مکانیک خودرو تخصصی -بخش 21

 Propeller Shaft or Cardan Driveshaft

در خودروهای عقب محرک یا RD و چهار چرخ محرک یا 4WD، فاصله بين محور خروجي گيربكس و محور ورودي ديفرانسيل عقب زیاد است. لذا براي انتقال قدرت از گيربكس به ديفرانسيل عقب مطابق شکل 1 از ميل‌كاردان استفاده مي‌شود.

1-موتور 2-گیربکس 3-میل‌کاردان عقب 4-میل‌کاردان جلو
شکل 1-محل قرارگیری میل کاردان در خودرو

به منظور كاهش وزن و جلوگیری از خارج از محور شدن ميل‌كاردان به دلیل وزن زیاد (خيز) و همچنين افزايش استحكام پيچشي آن، معمولاً ميل‌كاردان را توخالي می‌سازند. شکل 2 میل‌کاردان را نشان می‌دهد.

1-میل‌کاردان 2-چهارشاخه‌کاردان
شکل 2-میل کاردان و چهارشاخه کاردان

از آنجایی که همراستا کردن محور خروجی گیربکس با محور ورودی دیفرانسیل در عمل امکان‌پذیر نیست لذا در هر دو سمت میل کاردان از دو مفصل صیلبی معروف به چهارشاخه کاردان (Universal Joint) استفاده می‌شود تا عدم همراستایی محور خروجی گیربکس با محور ورودی دیفرانسیل در صفحات مختلف خنثی شود و گشتاور پیچشی بدون تلفات از گیربکس به دیفرانسیل منتقل شود. شکل 3 اجزای چهارشاخه کاردان را نشان می‌دهد.

1-خار حلقوی 2-کاسه ساچمه 3-غلتک‌های سوزنی 4-گردگیر 5-صلیبی
شکل 3-چهارشاخه کاردان

مطابق شکل 4 اگر دیفرانسیل عقب به صورت اکسل یکپارچه در نظر گرفته شود، با اعمال بار به خودرو یا حرکت چرخ‌ها بر روی ناهمواری جاده، فاصله بین دیفرانسیل و گیربکس نیز تغییر می‌کند لذا معمولا نحوه اتصال میل کاردان به محور خروجی گیربکس به صورت هزارخار در نظر گرفته می‌شود تا با انجام حرکت کشویی، تغییر طول نیز جبران شود.

1-موتور 2-کلاچ 3-گیربکس 4-هزارخار میل‌کاردان 5-میل‌کاردان 6-پلوس 7-دیفرانسیل 8-اکسل یا پوسته دیفرانسیل
شکل 4-اتصال میل‌کاردان به محور خروجی گیربکس با هزارخار

بدین ترتیب با چهارشاخه کاردان، تغییر زاویه و با هزار خار تغییر طول بین دیفرانسیل و گیربکس جبران می‌شود و گشتاور پیچشی گیربکس با حداقل تلفات به دیفرانسیل منتقل می‌شود.
شکل 5 اجزای میل کاردان را نشان می‌دهد.

1-چهارشاخه عقب 2-میل‌کاردان 3-چهارشاخه جلو 4-هزارخار میل‌کاردان
شکل 5-اجزای میل‌کاردان

از آنجایی که رابطه سرعت زاویه‌ای ورودی(ω_1) چهارشاخه نسبت به سرعت زاویه‌ای خروجی(ω_2) از صلیبی از رابطه 1 بدست می‌آید:
β: زاویه بین محور خروجی گیربکس و محور میل کاردان
φ: زاویه دوران میل‌کاردان
لذا هنگامی که محور خروجی گیربکس با دوری ثابت در حال دوران است، سرعت زاویه‌ای میل‌کاردان در حال تغییر است و مطابق شکل 6 با افزایش زاویه میل‌کاردان(β) نسبت به محور خروجی گیربکس، تغییرات سرعت زاویه‌ای نیز افزایش می‌یابد.

شکل 6-تغییرات سرعت زاویه‌ای میل‌کاردان

وجود این نوع تغییر در سرعت زاویه‌ای میل‌کاردان باعث ایجاد ارتعاش و نویز در بدنه خودرو می‌شود و راحتی سرنشین را کاهش می‌دهد لذا در خودروهای امروزی مطابق شکل 7 دیفرانسیل نیز همچون گیربکس به بدنه خودرو متصل می‌شود تا در حد امکان زاویه انحراف میل‌کاردان نسبت به محور خروجی گیربکس کاهش یافته و حین حرکت نیز تغییری نداشته باشد ولی پلوس‌های دیفرانسیل را به مفاصل سرعت ثابت(Constant Velocity Joint) مجهز می‌کنند تا ضمن پیشگیری از اخلال عملکرد پلوس‌ها در کارکرد مکانیزم تعلیق، به دلیل عدم تغییر سرعت زاویه‌ای مفاصل سرعت ثابت (برعکس مفاصل صلیبی)، از بروز ارتعاش و نویز در بدنه خودرو نیز پیشگیری شود. لازم به ذکر است که چنانچه طول میل کاردان از یک و نیم متر بیشتر شود، آن را به صورت دو پارچه طراحی می‌کنند تا از خیز و تاب میل‌کاردان پیشگیری شود.

1-موتور 2-پلوس‌های جلو 3-گیربکس 4-میل‌کاردان دو پارچه 5-پلوس‌های عقب 6-دیفرانسیل عقب
شکل 7-استفاده از میل‌کاردان با زاویه ثابت