سیستم تعلیق خودرو 

سیستم تعلیق یا فنربندی قسمتی از خودرو است که باعث می‌شود نوسانات حاصل از حرکت خودرو برروی سطوح ناهموار به جِرم معلق که شامل اتاق، شاسی، متعلقات و سرنشینان وارد نشود. سیستم تعلیق از جِرم فنربندی‌شده، فنر، کمک‌فنر و جِرم فنربندی‌نشده تشکیل شده‌است.

سیستم تعلیق خودرو دو وظیفهٔ مهم را برعهده دارد :

• جذب نوسانات و ارتعاشات وارد به چرخ‌ها بر اثر ناهمواری‌های جاده 
• تماس مؤثر لاستیک چرخ‌ها با سطح جاده‌ است.

در سیستم تعلیق خودرو همیشه دو مقوله مورد بحث بوده:

• کیفیت سواری دادن 
• قابلیت هدایت و کنترل

که این دو مرتباً در تضاد با یکدیگرند. به عبارت دیگر، بهبود یکی باعث بروز اشکال در دیگری می‌شود.

سیستم تعلیق خودرو در حقیقت بخشی از شاسی آن است وبه نوعی با تمامی اجزای زیرین خودرو در ارتباط است. یک سیستم تعلیق خوب علاوه بر اینکه راحتی و آرامش را برای سرنشینان به همراه می آورد به پایداری خودرو در جاده هم کمک بسیاری می کندو در چسبندگی و تعادل آن نقش مهمی دارد. اگر خودرو هایی مانند پورشه باکستر.. در جاده هندلینگ وچسبندگی فوق العاده ای دارند یکی از دلایل آن داشتن سیستم تعلیق پیشرفته آنهاست.

سیستم تعلیق علاوه بر اینکه باید وزن خودرو را تحمل کند باید ضربه هایی را که در دست انداز ها به خودرو وارد می شود جذب کند و مانع از انتقال آن به بدنه خودرو شود و نوسان آن را میرا کند و باید طوری طراحی شود که در شرایط مختلف تماس لاستیک ها را با سطح جاده حفظ کند.

وظیفه سیستم تعلیق که یکی از مهمترین اجزای خودرو به شمار می رود، ایجاد ارتباط بین جاده و خودرو است. این سیستم در مواردی هم چون هدایت خودرو، شتاب گیری، و ترمز نقش ویژه ای ایفا می کند. لازم به یادآوری است، در صورت عدم وجود سیستم تعلیق، تمام قطعات خودرو به دلیل شدت ضربات وارده از جاده، به سرعت از بین می روند و عمر خودرو کوتاه می شود

سیستم تعلیق وظایف زیر را بر عهده دارد :

•  تحمل وزن خودرو
•  جذب ضربات وارده و تبدیل آن ها به ارتعاش
•  حفظ هندسه سیستم فرمان و موقعیت چرخ ها
• افزایش قابلیت فرمان پذیری خودرو
•  افزایش میزان پایداری خودرو
•  حفظ تماس چرخ ها با سطح جاده

بررسی اجزا و نحوه عملکرد سیستم ترمز خودرو

پردیس فناوری کیش-طرح مشاور متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

هر خودرو علاوه بر اینکه به سیستم هایی برای تولید نیروی محرکه برای حرکت احتیاج دارد ، به سیستم های دیگری نیز جهت کنترل حرکت خودرو نیازمند است . یکی از این سیستم ها ،سیستم ترمز نام دارد.

وظایف سیستم ترمز خودرو

اساس کار این سیستم بر مبنای اصطحکاک است . وظیفه این سیستم کم کردن سرعت و نهایتا توقف خودرو میباشد . البته در خودرو های پیشرفته و گران قیمت ، این سیستم وظیفه ی کنترل پایداری خودرو سر پیچ ها و جلوگیری از چرخش های حاصل از ترمز را نیز دارد . حتی به عنوان سیستم کمک کننده برای بهبود عملکرد موتور که در خودرو ها مسابقه ای کاربرد دارد .

انواع سیستم ترمز خودرو

سیستم ترمز انواع مختلفی دارد ؛ مانند : ترمزهای هیدرولیک ، بادی ، سیمی (کابلی) . . . در اتومبیلهای سواری ترمزهای اصلی چهار چرخ از نوع هیدرولیک هستند و ترمز دستی (اضطراری) از نوع سیمی است .

در ترمزهای هیدرولیک ، از یک مایع (روغن ترمز) استفاده می شود که غیر قابل تراکم است و این حالت تراکم ناپذیری خود را در هر شرایطی حفظ می کند.سیستم های ترمز خودرو را میتوان طور دیگری نیز دسته بندی کرد. ۱-ترمز های کاسه ای ۲- ترمز های دیسکی .

چون بیشترین فشار هنگام ترمزگیری روی چرخ های جلو است ، این چرخ ها مجهز به ترمز دیسکی هستند که نسبت به مدل کاسه ای عملکرد بهتری دارند و کمتر داغ میشوند .(هزینه نصب و نگهداری یترمز دیسکی از کاسه ای بیشتر است) . برای مثال خودروی پراید که ترمز های جلوی آن دیسکی و عقب آن کاسه ای است.

نحوه ی عملکرد سیستم ترمز خودرو

به طور خلاصه میتوان گفت : زمانی که راننده  به وسیله  پای خود روی پدال  ترمز  فشار میاورد ، این فشار وارد سیستم هیدرولیکی میشود  و باعث جلو رفتن پیستون پمپ اصلی ترمز شده و پیستون روغن ترمز موجود در سیلندر ترمز که جلوی پیستون قرار دارد را تحت فشار قرار داده و هم زمان با حرکت خود در داخل سیلندر انرا با فشار زیاد از  طریق لوله های فولادی رابط که در مقابل فشارهای جانبی بسیار مقاوم می باشد  به سمت سیلندر چرخها رانده و به  این  وسیله  باعث  جابجائی  پیستونهای داخل سیلندر چرخ میشود.

  کاسه ای

در سیستم ترمز کاسه ای  پیستونها  فشار خود را به  کفشکهای ترمز منتقل کرده و کفشکها  را  به کاسه  چرخ  می چسباند . واضح  است  که این عمل  باعث  به وجود  امدن اصطکاک  بین  کاسه  و کفشکها  شده و انها را از حرکت باز میدارد یا سرعت آنها را کم میکند .

ﺗﺮﻣﺰ ﮐﺎﺳﻪ ﺍﻱ ﻳﮏ ﮐﺎﺳﻪ ﺗﺮﻣﺰ ﻓﻠﺰﻱ ﺩﺍﺭﺩ ﮐﻪ ﻣﺠﻤﻮﻋﻪ ﺗﺮﻣﺰ ﻫﺮ ﭼﺮﺥ ﺭﺍ ﺩﺭ ﺑﺮ ﻣﻲ ﮔﻴﺮﺩ . ﺩﺭﻭﻥ ﺍﻳﻦ ﮐﺎﺳﻪ ﺗﺮﻣﺰ ﺩﻭ ﮐﻔﺸﮏ ﺧﻤﻴﺪﻩ ﺑﻪ ﺳﻤﺖ ﺧﺎﺭﺝ ﺣﺮﮐﺖ ﻣﻲ ﮐﻨﻨﺪ ﺗﺎ ﺳﺮﻋﺖ ﭼﺮﺧﺶ ﮐﺎﺳﻪ ﺗﺮﻣﺰ ﺭﺍ ﮐﻪ ﻫﻤﺮﺍﻩ ﭼﺮﺥ ﻣﻲ ﭼﺮﺧﺪ ﮐﺎﻫﺶ ﺩﻫﻨﺪ ﻳﺎ ﺁﻥ ﺭﺍ ﻣﺘﻮﻗﻒ ﮐﻨﻨﺪ .

این عمل به اینصورت انجام میپذیرد که روغن ترمز پس از منقبض شدن سیلندر اصلی در اثر فشار پدال ، از طریق لوله های فلزی به کاسه چرخ ها میرسد و با فشار آوردن بر کفشک های ترمز، آنها را به کاسه میچسباند و عمل ترمز گیری انجام میشود .

 کفشک ها از جنس فلز هستند و روی آنها ، لنت ترمز چسبانده میشود و یا پرچ میشود ، لنت ترمز باید مقاومت خوبی در برابر گرمای حاصل از اصطحکاک تماس با کاسه داشته باشد به این منظور لنت ها را از جنس فایبرگلاس و یا مواد نیمه فلزی میسازند . در گذشته این لنت ها را از جنس آزبست میساختند اما این ماده برای محیط زیست بسیار زیان آور است .

ترمز های کاسه ای بر اساس نحوه قرارگیری کفشک ها ها درون کاسه به حداقل چهار نوع تقسیم میشوند :

•   Loading and training shoe brakes
•  Dou-servo shoe beakes
• Two leading shoe brakes
• Two training shoe brakes

دیسکی

در مورد سیستم ترمز دیسکی ، پیستون ها فشار خود را به لنت های ترمز وارد میکنند و لنت ها به دیسک ترمز میچسبند و عمل ترمزگیری انجام میشود .

ساختار و مکانیسم این نوع ترمز تا حدود زیادی با ترمزهای کاسه ای متفاوت است ، به جای کاسه از یک دیسک چرخان استفاده شده است و به جای کفشک های خمیده از یک جفت کفشک صاف که به آن لنت ترمز میگویند استفاده شده است . این لنت ها در دو طرف دیسک قرار دارند و و از پشت به یک سیلندر و پیستون مجهز اند .

هنگامی که پدال ترمز فشرده میشود و روغن توسط نیروی هیدرولیکی از مجاری فلزی به سیلندر چرخ میرسد ، پیستون را به سمت بیرون فشرده میکند و لنت ها به دیسک میچسبند و باعث توقف یا کاهش سرعت چرخش آن میشوند .

کلاچ خودرو

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

کلاچ وسيله ايست براي انتقال حرکت چرخشي از يک شفت به شفت ديگر. کلاچ در واقع يک وسيله قطع کردن و يا وصل کردن است که در سيستم‌هاي انتقال نيرو بکار مي‌رود. اصولاً در سيستم‌هاي انتقال نيرو، توان و نيروي توليد شده در موتور براي استفاده به شکلي ديگر يا استفاده در جايي ديگر نياز به جابجايي و انتقال دارد.  براي آنکه بتوان بر روي اين انتقال نيرو کنترلي را اعمال کرد. ساده‌ترين راه استفاده از يک کلاچ است تا هر زمان که نياز به توقف انتقال نيرو باشد، اين عمل انجام پذيرد.

کلاچ يک اتصال اصطکاکي ميان موتور اتومبيل به عنوان منبع توليد توان و جعبه دنده اتومبيل برقرار مي‌کند. در حالي که کلاچ اتومبيل درگير است توان از موتور به جعبه دنده و از آنجا به چرخها انتقال مي‌يابد. ليکن گاهي لازم مي‌شود که دنده مورد استفاده در جعبه دنده ماشين بر حسب شرايط جاده و سرعت حرکت ماشين تغيير کند..

ويژگيهاي لحاظ شده در طراحي بهينه کلاچ:

جهت طراحي بهينه کلاچ بايد موارد گوناگوني را در نظر گرفت که در زير به آنها اشاره مي کنيم:

•  انتقال ماکزيمم گشتاور : طراحي کلاچ بايد بگونه اي باشد که بتواند 125 تا 150 درصد ماکزيمم گشتاور توليدي موتور را منتقل کند.
  
•  درگيري و خلاصي تدريجي : کلاچ و سيستمهاي عملگر آن بايد بگونه اي طراحي شوند که حين خلاصي و درگيري صفحات کمترين تکان را به خودرو منتقل کند.
  
•  پخش سريع حرارت توليد شده : حين درگيري کلاچ بعلت وجود لغزش در ابتداي امر، گرماي زيادي توليد مي شود که بايد به طرقي دفع شود.
  
•  بالانس ديناميکي : چون کلاچ عضو دوار متحرک است، بنابراين در سرعتهاي زياد جهت جلوگيري از بوجود آمدن نيروهاي جانبي بايد از لحاظ ديناميکي بالانس باشد.
  
•  استهلاک نوسانات : طراحي کلاچ بايد به گونه اي باشد که سبب از بين رفتن نوسانات انتقالي از موتور به سيستم انتقال قدرت و نوسانات انتقالي از چرخها به موتور شود.
  
• ابعاد کلاچ : از لحاظ ابعادي، کلاچ بايد کمترين فضاي ممکن را اشغال کند.
  
•  اينرسي : قطعات متحرک کلاچ بايد کمترين اينرسي ممکن را داشته باشند.
  
•  سادگي در تعويض و تعمير : تعويض قطعات و تعمير آنها بايد به سادگي صورت گيرد.
  
•  سهولت در عملکرد کلاچ نزد راننده : عمل کلاچ گيري و تعويض دنده نبايد براي راننده حالت خسته کننده و طاقت فرسايي داشته باشد.

  انواع کلاچ:

• بدون لغزش : اين نوع کلاچها دو حالت دارند؛ حالت خلاصي و حالتي که کلاچ کاملاً درگير است. بنابراين در اين حالت لغزش يا سايش در کلاچ به هيچ عنوان مشاهده نمي شود. 
  
• يکطرفه : اين کلاچها در گردش از يک طرف همانند کلاچ بدون لغزش عمل مي کند، اما اگر چرخش در جهت مخالف صورت گيرد دو صفحه کاملاً روي هم سر مي خورند و هيچگونه انتقال نيرويي صورت نمي گيرد؛ بنابراين در اين کلاچها گشتاور تنها از يک طرف منتقل مي شود

• اصطکاکي : اساس عملکرد اين کلاچها درگيري دو صفحه داراي ضريب اصطکاک نسبتاً بالاييست که اين درگيري سبب انتقال نيرو از يکي از صفحات به صفحه ديگر مي شود. انواع مورد استفاده اين نوع کلاچها شامل ديسکي، مخروطي، صفحه اي و تسمه اي مي باشد.
  
• هيدروليک : در اين نوع کلاچها نيرو از يکي از صفحات به سيال و سپس از سيال به صفحه متحرک مورد نظر منتقل مي شود.
  
  از ميان انوا کلاچهاي فوق تنه دو نوع آخر در خودروهاي امروزي مورد استفاده قرار مي گيرد .

کلاچ اصطکاکي:

اين نوع کلاچها به پنج نوع عمده زير تقسيم مي شوند :

•   کلاچ مخروطي
•  کلاچ تک صفحه اي
• کلاچ چند صفحه ای
• کلاچ نيمه گريز از مرکز
• کلاچ گريز از مرکز

  کلاچ مخروطي (Con Clutch) :

در اين کلاچها همانگونه که از اسم آن پيداست سطوح اصطکاکي به شکل مخروطي هستند. هنگامي که کلاچ در گير مي شود، گشتاور از طريق فلايويل که سطح داخلي آن به شکل مخروطي است به سطح مخروطي ديگري که درون فلايويل جاي مي گيرد منتقل مي شود. براي خلاص کردن کلاچ نيز سطح مخروط خارجي کمي از درون فلايويل بيرون کشيده مي شود تا تماس دو سطح قطع شود.

مزايا : براي فشار يکسان وارده بر پدال، نيروي اعمالي برروي سطوح اصطکاکي در اين حالت بزرگتر از نيروي محوري اعمال شده نسبت به کلاچ صفحه اي است.

معايب : اگر زاويه مخروط کوچکتر از حدود 20 درجه انتخاب شود، ممکن است حالت خود قفلي پيش بيايد و جدا کردن دو سطحي که با هم در حالت چرخش هستند مشکل شود.

کلاچ تک صفحه اي با فنر ديافراگمي (Diaphragm Spring Clutch ):

اساس کار اين نوع کلاچها همانند کلاچ تک صفحه اي است با اين تفاوت که در اينجا بجاي فنرهاي پيچشي از فنر ديافراگمي استفاده مي شود؛ اين فنرها در حالت عادي به شکل مخروط ناقص هستند، اما هنگامي که فشرده مي شوند حالت تخت به خود مي گيرند.

مزايا : 

• به علت ذخيره انرژي در امتداد شعاعي طرح نهايي اين کلاچ در امتداد محوري به مراتب کوچکتر و جمع و جورتر خواهد بود.
• فنر ديافراگمي در مقايسه با فنرهاي تخت کمتر تحت تاثير نيروي گريز از مرکز قرار مي گيرند، لذا براي استفاده در دورهاي بالاتر مناسب تر مي باشند.
• در اين طرح فنر ديافراگمي هم بعنوان فنر فشارنده و هم بعنوان قطعه ناخني عمل مي کند، لذا اين قطعات از سيستم حذف شده اند و باعث کاهش وزن کل و سر و صداي سيستم مي شوند. 
  
  

  معایب

• نيروي فنر نسبت فنرهاي پيچشي کمتر است، بنابراين فقط در ماشينهاي سبک مي تواند مورد استفاده قرار گيرد

عملکرد اين کلاچ همانند کلاچ تک صفحه اي است با اين تفاوت که در اينجا بجاي يک صفحه کلاچ، به تناسب گشتاور انتقالي مورد نظر از چندين صفحه اصطکاکي استفاده مي شود. اين امر باعث مي شود که کلاچ بتواند گشتاور بزرگتري را منتقل کند. بنبراين اين کلاچها بيشتر در خودروهاي سنگين يا خودروهاي مسابقه اي که به انتقال گشتاور بزرگتري نياز دارند، مورد استفاده قرار مي گيرد.

 کلاچ نيمه گريز از مرکز

در اين نوع کلاچها، فنرها براي انتقال گشتاور در سرعتهاي معمولي طراحي مي شوند، در حاليکه در سرعتهاي بالاتر نيروي گريز از مرکز به انتقال گشتاور کمک مي کند. در اين کلاچها نيروي گريز از مرکز از طريق وزنه هايي بوجود مي آيد که همراه ساير اجزا دوار کلاچ مي گردند

گالوانیزه کردن

پردیس فناوری کیش-طرح متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مواد

گالوانیزه کردن یک فرآیند تخصصی برای حفاظت از فولاد است. در صنایع بسیاری به فولاد مقاوم نیاز داریم. به همین علت در صنایع تولید و شکل دادن فولاد از فرآنید گالوانیزه استفاده می شود. گالوانیزه به معنای خلق یک لایه بسیار نازک بروی سطح رویی یک فولاد می باشد. این لایه نازک، به عنوان پوست و محافظ این فولاد عمل خواهد کرد. این محافظت جلوگیری از خوردگی فولاد می باشد. 

 

گالوانیزه کردن به روش های مختلفی انجام می شود:

• گالوانیزه گرم

•  گالوانیزه سرد

گالوانیزه گرم

گالوانیزه گرم یک روش بسیار مناسب برای گالوانیزه کردن فولاد می باشد. در این روش از مذاب استفاده می شود. این روش به این صورت انجام می شود که قطعه فولاد مورد نظر را در یک مذاب شناور و غوطه ور خواهیم کرد. این غوطه ور سازی فولاد باعث می شود یک پوسته از جنس روی به قطعه مورد نظر اضافه شود و در این صورت خوردگی فلز کنترل خواهد شد.

روش گالوانیزه گرم البته به این سادگی ها هم انجام نمی شود. برای اینکه این پوسته روی به فولاد اضافه شود، مراحل زیادی انجام خواهند شد. تمیز کاری و آماده سازی فولاد و روی خود دو الی سه مرحله از این فرآیند می باشند. این تمیز کردن بسیار مهم و حیاتی می باشد. در این صورت پوشش روی اعمالی بهتر وظیفه خود را انجام خواهد داد . پس از این مراحل گالوانیزه گرم شروع خواهد شد. پس از اتمام این مراحل و غوطه کردن فولاد و نیز اضافه شدن روی به فولاد حالا نوبت به سرد کردن و کار های نهایی خواهد رسید. این اعمال جهت کارکرد بهتر و چسبیدن روی به فولاد انجام می شوند. دقت داشته باشید تمامی این مراحل تک به تک بررسی می شوند و بسیار مهم می باشند.

حتی برای بررسی این فرآیند ها استاندارد هایی تعیین شده است. این استاندارد ها تحت عنوان ASTM شناخته می شوند. این استاندارد ها بین المللی بوده و برای گالوانیزه کردن بسیار مهم شمار می شوند. اگر یکی از این مراحل نیز به درستی انجام نشود، این پوشش روی به درستی از فولاد محافظت نخواهد کرد. روش گالوانیزه کردن از اقتصادی ترین روش های محافظت از فولاد است. 

گالوانیزه سرد

بر خلاف گالوانیزه گرم که شامل چند فرآیند سخت و پیچیده بود، گالوانیزه سرد عملی ساده می باشد. این تفاوت گالوانیزه سرد و گرم است. پیچیدگی گالوانیزه گرم به خاطر استفاده از دستگاه های مخصوص و استفاده و به کارگیری از قسمت های خاص یک کارخانه می باشد. مهم ترین تفاوت گالوانیزه سرد و گرم این می باشد. در گالوانیزه سرد برخلاف گالوانیزه گرم نیازی به دستگاه های پیشرفته نیست و یک قلم مو کافی است. سادگی این فرآیند بسیار بالا می باشد و نتیجه کار یک فولاد با مقاومت نسبتا خوب در برابر خوردگی می باشد. پوششی که بر روی فولاد مربوطه قرار خواهد گرفت، یک پوشش تک جزئی می باشد. یکی از ویژگی های این مایع این است که ویسکوزیته این مایع بسیار بالا می باشد. یک تفاوت گالوانیزه گرم و سرد این است که در ترکیب مایعات و مذاب وسایل به کار رونده متفاوت است. در گالوانیزه سرد نیازی به میکسر های قوی نخواهیم داشت و یک میله هم برای هم زدن این مایع کافی خواهد بود. زمانی که تمیز کاری انجام شد با قلم مو این مایع که قبلا هم زده شده است، را روی سطح فولاد می زنیم. به این ترتیب پوشش فولاد اضافه می شود.

فولادی که توسط گالوانیزه سرد، مقاومت آن بالا برده می شود چند ویژگی بسیار مهم و اختصاصی خواهد داشت. در این روش تولید فولاد زنگ نزن، مایع چسبندگی قوی به سطح خواهد داشت و مایع در تمامی نقاط هم سطح می باشد. همچنین مایع روی فولاد انعطاف بالایی دارد که در برابر تحرکات فیزیکی و تنش های ایجاد شده، می تواند منعطف شود. همچنین از فولاد این چنینی می توان در مکان هایی با رطوبت بسیار بالا نیز استفاده ک

انواع کرنش سنج

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

سه نوع ترکیب بندی برای کرنش سنج ها میتوان تعریف کرد که عبارتند از :

• quarter
• half
•  full-bridge

این نوع ترکیب بندی ها بر اساس تعداد کرنش سنج های فعال بر روی پل هایف پل وتستون بدست می ایند.  در ادامه سه نوع ترکیب بندی ذکر شده به صورت خلاصه مورد مطالعه قرار خواهد گرفت:

Quarter-Bridge Strain Gage

این نوع ترکیب بندی دارای ویژگی های زیر می باشد:

•  توانایی اندازه گیری کرنش در جهت های محوری و خمشی
• نیاز به یک مقاومت با مقاومتی برابر با مقاومت کرنش سنج ( مقاومت دامی نامیده میشود) .
• نیاز به دومقاومت دیگر به منظور تکمیل پل وتستون.

نوع دوم:

ویژگی های نوع دوم را میتوان به صورت خلاصه شرح داد:

• تنها قابلیت اندازه گیری کرنش در اثر نیروی خمشی وجود دارد
• دو مقاومت به منظور تکمیل پل وتستون برای این نوع لازم می باشد.
• R4  یک کرنش سنج فعال به منظور اندازه گیری کرنش در حالت کششی است
• R3 یک کرنش سنج فعال به منظور اندازه گیری کرنش در حالت فشاری است.

Full-Bridge Strain Gage

این نوع ترکیب بندی دارای چهار کرنش سنج فعال در هریک از پایه های پل وتستون می باشد و به سه نوع ترکیب بندی در دسترس است.نوع اول و دوم آن قابلیت اندازه گیری کرنش در اثر نیروی خمشی را دارند و این در حالی است که نوع سوم اندازه گیری کرنش را در اثر نیروی محوری انجام میدهد. از طرفی تنها نوع دوم و سوم قابلیت  اندازه گیری کرنش در اثر ضریب پوانسون هستند. اما گفتن این نکته ضروری است که در هر سه نوع، تغییرات دما نمیتواند بر روی نتایج تاثیر بگذارد.

دینامومتر

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

دینامومتر وسیله ای برای اندازه گیری توان، گشتاور و نیرو می باشد. دینامومترها برای کاربردهای بسیاری مورد استفاده قرار میگیرند. شاید بتوان مهمترین کاربرد دینامومترها را در تعیین توان انواع موتورها به وسیله انوع بارگذاری بر روی آنها دانست. 

مبنای کاری دینامومتر جذب توان با استفاده از بارگذاری بر روی موتور می باشد که توان هدر رفت به صورت گرما از سیستم دفع میگردد. در واقع میزان بارگذاری انجام شده همان توان موتور می باشد.  معمولا به منظور تولید یک بارگذاری ثابت بر روی سیستم به وسیله دینامومتر، از یک کنترل کننده (چه خودکار و چه دستی) استفاده میشود که باعث میشود که سرعت و میزان بارگذاری در طول تست ثابت بماند. این عمل باعث میگردد که بتوان میزان توان سیستم متصل شده به دینامومتر را به صورت غیر مستقیم و با استفاده از ضرب سرعت در گشتاور محاسبه نمود. 

 

 

 

 

انواع دینامومترها :

دینامومترها را میتوان از طریق گوناگونی تقسیم بندی نمود. به طور مثال دینامومترهایی که مستقیم با موتور کوپل میشوند معروف به دینامومتر موتور هستند. یا دینامومترهایی که اقدام به اندازه گیری توان و گشتاور چرخ های وسایل نقلیه اعم از ماشین ها و موتورها  می کنند معروف به دیناموترهای شاسی هستند. 

دینامومترها را میتوان بر اساس نوع روش واحد جذب نیز گروه بندی کرد:

• -ادی کارنت (Eddy current)  که تنها عمل جذب انجام میدهد.
• ترمز پودر مغناطیسی (magnetic powder brake) که تنها عمل جذب انجام میدهد. 
• ترمز پسماند ( Hysteresis brake)  که تنها عمل جذب انجام میدهد.
• موتور الکتریکی- جنراتور (  Electric motor/generator) که عمل جذب و دراوینگ را انجام میدهد.
• ترمز فن (Fan brake) که تنها عمل جذب انجام میدهد.
• ترمز هیدرولیکی (Hydrulic brake)  که تنها عمل جذب انجام میدهد. 
• نیروی ترمزی روغن یا ترمز اصطحکاک برشی روغن (Force lubricated, oil shear friction brake)   که تنها عمل جذب انجام میدهد.
• ترمز آبی (Water brake)  که تنها عمل جذب انجام میدهد. 

ترمز پسماند ( Hysteresis brake) 

دینامومتر نوع ترمز پسماند از یک روتور مغناطیسی تشکیل شده است که معمولا از جنس AINiCo است.  این روتور به وسیله جریان تولید شده به وسیله قطب های مغناطیسی حرکت میکند. شایان ذکر است که نحوه کار نوع پسماند نیز مانند نوع ادی کارنت می باشد. و هر دو برای توان های زیر 150 کیلوات یکی از مناسبترین گزینها برای دینامومتر میباشد. 

موتور الکتریکی- جنراتور (  Electric motor/generator) 

این نوع دینامومتر در واقع نوعی از یک درایور با قابلیت تنظیم سرعت است که به وسیله واحد کنترل انجام میپذیرد.ازطرفی درنوع دینامومتر الکتریکی واحد ترمز میتواند هم از جریان DC و هم AC استفاده میشود. این نوع دینامومتر همچنین میتواند به عنوان جنراتور نیز استفاده گردد، به صورتی که واحد کنترل قدرت تولید به وسیله وسیله تحت تست را به موتور منتقل میکند

ترمز فن (Fan brake)

دینامومتر نوع فن با ایجاد دمیدن به وسیله فن ها میتواند ایجاد بار بر روی وسیله تحت تست کند.  تغییر گشتاور در این نوع دنیامومتر به منظور ایجاد گشتاورهای گوناگون (بارهای متغییر) با استفاده از دنده ها یا خود فن و همچنین تغییر میزان جریان دمیده شده انجام میپذیرد. شایان ذکر است که به علت ناچیز بودن ویسکوزیته هوا، در این نوع دینامومتر تغییر گشتاور قابل کنترل دارای محدودیت خواهد بود.

نیروی ترمزی روغن یا ترمز اصطحکاک برشی روغن (Force lubricated, oil shear friction brake)

دینامومتر ترمزی روغنی از نوع دیسک های اصطحکاکی و صفحات فولادی میباشد که کارکرد آن ها بسیار شبیه به صفحه کلاچ ها در اتوموبیل ها می باشد.شفتی که دیسک اصطحکاک را  حمل میکند به وسیله یک سیسم کوپلینگ به منشا بار متصل میشود. در واقع گشتاور ایجاد شده به وسیله  فشار پیستون بر دیسک اصطحکاک و صفحات فلزی باعث ایجاد نیروی برشی در لایه روغن بین انها خواهد شد و در نتیجه  گشتاور تولید میشود. در این نوع دینامومتر میتوان گشتاور را با روش های هیدرولیکی و پنوماتیکی کنترل و تنظیم نمود. شایان ذکر است که روغن موجود بین دیسک اصطحکاک و صفحات فلزی باعث میشود که تماس مستقیم بین آن ها و در نتیجه کاهش خرابی این نوع دینامومتر شود.

ترمز هیدرولیکی (Hydrulic brake)

دینامومتر نوع هیدورلیکی تشکیل شده از یک پمپ هیدورولیکی و یک مخزن  که به وسیله لوله ها به هم تصل شده اند. در این نوع دینامومتر کنترل جریان به وسیله شیرهایی که در مسیر پمپ قرار داده شده است، انجام میپذیرد. این کارباعث ایجاد بار بر روی سیستم تحت تست خواهد شد. به همین منظور میتوان توان را برای این نوع دینامومتر با استفاده از ویژگی های پمپ نظیر جریان حجمی، فشار هیدرولیکی و RPM محاسبه نمود. 

پردیس فناوری کیش-طرح مشاوره متخصص صنعت و مدیریت-گروه مهندسی مکانیک

چرخ دنده ها

چرخ دنده‌ها قطعاتی هستند که برای انتقال یا تغییر جهت نیرو بین دو محور به کار می‌روند. روی محیط چرخ دنده، دندانه‌هایی با فاصله مساوی ایجاد شده است. این دندانه‌ها پس از درگیر شدن با دندانه‌های چرخ دنده مجاور، نیرو را بین یکدیگر منتقل می‌کنند. چرخ‌دنده‌ها (Gears)‌ را می‌توان به صورت‌های مختلف دسته‌بندی کرد. انواع انواع چرخدنده براساس شکل ظاهری:

• گستران (Involute)
• سیکلوئیدی (Cycloidal) 
• تروکوئیدی (Trochoidal) تقسیم می‌شوند.

و از نظر موقعیت محور (Shaft)، می‌توان آنها را در دسته‌های زیر تقسیم می شود:

• محور موازی
• محور متقاطع
• محور غیرموازی 
• محور غیرمتقاطع 

 

ساختار

داخلی‌ترین قسمت چرخ‌دنده‌ها توپی است که به محور محرک متصل است. بیرونی‌ترین قسمت در جهت شعاعی، محیط چرخ‌دنده است که دندانه‌های چرخ‌دنده در این قسمت قرار می‌گیرند. این بخش از چرخ‌دنده منبع اصلی ایجاد صدا است.

مهم‌ترین اصطلاحاتی که در طراحی چرخ‌دنده بکار می‌روند عبارت‌اند از:

مدول:نسبت قطر دایره گام به تعداد دندانه‌ها. دیمانسیون آن طول است و میلی‌متر واحد کمیت آن معمولاً است. مطابق اصول:دو چرخدنده در گیر باید «هم مدول» باشند تا جفت شوند.

دایره گام: دایره‌ای فرضی که تمامی‌محاسبات بر اساس آن انجام می‌گیرد. دایره گام دو چرخ‌دنده درگیر برهم مماس هستند.

گام محیطی: طول کمانی از دایره گام که بین دو نقطه متناظر از دو دندانه مجاور قرار گرفته‌است.

ارتفاع سردنده: فاصله بین بالای دندانه تا دایره گام.

ارتفاع ته‌دنده: فاصله بین ته دندانه تا دایره گام.

لقی محیطی: مقداری که فضای خالی بین دو دندانه یک چرخ‌دنده از ضخامت دندانه‌های چرخ‌دنده درگیر با آن در امتداد دایره گام بیشتر است.

انواع چرخ دنده

چرخ دنده ساده

چرخ دنده‌ ساده، یکی از پرکاربردترین انواع چرخ دنده و از نوع استوانه‌ای به حساب می‌آید. دندانه‌های مستقیم دارد و روی محورهای موازی سوار می‌شود. در برخی طراحی‌ها، از تعداد زیادی از این چرخ دنده‌ برای کاهش توان استفاده می‌شود. هنگامی که دو چرخ‌دنده ساده در کنار هم به کار رود، چرخ دنده کوچکتر که تعداد دندانه کمتری دارد، پینیون نامیده می‌شود. چرخ دنده بزرگتر نیز که تعداد دندانه بیشتری دارد، چرخ دنده یا چرخ نامیده می‌شود. یکی از مشخصه‌های این نوع چرخ دنده، صدای زیاد آن است. به محض اینکه دو دندانه با یکدیگر درگیر شوند، با نیروی زیادی به هم ضربه می‌زنند. این ضربه، موجب تولید صدا و تمرکز تنش روی دندانه‌ها می‌شود. دندانه‌های این چرخ دنده، پروفایل گستران دارند و در هر لحظه فقط یکی از دندانه‌ها به طور کامل درگیر می‌شود. 

 

چرخ دنده مارپیچ

یکی از موارد مصرف چرخ دنده‌های مارپیچ، در محورهای موازی است. خطوط دندانه‌ها در این چرخ دنده‌های استوانه‌ای، به صورت مارپیچ هستند. این نوع چرخ دنده در مقایسه با نوع ساده، قادر به انتقال نیروی بیشتری است و صدای کمتری تولید می‌کند. کمتر بودن صدا به خصوص در سرعت‌های متوسط و بالا به چشم می‌آید. از طرف دیگر، همواره بیش از یک دندانه از هر چرخ دنده درگیر است. در نتیجه نیروی وارد به هر دندانه کمتر می‌شود تا ظرفیت این نوع چرخ دنده بالاتر رود. به دلیل شکل مارپیچی دندانه‌ها، درگیر شدن چرخ‌دنده‌ها با تماس نقطه‌ای آغاز می‌شود و آرام آرام به تماس خطی می‌رسد. در نتیجه انتقال نیرو یکنواخت‌تر خواهد بود و ارتعاشات و سایش هم کمتر اتفاق می‌افتد. 

ویژگی‌هایی که تا اینجا برای چرخ دنده مارپیچ برشمردیم، اشکالاتی هم ایجاد می‌کند. زاویه‌دار بودن دندانه‌ها باعث سُر خوردن محل تماس می‌شود. در نتیجه این سُر خوردن، نیروی محرک محوری و گرما ایجاد می‌شود و راندمان هم کاهش می‌یابد. به منظور کم کردن اثر نیروی محوری باید از یاتاقان استفاده کرد. یکی از روش‌های جلوگیری از ایجاد این نیروی محرک، استفاده از چرخ‌دنده مارپیچ دوبل (Herringbone gear) است که در صنعت به عنوان چرخ‌دنده جناغی هم شناخته می‌شود. در این مدل، دو چرخ دنده مارپیچ با جهت مخالف، در کنار هم قرار می‌گیرند تا نیروی محرک ایجاد شده در راستای محور، خنثی شود. شکل زیر نمونه‌ای از چرخ‌دنده‌های جناغی را نشان می‌دهد. در کاربردهایی که چرخ دنده ساده برای آن مناسب باشد ولی محورها با یکدیگر موازی نباشند، انتخاب این چرخ دنده مارپیچی در اولویت است.

چرخ دنده مخروطی

این چرخ دنده‌ها ظاهری مخروط مانند دارند و برای محورهای متقاطع مناسب هستند. چرخ دنده‌های مخروطی در جاهایی که زاویه بین دو محور متقاطع، ۹۰ درجه است، بیشترین کاربرد را دارند. ولی در زاویه‌های دیگر نیز مورد استفاده قرار می‌گیرند. دندانه‌های این چرخدنده می‌تواند مستقیم، مارپیچ یا هیپوئیدی باشد. نوع مستقیم آن، همان مشکلات چرخدنده ساده را دارد و دندانه‌ها به یکباره با هم درگیر می‌شوند. در نتیجه تمرکز تنش روی دندانه‌ها بسیار بالا می‌رود. نوع مستقیم و مارپیچ، زمانی استفاده می‌شوند که دو محور عمود به هم و در یک صفحه باشند. در شرایطی که دو محور در دو صفحه جداگانه باشند، از نوع هیپوئیدی استفاده می‌شود. توجه کنید که در این حالت، دو محور هیچ نقطه تقاطعی نخواهند داشت و این حالتی استثنا برای تعریف این نوع چرخدنده ایجاد می‌کند. یکی از کاربردهای چرخ دنده مخروطی، در دیفرانسیل بسیاری از خودروهاست.

چرخ دنده حلزونی

هنگامی که نیاز به کاهش زیاد دنده باشد، از چرخ دنده‌های حلزونی استفاده می‌شود. چرخدنده حلزونی برای نسبت‌های کاهش 20:1 تا 300:1 به کار می‌رود. این چرخ دنده‌ها در نتیجه کاهش سرعت، گشتاور را نیز به مقدار زیادی افزایش می‌دهند. باید دقت کرد که نصب این سیستم و روغن‌کاری آن به درستی و منظم انجام شود. در این حالت، چرخدنده حلزونی یکی از نرم‌ترین و کم‌صداترین انواع چرخ‌دنده‌ها خواهد بود.  

ویژگی مهم این چرخ دنده‌ها این است که انتقال نیرو فقط از حلزون به چرخ حلزون انجام می‌شود. معمولاً بیشتر طراحی‌ها طوری انجام می‌شود که چرخ حلزون قادر به چرخاندن حلزون نباشد. این ویژگی به عنوان ویژگی خودترمزی شناخته می‌شود. هرچه زاویه پیشروی در حلزون کمتر باشد، این خاصیت بیشتر می‌شود. در مقابل هرچه زاویه پیشروی بزرگتر باشد، خاصیت خودترمزی کمتر خواهد بود. شکل زیر، این زاویه را در حلزون نشان می‌دهد. از خاصیت خودترمزی می‌توان برای جلوگیری از حرکت برعکس استفاده کرد. به عنوان مثال در سیستم نوار نقاله برای ترمز یا توقف اضطراری، از این چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود.

چرخ دنده شانه‌ای

چرخ دنده شانه‌ای به منظور تبدیل حرکت دایره‌ای به حرکت خطی یا برعکس به کار می‌رود. معمولاً این چرخ دنده‌ها به همراه یک چرخ‌دنده ساده (پینیون) مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین دلیل به کل مجموعه، شانه و پینیون (Rack & Pinion) گفته می‌شود. دندانه‌های روی چرخ دنده می‌تواند مستقیم یا مارپیچ باشد. یکی از کاربردهای این نوع چرخ دنده‌ها در ترازوهای عقربه‌ای است.