_{چرخدنده ها چگونه کار می کنند؟ (ترجمه از حسین مرادی)چرخدنده ها در بسیاری از وسایل مکانِیکی استفاده می شوند.آنها کارهای متفاوت بسیاری انجام می دهند ولی مهمترین آن کاهش دنده در تجهیزات موتوری است.این نقشی کلیدی است زیرا اغلب یک موتور کوچک چرخان با سرعت زیاد می تواند قدرت کافی برای وسیله را تولید کند ولی گشتاور کافی را نمی تواند.بعنوان مثال پیچ گوشتی الکتریکی دنده کاهشی بسیار بزرگی دارد زیرا که نیاز به گشتاور پیچشی زیادی برای پیچاندن پیچ دارد. ولی موتور فقط مقدار کمی گشتاور در سرعت بالا تولید می کند.با دنده کاهشی سرعت خروجی کاهش اما  گشتاور افزایش می یابد.}

 _{کار دیگری که چرخدنده ها انجام می دهند تنظیم کردن جهت چرخش است.بعنوان نمونه در دیفرانسیل بین چرخ های عقب اتومبیل شما قدرت بوسیله میل محوری که به مرکز اتومبیل متصل است منتقل می شود و دیفرانسیل باید 90 درجه نیرو را بچرخاند تا در چرخها بکار برد.}

_{پیچیدگیهای بسیاری در انواع مختلف چرخدنده وجود دارد.در این مقاله خواهیم آموخت که دندانه های چرخدنده چگونه کار می کنند و درباره انواع مختلف چرخدنده که در همه نوع ابزارهای مکانیکی یافت می شوند خواهیم آموخت.}

_{تفاوت موتور های دیزلی و موتور های بنزینی:}

_{یک موتور بنزینی مخلوط هوا و گاز را مکش می کند و آنرا متراکم می کند و بعد مخلوط را با جرقه مشتعل می کند  یک موتور دیزلی فقط هوا را می گیرد و آنرا متراکم می کند و بعداً سوخت را به داخل هوای متراکم تزریق می کند . گرمای حاصل از متراکم شدن هوا موجب مشتعل شدن خود به خودی سوخت می شود .}

_{نسبت تراکم موتور های بنزینی8:1   تا 12:1 است، در حالیکه نسبت تراکم موتور های دیزلی 14:1 به بالا مثلاً 25:1 است . نسبت تراکم بالای موتور های دیزلی منجر به بهتر شدن بازده می شود .}

  _{موتور های بنزینی معمولاً از کاربراتور استفاده می کنند که هوا و سوخت را قبل از ورود به داخل سیلندر مخلوط می کند یا دریچه تزریق سوخت دارند که فقط سوخت را پیش از مرحله مکش می پاشد(بیرون سیلندر). موتور های دیزل از تزریق سوخت مستقیم استفاده می کنند  یعنی سوخت را مستقیماً به داخل سیلندر می پاشند .}

_{انیمیشن زیر سیکل دیزل را در یک کنش نشان می دهد، شما می توانید آن را با ایمیشن موتورهای بنزینی مقایسه کنید و تفاوت آنرا ببینید .}

   _{توجه کنید که موتور های دیزل شمع ندارند . آنها هوا را می مکند ( مکش می کنند ) و آنرا متراکم می کنند و سپس سوخت را مستقیماً به داخل محفظه احتراق تزریق می کنند ( تزریق یا پاشش مستقیم)  و در نتیجه گرمایی حاصل از متراکم شدن هوا موجب مشتعل شدن سوخت در یک موتور دیزل می شود . در بخش بعدی ما مرحله تزریق سوخت دیزل را بررسی خوایم کرد.} 

 _{تزریق سوخت در موتور های دیزل:}

 _{انژکتور در موتور های دیزل از اجزای  بسیار پیچیده ای تشکیل شده است و موضوع بسیاری از آزمایشات بزرگ بوده است . ممکن است در هر موتور خاصی در یک مکان مختلف جای گرفته باشد . انژکتور بایستی قادر باشد تا دما و فشار داخلی سیلندر را تحمل کرده و سوخت را به قطرات ریز تبدیل کند . گردابی کردن قطرات در داخل سیلندر که باعث پخش متناسب آنها می شود ، نیز یک چالش است .  بنابراین بعضی موتور های دیزلی سوپاپ مکش مخصوصی قبل از محفظه احتراق به کار می گیرند یا از وسایل دیگری برای گردابی (چرخشی) کردن هوا در داخل محفظه احتراق استفاده می کنند و یا در غیر این صورت جرقه زنی و فرآیند احتراق بهبود می دهند . یکی از تفاوتهای بزرگ بین موتور های دیزلی و بنزینی در فرآیند تزربق سوخت است . اکثر موتور خودرو ها از دریچه تزریق ( انژکتور) یا یک کاربراتور استفاده می کنند که نسبت به تزریق مستقیم ترجیح دارد . بنابراین در یک موتور خودرو ، همه سوخت در داخل سیلندر در طی مرحله مکش بارگذاری شده و سپس متراکم می شود . مقدار تراکم مخلوط سوخت و هوا محدود به نسبت تراکم موتور است . اگر موتور هوا را بیش از اندازه متراکم کند ، مخلوط سوخت و هوا به طور خود به خودی مشتعل می شود و سبب ضربه زدن می شود . موتور های دیزل تنها هوا را متراکم می کنند، بنابراین نسبت تراکم می تواند خیلی بالا باشد. نسبت تراکم بالا، قدرت بیشتری تولید می کند .}

_{بعضی موتور های دیزل شامل یک شمع گرمکن* از انواع آن است. موقعی که یک موتور دیزل سرد است، مرحله کمپرس ممکن است دمای هوا را به اندازه کافی برای مشتعل کردن سوخت بالا نبرد . شمع گرمکن (glow plug ) یک سیم گرمکن الکتریکی است (مانند سیم های داغی که شما در یک برشته کن می بیننید) که محفظه احتراق را گرم می کند و دمای هوا را موقعی که موتور سرد کار می کند را افزایش می دهد بنابراین موتور می تواند روشن شود .}

_{همه وظایف در موتور های جدید توسط ارتباط ECM ** با مجموعه از سنسور های پیچیده ای که هر چیزی را از دور موتور تا دمای روغن و مایع خنک کننده را اندازه گیری می کنند ، حتی وضعیت موتور(i.e. T.D.C.)  کنترل می شود . امروزه گرمکن ها به ندرت در موتور های بزرگ استفاده می شود . ECM دمای هوای محفظه را حس می کند و تایمینگ موتور را در هوای سرد ریتارد می کند ، بنابراین انژکتور سوخت را دیرتر تزریق می کند. هوا در داخل سیلندر بیشتر متراکم می شود در نتیجه گرمای زیادی ایجاد شده، که به روشن شدن موتور کمک می کند .}

_{موتور های کوچک و موتورهای که کنترل کامپیوتری پیشرفته ندارند از گرمکن برای حل این مشکل(روشن شدن در هوای سرد) استفاده می کنند .}

_{نمونه از موتور دیزل شش سیلندر آتگو}

_{البته تنها تفاوت بین موتور های دیزلی و موتور های بنزینی دلایل مکانیکی نیست ،بلکه از لحاظ سوخت مصرفی شان نیز دارای تفاوت هستند .}

 _{سوخت دیزل:}

  _{اگر شما سوخت دیزل (گازوئیل) با بنزین مقایسه کنید ، شما می دانید که آنها متفاوت هستند . آنها مطمئناً بوی متفاوتی دارند . سوخت دیزل (گازوئیل) سنگین تر و روغنی تر است . گازوئیل نسبت به بنزین دیرتر تبخیر می شود، در واقع نقطه جوش آن نسبت به آب بالاتر است. معمولاً وقتی صحبت از سوخت دیزل می شود تمام توجهات معطوف به گازوئیل می شود .} 

_{نونه ای از سوخت دیزل}

_{پانوشت:}

_{شمع گرمکن(Glow plug) :گرمکن الکتریکی کوچکی که در محفظه احتراق اولیه موتور های دیزلی نصب می شود تا محفظه احتراق را پیش گرم کند و موتور در هوای سرد آسانتر روشن شود .}

_{ECM (مخفف electronic control module مدول کنترل الکترونیکی):  جعبه فلزی حاوی واحد پردازنده ی مرکزی (سی پی یو) یا کامپیوتری که اطلاعات را از کلید ها و حسگر ها (ورودیها) دریافت می کند و سپس مدار اولیه را باز و بسته می کند ؛ممکن است مدول مجزایی باشد یا یکی از کارکرد های مدول کنترل موتور یا سیستم انتقال توان باشد.}

پژو 206 اتوماتیک ( تیپ 6)

<sub>در کاتالوگها يا دفترچه راهنمای خودروها ، در قسمت نوع سيستم تعليق با نامهايی چون ؛ سيستم تعليق مستقل ، مک فرسون ، پيچشی ، Multilink و ... مواجه می شويم ، اما متاسفانه اطلاعات عامه مردم ، درباره سيستم تعليق و انواع و اجزای آن در حد بسيار اندکی می باشد ؛ در حدی که حتی برخی افراد نمی دانند سيستم تعليق يا Suspension به کدام قسمت يا قسمتهايی از خودرو اطلاق می شود ، بنابراين در اين مطلب سعی خواهد شد فلسفه وجود اين سيستم ، اجزا تشکيل دهنده و انواع مختلف آن همراه با مزايا و معايب هر کدام مورد بررسی قرار گيرد .

فلسفه وجود سيستم تعليق

يک جاده هر چقدر هم صاف و مسطح باشد ، محل مناسبی برای به حرکت در آوردن ۱ يا چند تن فلز با سرعت بالا ،‌ نيست . پس به سيستمی نياز است که توانايی کاهش ضربات ، تکانها و لرزشهای ناشی از شرايط جاده را داشته باشد . علاوه بر اين ، يک خودرو بايد در مقابل تغيير مقدار بار وارده و تغيير نقطه ثقل ، انعطاف پذير بوده و توانايی مواجه با آنها را داشته باشد ، بطور مثال در شکل زير تغيير نقطه ثقل يک خودرو را در در نقاط مختلف يک پيچ ملاحظه می کنيد ، که در صورت نبود سيستمی برای تغيير وضعيت تعادل ، خودرو در ابتدای پيچ از مسير منحرف شده و يا واژگون می گردد .
موارد بالا را می توان فلسفه اصلی وجود سيستم تعليق دانست ، اما سيستم تعليق علاوه بر دفع ضربات و جلوگيری از انحراف و چپ شدن خودرو تواناييهای ديگری نظير ؛ نگهداری ميزان تنظيم چرخها در حالت صحيح ، نگهداشتن ارتفاع خودرو در ميزان ثابت ، پشتيبانی از وزن خودرو و تنظيم نحوه پخش آن ، نگهداشتن تايرها در تماس با جاده و ... را نيز دارا است .

يک سيستم تعليق دارای اجزاء بسياری می باشد ، اما اصلی ترين اجزای آن فنر و کمک فنر می باشند ؛ به همين خاطر ابتدا به بررسی کارکرد اين دو در سيستم پرداخته و سپس بطور مفصل انواع هر کدام را بررسی خواهيم کرد .

فنر (‌ Spring ) :

قسمتی از سيستم تعليق می باشد که وزن خودرو را ساپورت کرده ، ارتفاع خودرو را در حد استانداردش ثابت نگه داشته و ضربات جاده را نيز دفع می نمايد .

فنرها که اغلب ميله ها يا حلقه های فولادی انعطاف پذيری هستند ، به شاسی و اتاق خودرو اجازه می دهند تا بدون اخلال در حرکت خودرو ، دست اندازها را يکی پس از ديگری پشت سر بگذارد .

کمک فنر ( Shock Absorber يا Damper ) :

در صورتی که خودرويی تنها مجهز به فنر باشد ، زمانی که باری اضافه بر روی فنرها اعمال شود يا وسيله نقليه با يک دست انداز روبرو شود ، فنر با جمع شدن آنرا جذب می نمايد ، اما زمانی که يک فنر جمع می شود ، مقداری انرژی در خود ذخيره می کند که برای تخليه اين انرژی ، فنر باز شده و انرژی وارده را به شکلی غير قابل کنترل رها می سازد و از آنجائيکه فيزيک يک فنر با نوسان و ارتعاش آميخته است پس از باز شدن دوباره جمع شده و سپس دوباره باز می شود ، و اين حرکت تا زمان تخليه کامل انرژی ادامه می يابد ، البته هر بار با فرکانسی کمتر از بار قبل . اين سيکل باعث جدا شدن چرخ از سطح جاده ، خارج کردن کنترل خودرو از دست راننده و از بين بردن نرمی و راحتی سواری و ايجاد حالتی مشابه قايق سواری ، می گردد.

اما آنچه اين مشکل را حل می نمايد چيزی نيست جز کمک فنر ؛ کمک فنری که در شرايط مناسب قرار داشته باشد به سيستم تعليق اجازه می دهد تا نوسان به وجود آمده را به يک يا دو سيکل تقليل داده ، حرکت بيش از حد را تعديل نموده و وزن وارد بر چرخها را در حالت تعادل و چسبيده به جاده قرار دهد . با کنترل فنر و حرکات سيستم تعليق ، اجزاء ديگر سيستم نظير Tie Rod ها نيز در وضعيت درست خود فعاليت خواهند کرد و همين امر تنظيم چرخهارا نيز به صورت ثابت در حالت صحيح خود ، نگه می دارد .
کمک فنر عموما شامل يک پيستون با سوراخهای ريز می باشد که در درون يک استوانه حاوی سيال هيدروليکی حرکت ميکند ، که عبور تحت فشار سيال از سوراخها ، منجر به حرکت ملايم پيستون در استوانه می گردد .


انواع فنرها

۵ نوع عمده فنر در وسايل نقليه مورد استفاده قرار می گيرد

۱- فنر مارپيچ ( Coil Spring ) :

نوع معمول و شناخته شده فنر می باشد ، که يک ميله پيچيده شده ( حلقه شده ) فولادی است ، قطر و ارتفاع حلقه ، قدرت و مقاومت فنر را تعيين مينمايد . افزايش قطر ميله ،‌ باعث افزايش قدرت فنر می گردد ، در حاليکه افزايش طول آن باعث افزايش انعطاف پذيريش خواهد شد .

مقدار وزنی که برای فشردن يک فنر مارپيچ به ميزان ۱ اينچ لازم است را نرخ فنر ( Spring Rate ) می نامند . اين مقدار برای اندازه گيری قدرت فنر استفاده می شود و می توان آنرا نرخ فشردگی فنر نيز اطلاق کرد . برای مثال اگر ۱۰۰ پاند وزن لازم باشد تا فنری با حلقه های مساوی در ارتفاعش ۱ اينچ فشرده شود ، برای اينکه همين فنر ۲ اينچ فشرده شود نياز به ۲۰۰ پاند وزن می باشد اما اين فرمول فقط برای فنرهايی صادق است که فشردگی حلقه های يکسانی دارند ، در فنرهای پيشرفته ( Progressive Springs ) ، يک فنر دارای نرخ های مختلف در نقاط مختلفش می باشد .‌ اين فنرها به دو روش ساخته می شوند ، در روش اول ،‌ فنر در قسمتهای مختلف از ارتفاعش ، دارای ضخامتهای مختلفی است ، و در نوع دوم که نوع متداولتری است فشردگی فنر در قسمتهای بالاتر بيشتر است . اصولا فنرهای چند نرخی باعث می شوند تا در زمان خالی بودن خودرو ، قسمتی که دارای نرخ کمتری است وارد عمل شده و سواری نرمتری را فراهم نمايد و در هنگام اعمال وزن نيز قسمت با نرخ بالا وارد عمل شده و ساپورت و کنترل بهتری را برای وسيله نقليه فراهم می سازد .

محاسن : فنرهای مارپيچ به هيچ تنظيمی نياز نداشته و اکثرا بدون خرابی می باشند

معايب : اين نوع فنها از لحاظ تحمل وزن محدوديت داشته همچنين احتمال ضعيف شدنشان هم وجود دارد ، که اين امر باعث بر هم حوردن تنظيم هندسی و ارتفاع خودرو و فرسودگی تايرها و ديگر قطعات خودرو می شود . با اندازه گيری ارتفاع خودرو و مقايسه آن با ميزان مشخص شده ، می توان از ضعيف شدن فنرها آگاه شد .

موارد مصرف : اين نوع فنر ، در اغلب خودروهای سواری امروزی ، استفاده می گردد .

۲- فنر تخت ( Leaf Spring ) :

فنرهای تخت که در دو نوع تک ورقی و چند ورقی عرضه می شوند ، اين فنرها مانند فنرهای مارپيچ برای جذب ضربه جمع نمی شوند ، بلکه خم می شوند . نوع چند ورق شامل چند صفحه فولادی انعطاف پذير با طولهای مختلف می باشد که بر روی يکديگر قرار گرفته اند و در مواجه با ضربات جاده خم شده و بر روی يکديگر می لغزند. در نوع تک ورق نيز که عمدتا از نوع باريک شونده می باشد ، تنها يک ورق فنری که در وسط کلفت تر از طرفين می باشد ، مورد استفاده قرار می گيرد ،‌ اين نوع از فنرهای تخت عمدتا از کامپوزيتها ساخته می شوند اما نوع فولادی آنها نيز يافت می شود . فنرهای تخت عمدتا به صورت مجزا برای هر چرخ استفاده می شوند که در طول خودرو و در زير هر چرخ نصب می شوند ، اما برخی کارخانجات نيز ، از نوع متقاطع ( ضربدری ) آن برای هر دو چرخ استفاده می کنند . فنرهای تخت بوسيله يک رابط U شکل به اکسل خودرو متصل می شوند و از دو طرف نيز به شاسی وصل می گردند .
محاسن : اين نوع از فنرها توانايی ساپورت وزنهای زياد را دارا بوده و سواری نرمتری را برا ی خودروهای سنگين به ارمغان می آورند

معايب : نياز به جای زياد ، وجود اصطحکاک بين ورقه های فنر و ايجاد صدای ناشی از لغزش فنرها بر روی يکديگر ( با نصب ورفهای پلاستيکی بين ورقه های فنر قابل حل است ) و همچنين نياز به سرويس و نگهداری از معايب اين فنرها محسوب می شود .

موارد مصرف : اين نوع از فنرها بيشتر در خودروهای سنگين ، وانت بارها ، برخی SUV ها (‌در مورد وانتها و SUV های جديد فقط برای چرخهای عقب استفاده می شود ) و حتی برخی خودروهای سواری قديمی نظير پيکان ديده می شود .

۳- ميله پيچشی ( Torson Bar ) :

در اين نوع از فنر ، ميله فولادی نه جمع شده و نه خم می شود بلکه در خود می پيچد ، ميله پيچشی که يک ميله صاف يا L شکل است به صورت عرضی در يک سمت به شاسی وصل شده و در سمت ديگر به قسمت متحرکی از سيستم تعليق متصل می شود ، در هنگام مواجه با ضربه ، ميله پيچشی در خود پيچ خورده ( می تابد ) و رفتار يک فنر را از خود بروز می دهد (‌حرکت اين نوع فنر مانند زمانی است که برای آبکشيدن يک لباس آنرا با دو دست می پيچانيم ) .
ميله های پيچشی برای تبديل حرکت عمودی خودرو به حرکت پيچشی در سطح افقی خود ، در يک سمت شياردار می باشند .

محاسن : قيمت کمی دارند نياز به تعمير و نگهداری ندارند ، قابل تنظيم بوده و فضای کمی نيز اشغال می کنند از اينرو در مواردی که فضای کافی برای فنر مارپيچ وجود نداشته باشد ، از اين نوع استفاده می گردد .

معايب : راحتی و نرمی حاصل از فنرهای مارپيچ را دارا نيست

موارد مصرف : اصولا برای اکسل عقب خودروها طراحی شده ، در خودروهای موجود در کشور بر روی اکسل عقب پژو ۲۰۶ و ۲۰۵ موجود می باشد.

- فنر هوايی ( Air Spring ) :

نوع ديگری از فنرها می باشد که در حال رواج يافتن می باشند . فنر هوا يک سيلندر لاستيکی است که با هوای فشرده پر شده و پيستونی که به اتصالات پايين چرخ متصل است با حرکت خود در اين سيلندر باعث فشردگی هوا و ايجاد حالت فنريت خواهد شد . اگر ميزان وزن خودرو تغيير نمايد نيز ، يک والو در بالای سيلندر هوا باز شده تا به مقدار هوای داخل سيلندر بيفزايد ( يک کمپرسور اين هوا را تامين می نمايد ) و اين امر باعث خواهد شد تا خودرو با وجود افزايش بار وارده ، در ارتفاع ثابت خود باقی بماند .
محاسن : نرمی بسيار بالا مانند غوطه وری در هوا

معايب : پيچيدگی سيستم و قيمت بالای آن

موارد مصرف : برای خودروهای سواری ، وانت ها و کاميونهای سبک در حال رايج شدن می باشد .

۵- فنر لاستيکی ( Rubber Spring ) :

اين نوع فنر که توسط دکتر Alex Moulten ابداع شد ، از يک لاستيک فشرده انعطاف پذير تشکيل شده .

محاسن : سبک بوده و جای کمی می گيرد

معايب : قابليتهای فنرهای فولادی را دارا نيست و بسيار ضعيفتر از آنهاست

موارد مصرف : اولين بار بر روی خودروهای مينی استفاده شد ، اما همينک در کمتر خودرويی بکار می رود و تنها برای دوچرخه ها و موتورهای مسابقه و صخره نوردی استفاده می شود .

نقش تایرها درسیستم تعلیق

تايرها فنرهايی هستند که به چشم نمی آيند ؛ تايرها نوعی فنر هوا می باشند که تمامی وزن خودرو را تحمل می کنند . فعاليت فنری تايرها روی کيفيت سواری و هندلينگ خودرو بسيار مهم می باشد ، و بطور کل تايرها به عنوان عضو اصلی اجزاء مؤثر در کيفيت رانندگی ، محسوب می شوند . سايز ، ساختمان ، ترکيب و تورم احتمالی در کيفيت رانندگی بسيار مؤثر می باشد .

در بخشهای بعدی اين مطلب به نحوه عملکرد کمک فنر و انواع آن ، ديگر اجزای سيستم تعليق و انواع سيستمهای تعليق خواهيم پرداخت .</sub>