سیستم انتقال توان با تسمه

وظیفه و انواع

همانطور که در مقاله میل لنگ اشاره شد این عضو حرکت دورانی موتور ایجاد می‌شود . هر عضو دیگری که بخواهد حرکت دورانی داشته باشد باید به صورت مستقیم یا غیر مستقیم نیروی خود را از میل لنگ دریافت کند. یکی از روش‌های انتقال توان در هر سیستمی استفاده از تسمه است. تسمه‌ها ساده‌ترین و ارزان‌ترین روش انتقال توان در سیتسم‌های مختلف هستند در این مقاله به انواع تسمه‌های مورداستفاده در خودرو اشاره شده و سپس یکی از انها که تسمه تجهیزات جانبی می‌باشد تشریح خواهد شد .

وظیفه سیستم انتقال توان با تسمه

در بخش مقدمه اشاره شد ساده‌ترین روش انتقال دور و توان، استفاده از تسمه است. شکل 1 اجرا سیستم انتقال توان ساده را نشان می‌دهد.

1-شفت محرک 2- پولی محرک 3- تسمه 4- پولی متحرک 5- شفت متحرک
شکل 1- مکانیزم ساده انتقال توان با پولی

ملاحظه می‌شود روی هر دو شفت محرک و متحرک، یک پولی (چرخ تسمه) نصب می‌شود و پولی‌ها با کمک تسمه به یکدیگر متصل می‌شوند. چرخش شفت محرک به پولی محرک انتقال پیدا کرده سپس با استفاده از تسمه به پولی متحرک می‌رسد. پولی متحرک نیز شفت موردنظر (متحرک) را به دوران در می‌آورد و به‌این‌ترتیب دور و گشتاور از شفت محرک به شفت متحرک منتقل می‌شود. بر اساس تناسب بین قطر پولی‌های محرک و متحرک سیستم انتقال توان با تسمه باعث افزایش گشتاور (و کاهش دور) و یا افزایش دور (کاهش گشتاور) خواهد شد. شکل 2 این موضوع را نشان می‌دهد.

شکل 2- رابطه بین دور و قطر پولی

رابطه: D1×N1=D2×N2
D1: قطر پولی 1 – D2: قطر پولی 2 – N1: دور پولی 1 – N2: در پولی 2

انواع مکانیزم سیستم انتقال توان با تسمه

همانطور که در تمامی مقاله‌ها اشاره شده است همواره می‌توان یک سیستم را از دیدگاه‌های مختلف مورد بررسی قرار داد؛ بنابراین سیستم انتقال توان با تسمه نیز از این امر پیروی می‌کند. شکل 3 انواع روش‌های دسته‌بندی انتقال توان با تسمه را نشان می‌دهد.

شکل 3-روش دسته‌بندی مکانیزم انتقال توان

همانطور که ملاحظه می‌شود روش هی بسیار زیادی برای دسته‌بندی مکانیزم‌ها وجود دارد. در ادامه به معرفی بخش‌هایی از آن پرداخته می‌شود.

نوع تسمه

شاید ساده‌ترین روشن دسته‌بندی این مکانیزم‌ها از نظر نوع تسمه مورد استفاده باشد. شکل 4 انواع تسمه را نشان می‌دهد.

1-گرد 2- ذوزنقه‌ای 3- تخت 4- شیاردار 5- دندانه‌دار
فلش: جهت حرکت تسمه (در تمامی تسمه‌های نشان‌داده‌شده)
شکل 4-انواع تسمه از نظر سطح مقطع

تسمه‌های نوع 1 و 3 در خودروها کاربرد چندانی ندارند اما از تسمه‌های ذوزنقه‌ای (شماره 2) و شیاردار (شماره 4) برای تسمه تجهیزات جانبی موتور یا به قول بازار تسمه دینام بسیار پرکاربرد است. تسمه دندانه‌دار در خودروها به‌عنوان تسمه تایم استفاده می‌شود

نحوه انتقال توان با تسمه

شکل 1 ساده‌ترین نوع روش انتقال توان با تسمه را نشان می‌دهد. در این روش فقط یک محرک و یک متحرک وجود دارد. خودروهایی که دارای یک میل سوپاپ هستند می‌توانند در این دسته قرار بگیرند. البته باید توجه کرد که تسمه مورداستفاده در این نوع، دندانه‌دار است و از چرخ تسمه به‌جای پولی استفاده می‌شود. در روش انتقال ساده جهت دوران محرک و متحرک یکسان است. اگر بخواهیم جهت دوران متحرک خلاف جهت محرک باشد از روش ضرب‌دری استفاده می‌شود. شکل 5 روش انتقال توان تسمه به روش ضرب‌دری را نشان می‌دهد.

شکل 5- روش انتقال توان با تسمه از نوع ضربدری

امروزه این روش به دلیل مشکلات خاص خود به‌ندرت و در شرایط خاص استفاده می‌شود. روش ضرب‌دری در خودروها برای انتقال توان استفاده نمی‌شود. اگر محور دوران متحرک موازی با محور دوران شفت محرک نباشد، نمی‌توان از روش ساده یا ضرب‌دری برای انتقال توان با تسمه استفاده کرد. برای این کار از روش چرخ تسمه با محور متنافر استفاده می‌شود. شکل 6 این نوع را نشان می‌دهد.

شکل 6- مکانیزم انتقال توان با تسمه از نوع متنافر

روش انتقال از نوع تسمه با محور متنافر بسیار خاص و در شرایط مخصوص استفاده می‌شود. در خودروها این روش معمولاً مشاهده نمی‌شود اما جالب است بدانید موتور خودرو 305 به‌صورت عریضی روی بدنه قرار گرفته است و پروانه آن نیز از نوع مکانیکی است برای اینکه نیروی پولی میل‌لنگ به پولی پروانه انتقال پیداکند از این روش استفاده شده است. شکل 7 موتور پژو 305 و مکانیزم حرکت پروانه را نشان می‌دهد.

1-پولی میل‌لنگ 2-پولی متنافر بالایی 3- پولی پروانه 4-پولی متنافر پایینی
شکل 7- موتور پژو 305

مشاهده می‌شود این موتور از دو پولی متنافر برای انتقال دور از پول میل‌لنگ به پولی پروانه خنک‌کننده موتور استفاده کرده است. این موارد استثنایی مانند پژو 305 اگر بگذریم، این روش به دلیل استهلاک بالای تسمه، کاربرد خاصی ندارد.

 اجزا کمکی

تقریباً می‌توان گفت مکانیزم‌های انتقال تسمه ساده امروزه بسیار کم کاربرد هستند بیشتر مکانیزم‌های تسمه دارای اجرا کمکی برای بهبود کیفیت عملکرد تسمه هستند. یکی از مهم‌ترین دلیل تفاوت میزان کشش در طرفین تسمه‌های ساده هستند. به شکل 8 توجه کنید.

1-پولی محرک 2- پولی متحرک
A: سمت تحت کشش B: سمت آزاد
شکل 8- سمت کششی و آزاد تسمه ساده

ملاحظه می‌شود متناسب با جهت دوران تسمه یک سمت تسمه تحت کشش کمتری نسبت به سمت دیگر قرار می‌گیرد؛ بنابراین بازی (نوسان) تسمه در آن ناحیه بیشتر خواهد بود. این نوسان باعث کاهش راندمان شده و عملکرد تسمه را تحت‌تأثیر خود قرار خواهد داد؛ بنابراین استفاده از تجهیزات کمکی برای کنترل سمت آزاد ضروری به نظر می‌رسد.

انواع کنترلرهای مکانیزم تسمه

هدف مکانیزم‌های کنترلی در سیستم انتقال توان با تسمه افزایش راندمان تسمه (با ایجاد کشش مناسب) و کاهش استهلاک تسمه (به دلیل کاهش نوسانات) است. شکل 9 انواع مکانیزم‌های کنترلی تسمه را نشان می‌دهد.

شکل 9- انواع مکانیزم‌های کنترلی تسمه

هرزگرد

یکی از روش‌های متداول برای کنترل نوسانات تسمه استفاده از هرزگرد است. هرزگردها عموماً در ناحیه‌ای که فاصله بین دو پولی زیاد است استفاده می‌شوند. بعلاوه استفاده از هرزگردها می‌تواند تا حدی کمی نوسانات عرضی را نیز کنترل کند. اگرچه برای این هدف بکار نمی‌روند.

امروزه استفاده از هرزگرد از سیستم تسمه تجهیزات جانبی یا همان تسمه دینام متداول است. شکل 10 استفاده از هرزگرد در یک مکانیزم مشابه تسمه دینام را نشان می‌دهد.

1-هرزگرد 2- پولی متحرک 3- پولی محرک 4- پولی متحرک
شکل 10- استفاده از هرزگرد در مکانیزم تسمه

تسمه سفت کن

باتوجه‌به محل و روش نصب هرزگردها، محل آنها ثابت است. با اینکه می‌تواند جلوی نوسانات تسمه، مخصوصاً نوسانات ناشی از فاصله بین محور دو پولی را کنترل کند اما میزان کشش تسمه را نمی‌توان با کمک هرزگردها تنظیم کرد بنابراین برای تنظیم کردن میزان کشش تسمه از عضو دیگری به نام تسمه سفت کن استفاده می‌شود. همانطور که در نمودار شکل 8 نشان‌داده‌شده است. تسمه سفت کن‌ها به دودسته تسمه سفت کن‌های استاتیکی و دینامیکی تقسیم‌بندی می‌شوند.
تسمه سفت کن‌ها استاتیکی توسط کاربر باید تنظیم شوند یعنی میزان کشش تسمه بررسی شدن و با تغییر محل قرارگرفتن تسمه سفت کن میزان کشش را تنظیم کرد.

مکانیزم تسمه‌مانند هر سیستم دیگر پس از مدتی دچار استهلاک و ساییدگی‌های مختلفی می‌شود. ساییدگی‌های تسمه، ساییدگی‌های محور پولی، ساییدگی‌های پولی، ساییدگی‌های هرزگرد. بر خلاف تسمه سفت کن‌های استاتیکی، نوع دینامیکی به‌صورت خودتنظیم عمل می‌کند عموماً این تسمه سفت کن‌ها دارای یک فنر هستند که همواره تسمه سفت کن را به سمت تسمه فشار داده و در نتیجه نیروی کشش تسمه حفظ خواهد شد. شکل 11 نمونه‌ای شماتیک از تسمه سفت کن دینامیکی را نشان می‌دهد.

1-پولی محرک 2- تسمه سفت کن دینامیکی 3- پولی متحرک
شکل 11- شماتیک تسمه سفت کن دینامیکی

همانطور که در تصاویر 10 و 11 مشخص است معمولاً سیستم‌های انتقال توان با تسمه هم از هرزگرد و هم ار تسمه سفت کن استفاده می‌کند.

آنچه در این مقاله آمد بررسی عمومی سیستم انتقال توان با تسمه هست با توجه به اهمیت اجزا اصلی سیستم انتقال توان با تسمه در خودرو هر یک از قسمت‌های آن به صورت مجزا مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

نویسنده:مهندس بهروز خطیبی