با شروع انقلاب صنعتی استفاده از چرخ های دندانه دار برای ایجاد درگیری و انتقال دور، ضمن حفظ نسبت سرعت ثابت رواج یافت . به عبارت دیگر چرخ دنده ها طرح تکامل یافته غلتک های اصطکاکی هستند که تحت اعمال بارهای اندک لغزش داشته لذا نسبت سرعت زاویه ای بین دو غلتک تغییر می یابد.

چرخ دنده ها یکی از بهترین گزینه ها برای انتقال حرکت مکانیکی دورانی با تماس و بدون لغزش هستند که از دیرباز نقش مهمی در صنعت داشته است . توانایی تغییر سرعت ، گشتاورهای پیچشی ، انتقال حرکت از محوری به محور دیگر ، تغییر زاویه محورها همراه با انتقال حرکت و به طور کلی انتقال نیرو با سرعت ، اندازه و جهت دلخواه از مزیت های استثنایی این وسیله است .تنوع اندازه و طرح نیز در کاربرد چرخ دنده ها بسیار زیاد است . از چرخ دنده های بسیار کوچک در ساعت های مچی آنالوگ تا چرخ دنده های بسیار بزرگ در موتور کشتی های غول پیکر . این همه کاربرد متنوع و حساس نمایانگر اهمیت نقش بدون رقیب آ نها در زندگی و صنعت است .

پیچیدگی های بسیاری در انواع مختلف چرخ دنده وجود دارد.در این گفتار خواهیم آموخت که دندانه های چرخ دنده چگونه کار می کنند و درباره انواع مختلف چرخ دنده که در همه نوع ابزارهای مکانیکی یافت می شوند توضیحاتی را ارایه خواهیم کرد.

چرخ دنده ها در بسیاری از وسایل مکانِیکی استفاده می شوند.این اجزاء کارهای مختلفی انجام می دهند ولی مهم ترین آن تغییرات دور و گشتاور در تجهیزات موتوری است.این نقشی کلیدی است زیرا اغلب یک موتور کوچک دورانی با سرعت زیاد می تواند قدرت کافی برای سیستم تولید کند ولی گشتاور کافی را نمی تواند؛ به عنوان مثال پیچ گوشتی الکتریکی چرخ دنده کاهنده دور بسیار بزرگی دارد زیرا که نیاز به گشتاور پیچشی زیادی برای پیچاندن پیچ دارد ولی گشتاور تولیدی موتور در سرعت بالا مقدار کمی است.با دنده کاهنده دور، سرعت خروجی کاهش یافته اما گشتاور افزایش می یابد. کار دیگر چرخ دنده ها تعیین جهت چرخش است.به عنوان نمونه برای انتقال قدرت از دیفرانسیل به چرخ های عقب توسط میل گاردان که در محور طولی خودرو قرار دارد، دیفرانسیل باید 90 درجه جهت نیرو را تغییر داده تا در چرخ ها به کار رود.

دلایل به کار گیری چرخ دنده ها

چرخ دنده ها عموما به یکی از دلایل زیر مورد استفاده قرار می گیرند:

۱. برای تغییر جهت دوران

۲. برای زیاد یا کم کردن سرعت دوران

٣. برای انتقال حرکت دورانی به محوری دیگر

4. برای حفظ هم زمانیِ دوران دو محور

اصول اولیه

نسبت دنده در هر چرخ دنده با فاصله مرکز چرخ دنده تا نقطه تماس -شعاع) تعیین می شود.به عنوان مثال در ابزاری با دو چرخ دنده، اگر قطر یکی از چرخ دنده ها دو برابر دیگری باشد، ضریب دنده 2:1 خواهد بود.

برای مثال یکی از ابتدایی ترین انواع چرخ دنده هاکه می توان از آن نام برد ، چرخی است با برآمدگی هایی به شکل دندانه های چوبی. مشکلی که این نوع از چرخ دنده ها دارند این است که فاصله از مرکز هر چرخ دنده تا نقطه تماس ،وقتی که چرخدنده می چرخد تغییر می کند.این بدان معنا است که ضریب دنده وقتی چرخ دنده های ساده چرخ دنده می چرخد تغییر می کندو متناسب با آن سرعت خروجی نیز تغییر می کند. چنان چه در یک خودرو از چرخ دنده هایی شبیه به این استفاده شده باشد،ثابت نگه داشتن سرعت در این شرایط غیر ممکن خواهد بود و دائما باید سرعت را کم و زیاد کرد. در دندانه های چرخ دنده های جدید از پروفیل مخصوصی که دنده گستران اینولوت( involute) نامیده می شود استفاده می شود.این پروفیل دارای خاصیت بسیار مهم ثابت نگه داشتن نسبت سرعت بین دو چرخ دنده است.در این نوع ، همانند چرخ میخی بالا نقطه تماس جابه جا می شود ولی فرم گستران دندانه های چرخ دنده این جابه جایی را جبران می کند..در ادامه بعضی از انواع چرخ دنده ها را بررسی خواهیم کرد.

دنده های متوالی

برای به دست آوردن نسبت های بزرگ بین دنده ها، گاهی چرخ دنده ها به صورت متوالی و متصل به کار برده می شوند، دنده سمت چپ (بنفش) در این سری، همان طور که در شکل نشان داده شده، در واقع از دو قسمت تشکیل شده است.

یک چرخ دنده کوچک و یک چرخ دنده بزرگ بر روی هم سوار شده و به هم متصلند.

همان طور که در شکل زیر نشان داده شده، دنده های متوالی اغلب به صورت زنجیروار و از چرخ دنده های متعدد و گوناگون، تشکیل شده اند. در حالت بالا،چرخ دنده بنفش با سرعت دو برابر چرخ دنده آبی می چرخد. چرخ دنده سبز با سرعت دو برابر چرخ دنده بنفش دوران می کند. چرخ دنده قرمز با سرعت دو برابر چرخ دنده سبز چرخش می کند.

در این زنجیره، اندازه چرخ دنده های کوچک تر یک پنجم چرخ دنده های بزرگ تر است. این بدان معنا است که اگر چرخ دنده آبی را به یک موتور با چرخش ١۰۰ دور در دقیقه وصل کنید، چرخ دنده بنفش با سرعت ۵۰۰ دور در دقیقه و چرخ دنده ی سبز با سرعت ۲۵۰۰دور در دقیقه و چرخ دنده قرمز با سرعت 12500 دور در دقیقه خواهند چرخید.به همان طریق می توانید یک موتور با چرخش 12500 دور در دقیقه را به چرخ دنده قرمز وصل کرده و سرعت ١۰۰ دور در دقیقه را در چرخ دنده آبی ایجاد کنید. اگر داخل کنتور برق های قدیمی را بررسی کنیم، خواهیم دید که دارای پنج صفحه مکانیکی است که با یکدیگر درگیر هستند. پنج صفحه را که بدین شکل به صورت متوالی و با نسبت دنده ١۰ :١ به یکدیگر متصل بوده و درحال حرکت هستند. به دلیل این که صفحات (دنده ها) به طور مستقیم به هم وصلند، در جهت های مخالف هم می چرخند (خواهید دید که جهت دوران در چرخ دنده های مجاور که درگیری خارجی دارند در جهت عکس یکدیگر است).

چرخ دنده ساده

چرخ دنده های ساده، معمولی ترین نوع چرخ دنده هستند.این چرخ دنده ها دندانه های مستقیمی دارند و بر روی محورهای موازی سوار می شوند.سابقا برای به وجود آوردن حالت کاهش دور از چرخ دنده های ساده بسیار بزرگی استفاده می شد. چرخ دنده های ساده در دستگاه های بسیاری مانند پیچ گوشتی الکتریکی ، آب پاش نوسانی ، ساعت زنگی ، ماشین لباس شویی و خشک کن لباس به کارمی رود اما در خودرو نمی توان تعداد زیادی از آن ها را یافت کرد زیرا چرخ دنده ساده دارای سروصدای زیادی است.هر وقت دندانه چرخ دنده یک دنده را با چرخ دنده دیگری درگیر کنند دنده ها برخورد کرده و این ضربه صدای بلندی تولید می کند، همچنین فشار روی چرخ دنده را افزایش می دهد .برای کاهش صدا و فشار اغلب در خودرو از چرخ دنده های مورب و مارپیچ استفاده می شود.

چرخ دنده های مورب

وقتی دو دنده بر روی سیستم چرخ دنده مورب درگیر می شوند تماس از انتهای یکی از دنده ها شروع شده و به تدریج با چرخش چرخ دنده گسترش می یابد تا زمانی که دودنده به طور کامل درگیر شوند.

درگیر شدن تدریجی چرخ دنده های مورب را وادار می کند که آرام تر و ملایم تر از چرخ دنده های ساده عمل کنند.به همین دلیل چرخ دنده های مورب تقریبا در جعبه دنده همه خودرو ها مورد استفاده قرارمی گیرد. به علت زاویه دنده ها در چرخ دنده های مورب وقتی که دنده ها درگیر می شوند بار محوری به وجود می آورند. در دستگاه هایی که از چرخ دنده های مورب استفاده می شود یاتاقان هایی دارند که می توانند این بار محوری را تحمل کنند. یک نکته جالب در مورد چرخ دنده های مورب این است که اگر زوایای دندانه های چرخ دنده صحیح باشند می توا نند روی محور عمودی سوار شده زاویه چرخش را روی 90درجه تنظیم کنند.

چرخ دنده مخروطی

چرخ دند ههای مخروطی زمانی مورد استفاده قرار می گیرند که نیاز به تغییر مسیر چرخش محور است و معمولا برمحورهای 90 درجه سوار می شوند ولی می توا نند طوری طراحی شوند که در زوایای دیگر نیز به همین خوبی عمل کنند. دندانه ها روی چرخ دنده های مخروطی می توانند مستقیم ، مورب ویا قوسی باشند.دندانه چرخ دنده های مخروطی صاف در حقیقت مشکلی مشابه دنده چرخ دنده های ساده دارند که وقتی هر دنده درگیر می شود به دنده متناظر در آن لحظه ضربه می زند.

درست مانند چرخ دنده ساده، راه حل این مشکل انحنا دادن به دندانه های چرخ دنده است. این دندانه های مورب درست مانند دندانه های مارپیچی درگیر می شوند تماس از یک انتهای چرخ دنده شروع می شود و به صورت تصاعدی در سرتاسر دندانه گسترش می یابد.در چرخ دنده های مخروطی مستقیم و مورب محورها باید بر هم عمود باشندو همچنین در یک صفحه واقع شوند. اگر شما دو محور را پشت چرخدنده امتداد دهید همدیگر را قطع خواهند کرد .از طرف دیگر چرخ دنده های قوسی ( hypoid gear) می توانند با محور ها در صفحات مختلف (محور های متنافر) درگیر شوند.

این خصوصیت در دیفرانسیل خودروهای مختلف استفاده می شود.چرخ دنده بزرگ مخروطی دیفرانسیل و چرخ دنده کوچک ورودی (پنیون) هر دو از نوع مورب قوسی (هیپو ییدی) هستند. این خاصیت به پینیون ورودی اجازه می دهد که پایین تر از محور چرخ دنده بزرگ مخروطی سوار شود.در شکل بالا چرخ دنده پینیون درگیر با چرخ دنده مخروطی بزرگ در دیفرانسیل را نشان می دهد. زمانی که محور محرک (میل کاردان) به پینیون ورودی متصل می شود پایین تر از محور کرانویل قرار می گیرد .این بدان معنا است که محور محرک در قسمت اتاق جایی کمتری را اشغال می کند و فضای بیشتری برای سرنشینان و بار ایجاد می شود.

چرخ دنده های حلزونی

چرخ دنده حلزونی هنگامی مورد استفاده قرار می گیرد که نیاز به نسبت کاهش دور بالایی باشد. برای چرخ دنده های حلزونی نسبت کاهش 20:1 و حتی تا 300:1 یا بالاتر از آن متعارف است. بسیاری از چرخ دنده های حلزونی خاصیت خوبی دارند که در دیگر چرخ دنده ها وجود ندارد به طوری که پیچ حلزون به راحتی می تواندچرخ دنده را بچرخاند ولی چرخ دنده نمی تواند پیچ حلزون را بچرخاند. این بدان علت است که زاویه روی پیچ حلزون به قدری کم است که وقتی چرخ دنده سعی می کند آن را بچرخاند نیروی اصطکاک بین چرخ دنده و پیچ حلزون آن را در جای خود نگه داشته و مانع چرخش آن می شود.این خاصیت برای خودروهایی از قبیل سیستم های نوار نقالهمکانیکی مورد استفاده است. آن هایی که خاصیت قفل کنندگی در آن ها هنگامی که موتور نمی چرخد می تواند همانند یک ترمز برای نقاله عمل کند.استفاده خیلی مهم دیگر چرخ دنده های حلزونی کاربرد آن ها در دیفرانسیل تورسن- Torsen differential – که در بعضی ازخودروها و کامیون های بارکش با کارایی بالا استفاده می شود است.

صفحه دنده :

صفحه دنده دارای دندانه هایی است که صفحه چرخ دنده را قطع می کنند. آن ها بسیار مشابه چرخ دنده مخروطی اند . پینیون با صفحه دنده درگیر می شود و زاویه بین دو محور 90 درجه است.

چرخ دنده و میله دنده

چرخ دنده و میله دنده برای تبدیل حرکت دورانی به خطی استفاده می شوند. مثال کاملی از آن فرمان خودروهاست . فلکه فرمان چرخ دنده ای که با میله دنده درگیر است را می چرخاند. وقتی که چرخ دنده می چرخد میله دنده را به چپ یا راست می لغزاند. بسته به آن که فرمان را به کدام سمت بچرخد.

چرخ دنده و میله دنده در ترازوی خانگی

چرخ دنده و میله دنده همچنین در بعضی ترازوها برای گردش صفحه مدرجی که وزن شما را نشان می دهد به کار می رود.

جزییات پروفیل چرخ دنده گسترانی (اینولوت)

درپروفیل دندانه های چرخ دنده گسترانی نقطه تماس ازنزدیکی یکی از دندانه ها شروع شده و با چرخش چرخ دنده نقطه تماس از آن چرخ دنده دور شده و به دیگری نزدیک می شود.اگر شما نقطه تماس را دنبال کنید، نشانگر یک خط مستقیم است که از یکی از چرخ دنده ها شروع شده و در کنار دیگری پایان می یابد.این بدان معنا است که شعاع نقطه تماس با درگیر شدن دندانه ها بزرگ تر می شود. قطر دایره گام قطر تماس موثر است .از آن جایی که قطر تماس ثابت نیست قطر دایره گام فاصله تماس متوسط واقعی است.

وقتی که دندانه ها ابتدا شروع به درگیر شدن می کنند دندانه چرخ دنده بالایی به دندانه چرخ دنده پایینی در داخل قطر دایره گام برخورد می کند اما توجه کنید که آن قسمت از دنده بالا که با دنده پایین تماس پیدا می کند، در آن نقطه بسیار لاغر است.با چرخش چرخ دنده نقطه تماس به سمت قسمت ضخیم تر دندانه چرخ دنده بالایی لغزیده می شود.این امر دنده بالایی را به جلو رانده بنابراین جبرانی برای قطر تماس اندکی کوچک تر است.با ادامه دادن دندانه ها به چرخیدن نقطه تماس دور تر شده حتی از قطر دایره گام خارج می شود اما پروفیل دندانه های پایینی جبرانی برای این جابه جایی است. نقطه تماس شروع به لغزیدن به سمت قسمت لاغر دندانه پایینی می کند مقدار کمی از سرعت چرخ دنده بالایی برای جبران قطر تماس افزوده شده،کم می کند.نتیجه نهایی این است که حتی اگر قطر نقطه تماس به طور ممتد تغییر کند سرعت ثابت باقی می ماند.بنابراین پروفیل دندانه چرخ دنده گسترانی یک نسبت سرعت دورانی ثابت تولید می کند.

با استفاده از تست کمپرس متوجه خواهید شد که موتور خودروتان در چه وضعیتی قرار دارد. در واقع موتور، از برخی جهات مشابه پمپ باد کار می کند،بنابراین برای این که به طور موثر و کارآمد عمل کند و به راحتی استارت بخورد، نیاز به کمپرس و آب بندی خوب دارد.

به عنوان یک اصل، جرم کمپرس بیش تر موتورها بایدبین 140 تا 160 باشد و نباید بین سیلندرها تفاوتی بیش تر از 10 درصد وجود داشته باشد. کمپرس پا یین در یک سیلندر معمولا بیانگر وجود نوعی ایراد در سوپاپ دود است. کمپرس پایین در دو سیلندر کنار هم معمولا به این معنی است که واشر سرسیلندر خوب عمل نمیکند. کمپرس پا یین در همه سیلندرها نشانگر روند فرسودگی رینگ ها و سیلندرهاست و موتور به معاینه فنی جدیتری نیاز دارد.

بررسی کمپرس

کمپرس را می توان به دو روش اندازه گیری کرد: به روش دستی با اندازه گیری کمپرس، یا الکترونیکی با تحلیل گر موتور. روش اندازه گیری دستی تنها روش قابل دسترسی است که بیش تر افراد نیز خودشان به تنهاییمی توانند آن را انجام دهند. برای بررسی کمپرس ابتدا موتور را خاموش کنید تا عمل احتراق متوقف شود. دریچه گاز و هوا را باز کنید. در حالی که فشارسنج را در محل قرارگیری یکی از شمع ها می بندید، موتور را با استفاده از سوییچ استارت کنترل از راه دور به مدت چند ثانیه روشن کنید تا بتوانید بیش ترین مقدار فشار را بخوانید. این کار را برای هر یک از سیلندرها انجام دهید و آن را با مقادیری که شرکت سازنده داده است مقایسه کنید. اگر کمپرس در یک یابیش از یک سیلندر، کم است، این مشکل در مواردی خاص به سوپاپ ها و رینگ ها مربوط می شود.از طریق سوراخ شمع با پاشیدن مقدار کمی روغن موتور به سیلندر می توان تست کمپرس را انجام داد و این کار را تکرار کرد. روغن به طور موقت، رینگ ها را آب بندی میکند. اگر این رقم از بار دوم بالاتر بود، به این معنی است که رینگ ها و یا سیلندر مستهلک شده اند. اگر در خواندن عدد کمپرس تغییری حاصل نشد، به این معنی است که بوش سیلندر یا تعدادی از سوپاپ های دود یا هوا ایراد دارد. در روش الکترونیکی، رایانه، کمپرس هر یک از سیلندرها را با ارزیابی تغییرات کم در دور آرام موتور هنگام روشن شدن تخمین می زند. نتایج به دست آمده تقریبا واقعی هستند و می توان بدون باز کردن شمع آن را در مدت زمان کوتاهی انجام داد. تحلیل گر رایانه ای نتایج تست کمپرس را به صورت چاپی نیز تحویل می دهد تا دید نشان راحت بوده و بتوان آن را با ارقام واقعی مقایسه کرد.

آزمون “نشتی ” چیست؟

آزمون “نشتی سیلندر ” مشابه تست کمپرس بوده و نشانگر آب بندی سیلندرهاست، با این تفاوت که به جای فشار، عدم (فقدان) فشار را اندازه گیری میکند. در تست نشتی، همه شمع ها باید باز شوند؛ سپس میل لنگ را بچرخانید تا هر پیستون درست در وسط قرار بگیرد. هنگام آزمایش هرکدام از سیلندرها، سوپاپ های دود و هوا بسته هستند. بیش تر افراد با سیلندر شماره یک شروع و از ترتیب احتراق مثل 2- 4- 3- 1پیروی میکنند. یک کوپلینگ سیم پیچی شده به نشتی سنج متصل می شود و به سوراخی که شمع در آن قرار می گیرد بسته می شود. سپس هوای تحت فشار ( 80 تا 90 پی اس آی) به سیلندر دمیده می شود.( یک پی اس آی فشار به معنای فشار اعمال شده ناشی از 454 گرم وزن روی سطحی به اندازه یک اینچ مربع است.)

به طور کلی، موتور در بهترین وضعیت باید تنها پنج تا 10 درصد نشتی داشته باشد. موتوری که هنوز در وضعیت خوبی قرار دارد ممکن است تا 20 درصد نشتی هم نشان دهد، اما نشتی بیش تر از 30 درصد نشاندهنده مشکل است.

نکته ای که در آزمون نشتی بر خلاف تست کمپرس وجود دارد این است که در این تست، وجود فشار سریع ترو راحت تر مشخص می شود. اگر می شنوید که هوا از لوله اگزوز بیرون می آید، نشان دهنده سوپاپ دودی است که نشتی می دهد. هوایی که از اطراف دریچه گاز یا کاربراتور بیرون می آید نشان گر وجود نشتی در سوپاپ هواست و بخاراتی که از سوپاپ خروجی کمپرس Crankcase Ventilation Positive بیرون می آید بیانگر مستهلک بودن رینگ ها یا بوش سیلندرها هستند.از تست نشتی به صورت مرتبط با تست کمپرس نیز استفاده می شود تا انواع مشکلات دیگر تشخیص داده شود.

سیلندری که کمپرس ضعیف ولی نشتی جزئی دارد، معمولا به دلیل مشکل در مجموعه سوپاپ است؛ مانند خرابی دلکو، فنر شکسته سوپاپ، فیلترهوای معیوب، میل بادامک ساییده شده و غیره. اگر همه سیلندرها کمپرس پایین دارند اما نشتی جزئی نشان می دهند، مهم ترین علت آن ممکن است زمان بندی نامناسب سوپاپ باشد.زنجیر یا تسمه تایمینگ ممکن است یکی دو دندانه اش از بین رفته باشد و به همین علت درست کار نکند.اگر کمپرس خوب است و نشتی جزئی است اما سیلندر خوب عمل نمیکند یا در تست توازن قدرت، ضعیف عمل میکند ، این موضوع بیانگر مشکل در پاشش سوخت یا انژکتور ایراددار است.

برخی اوقات مکانیک می گوید، موتور کمپرس بسیار زیادی دارد که به دلیل رسوب بیش از حد دوده کربن است؛ این جمله به این معنی است: هنگامی که سوخت می سوزد، رسوب زیادی در اتاق احتراق، سوپاپ ها و بالای پیستون باقی می گذارد. سرعتی که این رسوبات جمع می شوند، بستگی به نوع رانندگی و کیفیت سوخت دارد. رسوبات کربن به طور کلی در یک موتور جدید در مسافتی بین هشت هزار و 450 تا 25 هزار و 350 کیلومتر جمع آوری و سپس متوقف می شوند.

با این حال رانندگی کم، تعویض کم روغن یا مشکلات داخلی موتور مانند گایدهای فرسوده سوپاپ یا رینگ های ایراددار یا شکسته شدن نشیمن ( seat ) سوپاپ سبب سوختن روغن در محفظه احتراق می شوند و می توانندتجمع رسوبات را به مقدار زیادی سرعت ببخشند. کمپرس زیاد ممکن است به دلیل ضخامت زیاد رسوبات کربن باشد که سبب ضربه به شمع یا تاخیر در احتراق موتور های احتراق داخلی می شود. حتی ممکن است رسوبات به حدی برسد که سبب سایش میان پیستون و سرسیلندر شده و همچنین عامل ایجاد سروصدا و آسیب بسیار زیاد به موتور خودرو شود.

خلاصی از رسوبات

توصیه می شود تشخیص، عیب یابی و پاک کردن رسوبات داخلی توسط افراد خبره در نمایندگی های مجاز انجام پذیرد چرا که باز و بست متعلقات سرسیلندر و موتور باید توسط ابزار مخصوص صورت گرفته و در نهایت توسط ابزار دقیق صحت تعمیرات انجام شده مورد تایید قرار گیرد.

با توجه به اهمیت واشر سرسیلندر و ایراداتی که می تواند در کار موتور ایجاد کند سعی می کنیم در این گفتار اطلاعات مرجعی را ارائه کرده تا در صورت لزوم مورد استفاده همگان قرار گیرد.

واشر سرسیلندر فضای بین سیلندر و سرسیلندر را آب بندی کرده (در واقع سیلندر و سر سیلندر را یک پارچه می کند) تا از فرار گاز از محفظه احتراق، نشت آب از کانال های آب و نشت روغن از کانال های روغن جلوگیری کند. آب بندی واشر سرسیلندر بسیار مهم است زیرا هر گونه نشتی گاز در دقت کار موتور تاثیر گذار بوده و باعث کاهش قدرت و راندمان موتور می شود. این واشر باید بتواند فشار و حرارت زیاد ناشی از موتور را تحمل کند.

آزبست یا پنبه کوهی

(Asbestos) آزبست نام گروهی از ترکیب های معدنی منیزیوم و سیلسیوم است که بیشتر در طبیعت به صورت الیاف معدنی و سنگ یافت می شود. این مواد به خاطر مقاومت زیادی که در برابر گرما و آتش دارند به عنوان مواد نسوز به کار می روند. نخستین بار در 300 سال قبل از میلاد تئوفراستوس که از شاگردان ارسطو بود در کتاب خود به نام “درباره سنگ ها” به ماده بدون نامی، شبیه چوب پوسیده که در اثر اختلاط با نفت می سوزد، بدون آن که آسیبی ببیند اشاره کرده است که بعدها این ماده آزبست نام گرفت. در ساختمان آزبست، پنبه کوهی یا پنبه نسوز، عناصری مانند سیلیس، منیزیوم و آهن وجود دارد. آزبست در طبیعت به رنگ های سفید، قهوه ای و آبی به چشم می خورد. در سال 1820 یک دانشمند ایتالیایی، برای نخستین بار لباس ضد آتش را با استفاده از الیاف آزبست تولید کرد. در اوایل قرن بیستم، یک مهندس اتریشی به نام لودویک هاچک از ترکیب الیاف این ماده با سیمان، موفق به اختراع سیمان نسوز شد که با استقبال جهانی روبه رو شد. این ماده یک عنصر بوده و در ساخت لنت ها، صفحه کلاچ و واشر سر سیلندر استفاده می شود. دمای ذوب آن حدود 1600 درجه است.

انتخاب واشر سر سیلندر

مهم ترین علت انتخاب واشر سرسیلندر وجود مس در ساختمان آن است. لایه رویی آن که با علامت Topساخته می شود و استفاده از حالت انعطاف پذیری و نرمی آن سبب می شود که هنگام بسته شدن پیچ های سرسیلندر وارد خلل و فرج روی محل نشیمن خود شده و بر روی آن حالت آب بندی خوبی ایجاد می کند.لایه میانی که عایق حرارتی بوده و معمولا از جنس پنبه نسوز ساخته می شود. مقوای نسوز بین دو لایه مسی و فولادی قرار گرفته تا مقاومت واشر را در مقابل حرارت افزایش دهد. لایه زیرین واشر سرسیلندر از جنس فولاد است. انتخاب ورق فولادی به دلیل بالا بودن استحکام واشر در برابر حرارت زیاد است،چون گرم ترین قسمت موتور حدودا کمی بالاتر از واشر سر سیلندر است؛ یعنی محفظه انفجار و قسمت بالای پیستون. به دلایل بالا استفاده از یک لایه فولادی در این ناحیه ضروری است. سوراخ های تعبیه شده بر روی واشر سرسیلندر، درست به تعداد سوراخ های سیلندر یک موتور و اندازه قطر خارجی پیستون موتور است.

مجرای آب و روغن نیز به طور جدا گانه در سرسیلندر، واشر سرسیلندر و بدنه سیلندر، بر روی هم منطبق هستند.

وظایف واشر سر سیلندر

جلوگیری از مخلوط شدن آب و روغن جلوگیری از خروج کمپرس موتور آب بندی کردن سرسیلندر به بدنه سیلندر.

شرایط یک واشر سرسیلندر مناسب

-تحمل حرارت زیاد

-قابل جوش و آب بندی باشد.

-قابلیت لهیدگی

-سبک و ارزان باشد.

تعمیرکاران سنتی برای بستن واشر سر سیلندر، دو طرف آن را به یک ماده آب بندی آغشته می کردند ولی امروزه دیگر نیازی به این کار نیست، چون این ماده بر روی خود واشر سرسیلندر موجود بوده ضمن این که در مورد آب بندی کارایی بیشتری نیز نسبت به حالت اولیه آن ایجاد می کند. در اثر بالا رفتن درجه حرارت موتور (به هر علتی) بیش از اندازه استاندارد تعریف شده توسط کارخانه، سرسیلندر تاب بر می دارد وهمچنین واشر هم آسیب می بیند که به اصطلاح می گویند واشر سرسیلندر سوخته و این اتفاق باعث می شود که واشر سرسیلندر نتواند وظایفی که به آن محول شده را به خوبی انجام دهد.

معایب واشر سرسیلندر و نشانه های آن

عیوب واشر سرسیلندر

ممکن است در هنگام کارکرد موتور واشر سرسیلندر سوخته یا نیم سوز شود.از علل سوختگی واشر سرسیلندر موارد زیر را می توان نام برد:

تاب داشتن سرسیلندر، ترکیدن سرسیلندر، شل بودن پیچ های سرسیلندر، گرم کردن بیش از اندازه موتور و نامیزان بستن پیچ های آن.

علائم سوختگی واشر سر سیلندر

خارج شدن آب از اگزوز، گرم کردن موتور، ورود کمپرس در داخل رادیاتور (جوش کاذب)، کمی کشش موتور، ورود روغن به مجاری آب و دیر روشن شدن موتور.

باید دقت کرد که اگر بخار در حالت گرم بودن موتور از اگزوز خارج شود دلیل بر سوختن یا نیم سوز بودن (ترسیدگی) واشر سرسیلندر است.

در موتورهای که دارای بوش تر هستند در صورتی که ایراد از سرسیلندر یا واشر سرسیلندر باشد فقط باز کردن سرسیلندر کافی است و باید پس از باز کردن کلیه پیچ ها دو عدد بوش بند برای جلوگیری از تکان خوردن بوش ها بر روی سیلندر بست سپس سرسیلندر را چند بار به چپ و راست در سر جای خود حرکت داده تا اگر احتمالا بوش پیستون با سیلندر درگیری داشته باشد با این حرکت از درگیری خارج شود چون اگر این عمل را انجام ندهیم و سرسیلندر را برداریم امکان دارد بوش پیستون مقداری با سرسیلندر به سمت بالا حرکت کرده و باعث خرابی و از آب بندی خارج شدن واشر بوش پیستون شود. در صورت عدم توجه به این نکته امکان دارد پس از بستن سرسیلندر و روشن کردن موتور آب و روغن مخلوط شده و در نتیجه بازکردن موتور و تعویض کلیه واشرها مورد لزوم باشد. می توان پس از بستن سرسیلندر و سفت کردن پیچ های سرسیلندر توسط ترکمتر قبل از این که آب در داخل موتور ریخته شود موتور را روشن کرده و قبل از گرم شدن آن را خاموش کرد سپس با آچار ترکمتر سفت بودن پیچ ها را کنترل کنیم.

به علت مجاورت کانال های آب و روغن با همدیگر، به هنگام خراب شدن واشر سرسیلندر آب و روغن مخلوط شده که این اتفاق برای موتور خطرناک بوده و باعث آسیب رسیدن به آن می شود. از نشانه های این ضایعه می توان به مشاهده روغن در آب رادیاتور(در قسمت درب رادیاتور) و همچنین مشاهده آب در محفظه روغن (کارتل) اشاره کرد،در این حالت روغن به رنگ شیری در می آید و رنگ مایع خنک کننده هم عوض می شود. به علت فرار مقداری از گاز کمپرس درون سیلندرها قدرت موتور پایین می آید. این فرار گاز گاهی اوقات به کانال های آب راه پیدا کرده و درصورت باز کردن در رادیاتور می توانیم حباب های ناشی از آن را درون مایع خنک کننده مشاهده کنیم البته این موضوع می تواند ناشی از نشت دود از سمت منیفولد به داخل مسیر آب هم باشد که اگر موتور تحت فشار هم قرار بگیرد آب از خروجی رادیاتور خارج شده و آب رادیاتور هم بوی دود می دهد.

این عیب می تواند دلیلی برای کم کردن آب در درجه حرارت های بالا باشد. (هر دو سه روز یک بار باید آب داخل رادیاتور کنترل شود.)در این حالت آب با روغن مخلوط نشده و در واقع داخل محفظه سیلندر نشت می کند و نشانه آن عبارت است از خارج شدن دود سفید (بخار آب) از اگزوز.

طریقه صحیح بستن واشر سر سیلندر

با توجه به مطالب بالا، در واشرهای سه لایه رویی مسی واشر نسبت به طراحی کارخانه همیشه به طرف بالا؛ یعنی به طرف سرسیلندر و لایه فولادی آن روی بدنه سیلندر قرار می گیرد، در واشرهایی که از دو لایه تشکیل شده اند نیز لایه مسی به سمت بالا قرار گرفته که برای شناسایی کلمه (top) نیز روی واشرها حک شده و نشانگر سطح رویی و بالایی واشر سر سیلندر است.

همیشه پیچ های سرسیلندر را از وسط به طرفین(به شکل مارپیچ)سفت می کنند تا واشر به حالت کشیدگی کامل روی سرسیلندر قرارگیرد. (هر بار که سرسیلندر باز می شود تعویض واشر الزامی است همچنین بهتر است تمامی واشرها بعد از باز شدن تعویض شود. برای سفت کردن پیچ های سرسیلندر از آچار بوکس های درجه دار(تورکمتر) استفاده شود. )گشتاور وارد بر پیچ ها طبق کتاب راهنمای تعمیرات موتور مشخص می شود.

همان گونه که می دانید یکی از انواع اتصالات دو یا چند قطعه با یکدیگر، اتصال موقت با کمک پیچ و مهره است. اتصال قطعات دستگاه های صنعتی و انواع ماشین آلات مختلف توسط پیچ و مهره بر اساس معیار سختی، قطر میزان بار و یکسری محاسبه های دیگر طراحی می شود. میزان سفت کردن هر پیچ (گشتاور یا تُرک)، حاصل ضرب مقدار نیروی اعمال شده در طول بازوی اعمال نیرو است. پیچ های مختلف بر اساس کاربرد و محل استفاده دارای گشتاور تعریف شده ای هستند، این میزان توسط طراح و سازنده ماشین آلات محاسبه شده و به مصرف کننده اعلام می شود. عدد معینی از تُرک یک پیچ در حقیقت مناسب ترین گشتاوری است که با اعمال آن قطعات متصل شده توسط آن پیچ بهترین بازدهی را ارایه می دهد.

با توجه به مطالب بالا، با دانستن میزان گشتاور یاترک طراحی شده به منظور بستن هر پیچ نیاز به ابزاری کارا و قابل اطمینان و تحت کنترل است. ابزار مورد نیازبرای اعمال گشتاور دقیق برای هر پیچ ترک متر نامیده می شود.

در طراحی و ساخت ترک متر با توجه به کاربرد آن در زمینه اندازه گیری، از قطعات بسیار ظریف و دقیق صنعتی استفاده شده و عملکرد هر قطعه در صحت نتیجه نهایی موثر است. تمامی ترک مترها دارای گواهی نامه کالیبراسیون از کارخانه سازنده هستند که با کم ترین میزان خطا در عملکرد، تحویل مصرف کننده می شوند.

حفظ دقت ابزار به انتخاب ترک متر مناسب، تعداد دفعات استفاده و شیوه نگه داری بستگی دارد. در طراحی این ابزار، حفظ طولانی مدت کالیبراسیون و نیز استفاده آسان توسط کاربر مورد نظر قرار گرفته است. در حال حاضر ترک مترها در دو نوع که دارای قفل های متفاوتی هستند به بازار مصرف ارایه شده است.

انواع تر کمتر( Torque Wrench)

1-ترک متر دیجیتالی : این نوع ترک متر گشتاور وزاویه چرخش پیچ را اندازه گیری می کند و از دقت بسیار بالایی برخوردار است.

2- ترک متر عقربه ای: ترک مترهای عقربه ای، گشتاوراعمال شده به پیچ را اندازه گیری می کنند.

3- ترک متر تقه ای ( Click Tools ): تر ک مترهای تقه ای بر روی یک گشتاور مشخص کالیبره می شوند وپس از رسیدن به گشتاور مورد نظر تقه می زنند و اگر نیروی بیشتری وارد شود گشتاور پیچ نیز بالاترخواهد رفت.

4–ترک متر تاشوBreaking Tools: ترک متر های تاشو بر روی یک گشتاور مشخص کالیبره شده و پس از رسیدن به گشتاور مورد نظر خم می شوندو اگر نیروی ب شتری وارد کنیم گشتاور پیچ نیز بالاترخواهد رفت.

5-ترک متر خلاصی( Slipping Tools): این مدل ترک متر بر روی یک گشتاور مشخص کالیبره شده و پس از رسیدن به گشتاور مورد نظر، خلاص شده و اگر نیروی بیشتری وارد کنیم گشتاور پیچ بالاتر نخواهد رفت.

6-گشتاور سنج: ابزاری به منظور اندازه گیری میزان گشتاور انواع قطعات و پیچ هاست.

طرز بستن پیچ:

با ترک خاص در مدل جغجغه ای توپی ترک متر را بیرون روی ترک مورد نظر تنظیم کرده توپی را به سمت داخل فشار می دهیم. با سفت کردن پیچ زمانی که صدا تق داد پیچ با ترک مورد نظر تنظیم شده. مدل ساعت دار روش عقربه ای دارد که حرکت می کند و عدد را در حین بستن می خوانیم.

طرز باز کردن پیچ

در مدل جغجغه ای: پیچ خور ترک متر را به سمت دیگر آچار فشار می دهیم تا ترک متر در خلاف جهت کار کند. از ترک کم تر شروع می کنیم با تنظیم تر ک مورد نظر و چرخاندن زمانی که صدای تق آمد یعنی با ترکمورد نظر باز نشده. رفته رفته ترک را افزایش می دهیم تا باز شود. این روش با سعی و خطاست و نتیجه ترک پیچ ترکی کم تر از ترک باز شده است (برای حصول نتیجه دقیق تر افزایش ترک را باید کم کم افزایش داد یا از مدل اندیکاتوری استفاده کرد.)

روش استفاده از قفل ترک متر

درجه معین شده را با استفاده از دسته گردان بر روی ابزار اعمال کنید. بدین ترتیب که ابتدا گشتاور لازم را روی دسته ثابت مشخص کنید و با چرخاندن دسته گردان عدد صفر را بر آن منطبق کنید.در صورتی که گشتاور مورد نظر شما بر روی اعداد مدرج روی دسته ثابت حک نشده است، می توانید به طور دقیق و با استفاده از اعداد حک شده روی دسته گردان مقدار گشتاوری لازم را بر روی ابزار اضافه کنید ، سپس دسته گردان را با قفل مربوطه ثابت کنید.عملکرد ابزار به صورتی است که با رسیدن به نقطه گشتاوری قسمت جغجغه آن مانع از اعمال نیروی مضاعف شده و به اصطلاح تقه می زند. هنگام استفاده ازابزار دقت لازم را برای رویت تقه ترک متر داشته باشید.اولین تقه نشان دهنده میزان گشتاوری تنظیم شده روی ابزار شماست.به یاد داشته باشید ترک مترها فقط در جهت بستن پیچ ها (در جهت حرکت عقربه های ساعت) عمل می کنند.

نحوه نگهداری از ترک متر

ساخت ابزارآلات صنعتی معمولا بر طبق استانداردهای جهانی است و درآن کلیه موازین فنی اصولی و نظارتی اعمال شده است. رعایت نکات زیر علاوه بر این که ترک متر شما را در حالت استاندارد متعارف نگاه میدارد، عمر ابزار شما را نیز افزایش می دهد، همچنین باعث حفظ دقت ابزار به صورت طولانی مدت خواهد بود.ترکمتر را در دمای اتاق و دور از رطوبت و گرما نگه داری کنید.به هیچ عنوان با ابزار ترک متر ضربه نزنید.از ترک متر به عنوان دسته بکس استفاده نکنید.پس از استفاده از ترک متر قفل دسته گردان را آزاد کرده و دسته را به حالت اولیه(خلاص) بازگردانید.ترک متر را درون جعبه مخصوص خودش نگهداری کنید.

به صورت دوره ای در مراکز آزمایشگاهی مورد تایید سازمان ا تاندارد و تحقیقات صنعتی به انجام کالیبراسیون اقدام کنید.

ملاحظات مهم

دستگاه ترک متر پس از هر گونه تعمیرات یا تعویض قطعات نیازمند کالیبراسیون جدید است.ترک متر در صورت بروز ضربه یا سقوط نیازمند کالیبراسیون است. با توجه به تعداد دفعات استفاده از ترک متر در فواصل مشخص برای کالیبراسیون اقدام کنید. در اکثر موارد علت بروز صدمه و معیوب شدن بخشهای مکانیک ترک مترکالیبره نبودن آن است و این مشکل باعث بروز خطاهای عمده در کار مصرف کننده خواهد شد.

واحدهای ترک متر

با توجه واحد های مورد استفاده در کشور های مختلف از واحده ای اندازه گیری مختلفی در ساخت ترک متر ها استفاده می شود. برخی از ترک مترها توانایی کار بر اساس دو واحد را دارند.

کیلوگرم متر Kg.m

کیلوگرم سانتی متر Kg.cm

نیوتن متر N.m

فوت پوند lb.ft

اینچ پوندin.lb

مثال برای تبدیل واحد ها به یکدیگر می توان از روابط مربوطه اس تفاده کرد: هر کیلوگرم متر= 10 نیوتن متر=یک دکا نیوتن متر

آچار درج های ترک متر

یکسان بستن پیچها، به ویژه در مورد بستن پیچهای سر سیلندر و مهره های یاتاقان های میل لنگ، چرخ ها، اهمیت زیادی دارد. برای سفت کردن این نوع پیچهایا مهره ها از آچار درجه دار استفاده می شود. آچار درجه دار، دارای میله نشان دهنده است که مقدار سفت کردن پیچ را بر حسب گشتاور وارد شده به آن، نشان می دهد.

آچار ترک متر

این آچار را به نام آچار درجه هم می شناسند. این آچار نیرویی که برای بستن پیچ های مختلف لازم است به طور استاندارد به ما می دهد و از بریدن پیچ و کم سفت بودن و یا زیاد سفت بودن پیچ ها جلوگیری می کند. سر این آچار مانند دسته بکس جغجغه ای است که در دو حالت باز کردن و بستن قابل تنظیم است و تمام آچارهای بکس می تواند بر روی آن سوار شود. پس از تنظیم آچار بر روی مقدار گشتاور مورد نیاز برای بستن پیچ بود از رسیدن به آن نیرو و سفت شدن پیچ، آچار رد می کند. نام نیروی چرخاندن پیچ نیروی گشتاور است که این آچار مقدار آن را می سنجد و واحدهای این نیروی کیلو گرم متر ( Kg.m )، نیوتن متر ( N.m ) و فوت پوند(lb.ft) است که با سیستم های مختلف بر روی دسته این آچار قابل تنظیم است.

انتخاب ترک متر برای مکانیکهای خودرو:

تعمیرگاه ها حداقل سه ترک متر در بازه های گشتاوری زیر نیاز دارند همچنین نیاز به یک گشتاور سنج برای اندازه گیری گشتاور سیبک و انواع مهره هاست.

1- ترک متر به منظور سفت کردن پیچ ها با گشتاور کم(سیبک، داشبورد، در موتور و…)

2-ترک متر به منظور سفت کردن پیچ ها با گشتاورمتوسط (سرسیلندر، میل لنگ و…)

3-ترک متر به منظور سفت کردن پیچ ها با گشتاوربالا(مهره سر پلوس و…)

4-گشتاور سنج (اندازه گیری گشتاور سیبک و مهره ها و…)

دستگاه کالیبراتور ترک متر:

دستگاهی است که به کمک آن دقت عملکرد ابزار ترک متر اندازه گیری می شود. این دستگاه باتکنولوژی های مختلف و به صورت دیجیتالی و مکانیکی یافت می شوند.