاي وارده سبب نيروهاي برشي و خمشي مي گردند.
2 ) نيروي پيشران : گشتاور رانشي ايجاد شده در موتور خودرو، نيروي پيشران در چرخها را باعث مي شود که اين نيرو بايد از طريق اکسل به شاسي و بدنه خودرو منتقل شود. اين نيروها و کلاً نيروهايي که از اکسل به شاسي منتقل مي شوند، توسطPanhard Rod و Radius Rod منتقل مي شوند. Radius Rod اکسل را به شاسي متصل کرده و نيروي وزن را تحمل مي کند. Panhard Rod نيز نيروهاي جانبي را به شاسي منتقل مي کند. (شکل3-13)
3 ) عکس العمل گشتاور : براي تصور اين نيرو، اينگونه فرض کنيد که اگر از چرخش آزادانه چرخها بوسيله چرخيدن ميل گاردان جلوگيري شود، بنظر مي رسد که دنده پينيون تمايل به گردش حول کرانويل را دارد. اين تمايل همچنين هنگام حرکت خودرو نيز وجود دارد و پينيون همواره تمايل به بالا رفتن از دنده هاي کرانويل را دارد، بنابراين هميشه نيرويي بر روي پوسته اکسل وجود دارد که پينيون را نگه مي دارد. اين نيرو بعنوان عکس العمل گشتاور خوانده مي شود.
4 ) نيروهاي جانبي : اين نيروها که در جهت عرضي بر خوروها وارد مي شوند ممکن است شامل وزش باد از بغل به خودرو يا اينرسي خود وسيله نقليه در سر پيچها باشدکه در هر حال اين نيرو مستقيماً به اکسل وارد مي شود و اکسل نيز توسط Panhard Rod آن را به شاسي منتقل مي کند.
انواع اکسل
در ميان انواعي از اکسلهايي که بعنوان اکسل عقب استفاده مي شود، معمولاً فنرها وزن مجموعه را تحمل مي کنند. امروزه مدلهاي گوناگوني از اکسلها مورد استفاده قرار مي گيرند که از ميان آنها دو نوع عمده اي که بيشتر از آنها استفاده مي شوند عبارتند از :
Hotchkiss drive: اين نوع، از ساده ترين و پرکاربردترين نوع اکسلهاي عقب مي باشد. مدلي از آن را در شکل 3-14 مشاهده مي کنيد. فنر از قسمت وسط خود و به صورت صلب به اکسل عقب متصل مي شود. خود فنر نيز از يک طرف بصورت صلب به شاسي متصل است و از سر ديگر بصورت لولا و مفصلي متحرک مي باشد.
در اين حالت تمام چهار نيروي وارد شده بر اکسل که در قسمت قبل اشاره شد، توسط فنر تخت تحمل مي شود. نيروي پيشران توسط سر صلب فنر به شاسي منتقل مي شود. بعلت وجود عکس العمل گشتاور نيز قسمت جلو فنر کمي تغيير شکل مي دهد. (شکل3-15)
بنابراين عکس العمل گشتاور نيز کلاً توسط فنر تحمل مي شود. بهمين ترتيب براي تحمل گشتاور ترمزي نيز فنرها در جهت مخالف تغيير شکل خواهند داد. هنگاميکه فنرها بدين ترتيب تغيير شکل دادند، محل قرار گرفتن شفت متصل به پينيون نيز تغيير مي کند. بنابراين اگر تنها در يک طرف ميل گاردان از قفل گاردان استفاده شود، ميل گاردان تحت چنين شرايطي خم خواهد شد. براي جلوگيري از چنين امري از يک قفل گاردان ديگر نيز در سر ديگر شفت گاردان استفاده مي شود.
Torque tube drive : در اين حالت فنرها فقط نيروي وزن و نيروي جانبي را تحمل مي کنند. عکس العمل گشتاور، گشتاور ترمزي و نيروي پيشران توسط عضو ديگري که torque tubeنام دارد تحمل مي شود. يک سر آن به پوسته اکسل و سر ديگر آن که کروي است درون جعبه اي که برروي شاسي فيکس مي شود، قرار مي گيرد. همانطور که در شکل3-16 نيز مشاهده مي شود torque tubeميل گاردان را در بر مي گيرد.
ديفرانسيل در واقع دستگاه يا مجموعه چرخدنده اي است که بين دو محور قرار مي گيرد و به آنها امکان مي دهد در صورت لزوم با سرعتهاي متفاوت بچرخند و در عين حال گشتاور هم منتقل کنند.
فرض کنيد ديفرانسيلي در کار نباشد و هر دو چرخ عقب به دو سر يک ميله صلب متصل هستند. در اين حالت چرخها همواره با هم و با سرعت برابر مي چرخند و سعي مي کنند همواره مسافتي برابر هم را طي کنند. در چنين شرايطي اگر خودرو قصد عبور از پيچي را داشته باشد، لاستيک داخلي مسافت کمتري را طي خواهد کرد و در نتيجه به سرعت ساييده خواهد شد؛ در اين حالت کنترل خودرو نيز دشوار است.
وجود ديفرانسيل از بروز چنين مشکلاتي جلوگيري مي کند و به چرخ بيروني اين امکان را مي دهد که سريعتر بچرخد و در حين عبور از پيچ، نسبت به چرخ داخلي مسافت بيشتري را طي کند.
ديفرانسيل شامل دو دنده مرتبط به پلوس مي باشد که بنام دنده پلوس ناميده مي شود و نيز دو دنده پينيون که بر روي دنده پلوس مي گردند. (شکل3-10) پينيونها نيز توسط يک محور به هم متصل هستند. وقتي اتومبيل در جاده مستقيم حرکت مي کند، دنده پينيونها حول محور خود نمي چرخند بلکه کلاً بصورت يکپارچه حول دنده پلوسها مي گردند و آنها به حرکت در مي آورند. اما هنگاميکه اتومبيل وارد پيچ مي شود، چرخ داخلي مسافت کوتاهتر و چرخ بيروني مسافت بيشتري را طي مي کند. دنده ها پينيونهاي ديفرانسيل به هر دو دنده پلوس گشتاور مساوي وارد مي کنند. اما نامساوي بودن بارهايي که چرخها وارد مي کنند سبب مي شود که دنده پينيونها چرخش حول محور خود را آغاز کنند. آنها در پيرامون دنده پلوس مرتبط با چرخ داخلي که آهسته تر مي چرخد حرکت مي کنند. در نتيجه سرعت دنده پلوس مرتبط با چرخ بيروني به همان اندازه افزايش مي يابد.
شکل3-10 اساس کار ديفرانسيل
2 / ( تعداد دور دنده پلوس اول+ تعداد دور دنده پلوس دوم ) = تعداد دور کرانويل
شکل3-11
اکسل عقب (Rear Axle)تصوير نشان داده شده در شکل3-12 نمونه اي ساده از اکسل عقب يک خودرو مي باشد که قسمتهاي مختلف آن قابل مشاهده است. جهت وضوح بيشتر شکل، ديفرانسيل نشان داده نشده است. در عمل شفت نشان داده شده بصورت دو تکه است و وظيفه انتقال گشتاور از ديفرانسيل به چرخها را بر عهده دارد.
شکل3-12 شماتيک کلي اکسل عقب
1 ) وزن خودرو : اکسل را مي توان به عنوان تيري در نظر گرفت که وزن ناشي از خودرو را تحمل مي کند. اين نيرو توسط پوسته اکسل يا پلوس تحمل مي شود. اين نيروهاي وارده سبب نيروهاي برشي و خمشي مي گردند.
2 ) نيروي پيشران : گشتاور رانشي ايجاد شده در موتور خودرو، نيروي پيشران در چرخها را باعث مي شود که اين نيرو بايد از طريق اکسل به شاسي و بدنه خودرو منتقل شود. اين نيروها و کلاً نيروهايي که از اکسل به شاسي منتقل مي شوند، توسطPanhard Rod و Radius Rod منتقل مي شوند. Radius Rod اکسل را به شاسي متصل کرده و نيروي وزن را تحمل مي کند. Panhard Rod نيز نيروهاي جانبي را به شاسي منتقل مي کند. (شکل3-13)
شکل3-13 Panhard Rod و Radius Rod
4 ) نيروهاي جانبي : اين نيروها که در جهت عرضي بر خوروها وارد مي شوند ممکن است شامل وزش باد از بغل به خودرو يا اينرسي خود وسيله نقليه در سر پيچها باشدکه در هر حال اين نيرو مستقيماً به اکسل وارد مي شود و اکسل نيز توسط Panhard Rod آن را به شاسي منتقل مي کند.
انواع اکسل
در ميان انواعي از اکسلهايي که بعنوان اکسل عقب استفاده مي شود، معمولاً فنرها وزن مجموعه را تحمل مي کنند. امروزه مدلهاي گوناگوني از اکسلها مورد استفاده قرار مي گيرند که از ميان آنها دو نوع عمده اي که بيشتر از آنها استفاده مي شوند عبارتند از :
Hotchkiss drive: اين نوع، از ساده ترين و پرکاربردترين نوع اکسلهاي عقب مي باشد. مدلي از آن را در شکل 3-14 مشاهده مي کنيد. فنر از قسمت وسط خود و به صورت صلب به اکسل عقب متصل مي شود. خود فنر نيز از يک طرف بصورت صلب به شاسي متصل است و از سر ديگر بصورت لولا و مفصلي متحرک مي باشد.
شکل3-14 Hotchkiss drive
شکل3-15 خمش فنر بعلت وجود عکس العمل گشتاور
Torque tube drive : در اين حالت فنرها فقط نيروي وزن و نيروي جانبي را تحمل مي کنند. عکس العمل گشتاور، گشتاور ترمزي و نيروي پيشران توسط عضو ديگري که torque tubeنام دارد تحمل مي شود. يک سر آن به پوسته اکسل و سر ديگر آن که کروي است درون جعبه اي که برروي شاسي فيکس مي شود، قرار مي گيرد. همانطور که در شکل3-16 نيز مشاهده مي شود torque tubeميل گاردان را در بر مي گيرد.
شکل3-16 Torque tube drive
از آنجاييکه در اينجا عکس العمل گشتاور توسط torque tube تحمل مي شود، اگر ميل گاردان توسط يک اتصال يونيورسال که دقيقاً در مرکز کاپ کروي قرار دارد به شفت خروجي از گيربکس متصل شود، خط مرکز شفت متصل به پينيون جابجا نخواهد شد و هميشه از مرکز کاپ کروي عبور خواهد کرد. در چنين حالتي نياز به استفاده از اتصال يونيورسال ديگري در آن طرف ميل گاردان نخواهد بود. همچنين اتصال کشويي نيز در اينجا مورد استفاده نخواهد بود چرا که شفت متصل به پينيون و ميل گاردان هر دو حول يک مرکز جابجا خواهند شد __________________
انواع نگهدارنده هاي شفت اکسل عقب (نویسنده و گردآورنده علی شمسی) نيروها و گشتاورهاي تحملي توسط اکسل عقب عبارتند از :
1 ) نيروهاي برشي ناشي از وزن وسيله نقليه
2 ) ممان خمشي ناشي از اختلاف فاصله عکس العمل وزن و خود وزن
3 ) نيروهاي کششي يا فشاري ناشي از نيروهاي جانبي
4 ) نيروي خمشي ناشي از هم امتداد نبودن نيروي جانبي و عکس العمل مربوطه
5 ) گشتاور پيشران
در تمام نمونه هايي که براي نگهداري شفت اکسل استفاده مي شود، گشتاور پيشران توسط شفت تحمل مي شود؛ اما اختلاف اين نمونه ها ناشي از ديگر بارهايي است که ممکن است توسط شفت اکسل تحمل شود. انواع مختلفي از آنها را در زير بررسي مي کنيم :
Semi floating axle : در اين نوع از اکسل که نمونه آن را در شکل 3-17 مشاهده مي کنيد، توپي چرخ مستقيماً به شفت اکسل متصل است. انتهاي داخلي هرکدام از شفتها با ديفرانسيل در ارتباط است؛ در حاليکه سر ديگر آن بوسيله ياتاقان و بلبرينگ با پوسته اکسل در تماس است.
در اين حالت تمام نيروها و بارهايي که در بالا به آن اشاره شد توسط شفت اکسل تحمل مي شود. بارهاي خودرو از طريق پوسته و ياتاقان به اين شفتها منتقل مي شوند. به همين علت نقطه Aيک بار خمشي را تحمل مي کند که در نتيجه آن تمايل به برش در آن نقطه ايجاد مي شود. همچنين نيروهاي جانبي سبب بوجود آمدن نيروهاي محوري و ممان خمشي در شفتهاي اکسل مي شوند، ضمن اينکه شفتها بايد گشتاور پيشران را هم تحمل کنند. Semi floating axle ساده ترين و ارزانترين نوع از ميان آنهاست که بصورت نسبتاً گسترده اي در خودروها استفاده مي شود. از آنجاييکه تمام بارها توسط شفت اکسل تحمل مي شود، اين شفتها براي انتقال گشتاور يکسان به نسبت قطر بزرگتري بايد داشته باشند؛ چرا که اگر شفت در اين حالت بشکند، خطرات زيادي در بر دارد چون تاير کاملاً از مجموعه جدا خواهد شد.
Full floating axle : اين نمونه بسيار مقاوم و محکم است و اکثراً در خودروهاي سنگين از آنها استفاده مي شود. همانطور که در شکل 3-18 مشاهده مي شود، شفتهاي اکسل فلانجهايي در انتهاي خارجي خود دارندکه بوسيله پيچ به کفي فلانج متصل مي شوند. دو رولربرينگ نيز پوسته اکسل را درون توپي چرخ نگه مي دارند که بارهاي جانبي را تحمل مي کنند؛ بنابراين در اين حالت شفتهاي اکسل فقط گشتاور پيشران را تحمل مي کنند و نيروي وزن را پوسته اکسل و چرخها متحمل مي شوند؛ بنابراين احتمال شکست در آنها کم است و حتي در صورت وقوع چنين امري، شفت بعلت مهارهايي که دارد از جاي خود خارج نمي شود. اما اشکال عمده در اينجا هزينه بسيار بالاي آن نسبت به ساير گونه اکسلها است.
1 ) نيروهاي برشي ناشي از وزن وسيله نقليه
2 ) ممان خمشي ناشي از اختلاف فاصله عکس العمل وزن و خود وزن
3 ) نيروهاي کششي يا فشاري ناشي از نيروهاي جانبي
4 ) نيروي خمشي ناشي از هم امتداد نبودن نيروي جانبي و عکس العمل مربوطه
5 ) گشتاور پيشران
در تمام نمونه هايي که براي نگهداري شفت اکسل استفاده مي شود، گشتاور پيشران توسط شفت تحمل مي شود؛ اما اختلاف اين نمونه ها ناشي از ديگر بارهايي است که ممکن است توسط شفت اکسل تحمل شود. انواع مختلفي از آنها را در زير بررسي مي کنيم :
Semi floating axle : در اين نوع از اکسل که نمونه آن را در شکل 3-17 مشاهده مي کنيد، توپي چرخ مستقيماً به شفت اکسل متصل است. انتهاي داخلي هرکدام از شفتها با ديفرانسيل در ارتباط است؛ در حاليکه سر ديگر آن بوسيله ياتاقان و بلبرينگ با پوسته اکسل در تماس است.
در اين حالت تمام نيروها و بارهايي که در بالا به آن اشاره شد توسط شفت اکسل تحمل مي شود. بارهاي خودرو از طريق پوسته و ياتاقان به اين شفتها منتقل مي شوند. به همين علت نقطه Aيک بار خمشي را تحمل مي کند که در نتيجه آن تمايل به برش در آن نقطه ايجاد مي شود. همچنين نيروهاي جانبي سبب بوجود آمدن نيروهاي محوري و ممان خمشي در شفتهاي اکسل مي شوند، ضمن اينکه شفتها بايد گشتاور پيشران را هم تحمل کنند. Semi floating axle ساده ترين و ارزانترين نوع از ميان آنهاست که بصورت نسبتاً گسترده اي در خودروها استفاده مي شود. از آنجاييکه تمام بارها توسط شفت اکسل تحمل مي شود، اين شفتها براي انتقال گشتاور يکسان به نسبت قطر بزرگتري بايد داشته باشند؛ چرا که اگر شفت در اين حالت بشکند، خطرات زيادي در بر دارد چون تاير کاملاً از مجموعه جدا خواهد شد.
شکل3-17 Semi floating axle
شکل3-18 Full floating axle
Three quarter floating axle : اين نمونه حالتي بين مدل مقاوم Full floating و مدل سادهSemi floating است. در اينجا بجاي اينکه همانند نمونه Semi floating ياتاقان بين پوسته اکسل و شفت قرار داشته باشد، بين پوسته اکسل و توپي چرخ قرار دارد. همانطور که با توجه به شکل3-19 نيز مشخص است، در اين حالت شفتهاي اکسل، نيروي خمشي و برشي ناشي از وزن خودرو را تحمل نمي کنند. بلکه اين نيروها از طريق توپي و ياتاقان و توسط پوسته اکسل تحمل مي شود. اما در هر صورت گشتاور پيشران در اين جا نيز بايد توسط شفت تحمل گردد و نيز نيروهاي جانبي که به شفت وارد مي شوند. زماني در خودروها معمولي و اتومبيلهاي سبک از اين نمونه از اکسل بيشتر استفاده مي شد اما امروزه با بهبود در طراحي مواد و روشهاي ساخت استفاده از Semi floating به اينگونه از اکسلها ترجيح داده مي شود.
انواع پوسته اکسل
1 ) split type : در اين نمونه پوسته اکسل بصورت دو تکه ساخته مي شود و سپس توسط پيچ بهم وصل مي شوند. اشکال عمده چنين نمونه اي اين است که با رخ دادن هر گونه خرابي، کل اکسل عقب بايد خارج شود و پس از تعمير دوباره نصب گردد. از اين نمونه از پوسته اکسل امروزه کمتر استفاده مي شود.
2 ) banjo or separate carrier type : اين نمونه بصورت يکپارچه است و شکلي شبيه کمانچه دارد. کل مجموعه ديفرانسيل درون محفظه اي قرار دارد که به پوسته اکسل پيچ شده است و دو نيم شفت نيز از دو طرف به آن متصل هستند. بنابراين در اين حالت چنانچه نيازي به تعمير مجموعه شود، هرکدام از شفتها مي تواند مستقيماً از کنار خارج شود و ديفرانسيل تنها با باز کردن پيچهاي مربوط به خود، خارج مي گردد.
3 ) Salisbury or integral carrier type: اين نمونه از لحاظ ساختاري شبيه نمونه قبلي است بجز اينکه در اينجا محفظه ديفرانسيل به طور دائمي به مجموعه توسط جوش متصل است. از اين نمونه از پوسته اکسل بطور گسترده اي در خودروهاي محرک عقب استفاده مي شود.
خطوط انتقال در خودروهاي ديفرانسيل جلو
در خودروهاي ديفرانسيل جلو به ميل گاردانهاي طويل نيازي نيست. همانطور که در شکل 3-20 نيز مشاهده مي شود، توان از بخش ديفرانسيل چسبيده به جعبه دنده و از طريق ميل پلوسهاي کوتاه به چرخها منتقل مي شود.
اين ميل پلوسها ممکن است توپر يا توخالي باشند و حتي طولهاي آنها نابرابر باشند، اما معمولاً با قرار دادن يک ميله واسط سعي مي کنند طول آنها را برابر کنند.از انواع مختلفي ازاتصالات سرعت ثابت در دو سر ميل پلوسها استفاده مي شود که در زير به آنها اشاره مي کنيم :
سه شاخه پلوس ( Rzeppa joint) : نوعي مفصل سرعت ثابت است که با استفاده از آن فقط زاويه انتقال مي تواند تغيير کند. توسط اين نوع مفصل مي توان محور متحرک را تحت زاويه اي تا 40 درجه به چرخش درآورد. اين نوع اتصال شش ساچمه فولادي دارد که در شيارهاي دايره اي بين يک پوسته داخلي و يک پوسته خارجي حرکت مي کنند. گشتاور از پوسته داخلي و از طريق ساچمه ها به پوسته خارجي منتقل مي شود. (شکل3-21)
سه شاخه کشويي ( Tripod joint) : نوعي مفصل کشويي يا پيستوني است که با استفاده از آن طول موثر هر کدام از محورها در اثر بالا و پايين رفتن چرخها و پيچيدن آنها به طرف داخل و خارج، مي تواند تغيير کند. در اين اتصال پوسته شامل سه شاخه اي توخالي است. يک سه شاخه ديگر که سه عدد بلبرينگ در سر آنها قرار دارد درون پوسته جا زده مي شود. (شکل3-22) گشتاور محور محرک، از طريق ساچمه و سه شاخه به محور متحرک منتقل مي شود. وقتي زاويه انتقال گشتاور تغيير مي کند، ساچمه ها طوري حرکت مي کنند که زاويه بين محورهاي محرک و متحرک را نصف کنند. بنابراين محور متحرک، بدون توجه به زاويه انتقال با سرعت ثابت مي چرخد.حرکت محور متحرک بطرف بالا و پايين نيز سبب مي شود که ساچمه ها در شيارها عقب و جلو بروند.
شکل3-19 Three quarter floating axle
1 ) split type : در اين نمونه پوسته اکسل بصورت دو تکه ساخته مي شود و سپس توسط پيچ بهم وصل مي شوند. اشکال عمده چنين نمونه اي اين است که با رخ دادن هر گونه خرابي، کل اکسل عقب بايد خارج شود و پس از تعمير دوباره نصب گردد. از اين نمونه از پوسته اکسل امروزه کمتر استفاده مي شود.
2 ) banjo or separate carrier type : اين نمونه بصورت يکپارچه است و شکلي شبيه کمانچه دارد. کل مجموعه ديفرانسيل درون محفظه اي قرار دارد که به پوسته اکسل پيچ شده است و دو نيم شفت نيز از دو طرف به آن متصل هستند. بنابراين در اين حالت چنانچه نيازي به تعمير مجموعه شود، هرکدام از شفتها مي تواند مستقيماً از کنار خارج شود و ديفرانسيل تنها با باز کردن پيچهاي مربوط به خود، خارج مي گردد.
3 ) Salisbury or integral carrier type: اين نمونه از لحاظ ساختاري شبيه نمونه قبلي است بجز اينکه در اينجا محفظه ديفرانسيل به طور دائمي به مجموعه توسط جوش متصل است. از اين نمونه از پوسته اکسل بطور گسترده اي در خودروهاي محرک عقب استفاده مي شود.
خطوط انتقال در خودروهاي ديفرانسيل جلو
در خودروهاي ديفرانسيل جلو به ميل گاردانهاي طويل نيازي نيست. همانطور که در شکل 3-20 نيز مشاهده مي شود، توان از بخش ديفرانسيل چسبيده به جعبه دنده و از طريق ميل پلوسهاي کوتاه به چرخها منتقل مي شود.
شکل3-20 نمونه اي از خطوط انتقال در خودروهاي ديفرانسيل جلو
سه شاخه پلوس ( Rzeppa joint) : نوعي مفصل سرعت ثابت است که با استفاده از آن فقط زاويه انتقال مي تواند تغيير کند. توسط اين نوع مفصل مي توان محور متحرک را تحت زاويه اي تا 40 درجه به چرخش درآورد. اين نوع اتصال شش ساچمه فولادي دارد که در شيارهاي دايره اي بين يک پوسته داخلي و يک پوسته خارجي حرکت مي کنند. گشتاور از پوسته داخلي و از طريق ساچمه ها به پوسته خارجي منتقل مي شود. (شکل3-21)
شکل3-21 سه شاخه پلوس ( Rzeppa joint )
شکل3-22 سه شاخه کشويي ( Tripod joint )
نظرات شما عزیزان:
????????: انتقال نیرو, خط انتقال نیرو, میل گاردان, ,
