تسمه‌تایم

(Timing Belt)

در خودروهای امروزی و بخصوص ارزان‌قیمت برای انتقال قدرت از میل‌لنگ به میل‌بادامک به دلایل زیر به جای چرخ‌دنده یا چرخ‌زنجیر از تسمه‌ای دندانه‌دار معروف به تسمه تایم استفاده می‌شود:
• ارزان‌قیمت بودن
• عدم نیاز به روانکاری
• سر و صدای کم
• سازگاری خوب با افزایش فاصله بین محور میل‌لنگ و محور میل‌سوپاپ

شکل 1 نمای کلی تسمه تایم نصب شده روی موتور را نشان می‌دهد.

شکل 1- تسمه‌ تایم نصب شده بر روی موتور خودرو

وظیفه این تسمه، انتقال قدرت بدون لغزش از میل‌لنگ به میل‌سوپاپ به منظور محقق ساختن زمانبندی یا تایمینگ دقیق باز و بسته شدن سوپاپ‌های موتور می‌باشد.

اجزای تسمه تایم :

مطابق شکل 2 تسمه تایم از اجزای زیر تشکیل شده است:

شکل 2- اجزای تسمه‌ تایم

شکل 3 نیز نمایی دیگر از تسمه‌ تایم موتور احتراق داخلی را نشان می‌دهد.

شکل 3- اجزای تسمه‌ تایم موتور احتراق داخلی

•  لایه نایلون یا تفلون بافته‌شده ضدسایش:

این لایه ضدسایش درواقع نگهدارنده دندانه‌های تسمه تایم در درون دندانه‌های چرخ‌تسمه سرمیل‌لنگ و چرخ‌تسمه(های) سر میل‌بادامک می‌باشد.

•  نخ‌ها:

این نخ‌ها از جنس ابریشم مصنوعی یا فایبرگلاس می‌باشند. انتقال گشتاور از میل‌لنگ به میل‌بادامک‌(ها) توسط این نخ‌ها صورت می‌پذیرد لذا این نخ‌ها در عین حال که باید بسیار انعطاف‌پذیر باشند باید توانایی تحمل گشتاور موردنیاز باز کردن سوپاپ‌ها را نیز داشته باشند و از طرفی در طولانی مدت نباید دچار تغییرطول بیش از حدمجاز شوند. البته استفاده از تسمه سفت‌کن، افزایش طول یا کشیده‌گی مجاز تسمه‌ ‌تایم را جبران می‌کند.

•  لایه محافظ نخ‌ها:

این لایه در سطح بیرونی تسمه‌ تایم واقع شده است و وظیفه مراقبت از نخ‌ها را برعهده دارد تا از آسیب دیدن و خارج شدن نخ‌ها از داخل بدنه تسمه‌ پیشگیری کند. سطح بیرونی این لایه حتی‌المکان باید کمترین مقدار اصطکاک را با پولی‌های هرزگرد و تسمه سفت‌کن ایجاد نماید.

•  دندانه تسمه تایم :

این بخش از تسمه‌ از لاستیک و با دقت ابعادی بالا و به صورت قالب‌ریزی ساخته می‌شود تا به طور کامل در تعامل با دندانه‌های چرخ‌تسمه میل‌لنگ و دندانه‌های چرخ‌تسمه(های) میل‌بادامک قرار گیرد و بتواند با نظم دقیق و از پیش تعیین‌شده‌ای، سوپاپ‌ها را باز و بسته نماید و در واقع تایمینگ یا زمان‌بندی سوپاپ‌ها را محقق کند. بدین منظور جنس این بخش از پلی‌کلوروپرن(Polychloroprene) یا لاستیک نیتریل هیدروژنه شده مقاوم به حرارت که اصطلاحا HBNR نامید می‌شود انتخاب می‌گردد. دندانه‌ها از لحاظ شکل ظاهری مطابق شکل 4 به سه دسته تقسیم‌بندی می‌شوند:

شکل 4- انواع دنده تسمه تایم

دنده ذوزنقه‌ای یا Trapezoidal:

ساده‌ترین نوع دندانه تسمه‌ ‌تایم می‌باشد که در انتقال قدرت بسیار موثر است ولی تحت بار یا دورهای زیاد، سایش آن افزایش می‌یابد. این نوع دندانه به دو گروه ZA و ZB دسته‌بندی می‌شود.

دنده منحنی یا Curvlinear:

این نوع دنده دارای خطوط منحنی می‌باشد و بنابراین قابلیت تحمل گشتاورهای بالا را دارا می‌باشد در حالیکه به دلیل وجود انحناهای زیاد ممکن است خطر لغزش تسمه روی چرخ تسمه را افزایش دهد. این نوع دندانه به دو گروه ZH و ZY دسته‌بندی می‌شود.
نکته: تسمه‌ تایم‌های با نوع دندانه ZA و ZH خاص خودروهای سواری و سبک می‌باشد.

 دنده منحنی اصلاح شده یا Modified Curvlinear:

این نوع دنده، ترکیبی از دو نوع قبلی می‌باشد به نحوی که خصوصیات مثبت هر دو نوع را دارا می‌باشد.

انواع تسمه تایم :

مطابق شکل 5 تسمه‌‌های تایم موتور را به دو شکل می‌توان دسته‌بندی کرد:

شکل 5- دسته‎‌بندی تسمه‌‌های تایمینگ موتور احتراق داخلی

تسمه تایم لاستیکی:

این نوع تسمه تایم از جنس لاستیک یا ترکیبات لاستیکی می‌باشد که گسترده‌تر از انواع دیگر می‌باشد و بخصوص به دلیل ارزان بودن در بازار یا Aftermarket، استفاده از این تسمه‌ها بسیار رایج می‌باشد ولی به دلیل قابلیت‌های نه چندان خوب این نوع تسمه‌ها در مقابل سایش، دما، تغییر شکل، روغن و غیره در خطوط تولید خودروسازها کمتر استفاده می‌گردد. این تسمه‌ها باید خواصی همچون مقاومت در مقابل حرارت، فرسایش، سایش، اوزون و روغن داشته باشند ضمن اینکه به اندازه کافی قوی و حداقل تغییر طول را داشته باشند بدین منظور از لاستیک طبیعی، نئوپرن(Neoprene)، پلی‌اورتان(Polyurethane)، بوتیل(Butyl Rubber(IIR))، مونومر دیان پروپیلن اتیلن(Ethylene Propylene Diene Monomer(EPM, EPDM))، کلوروپرن(Chloroprene) و اورتان(Urethane) استفاده می‌شود. شکل 6 نوعی از این تسمه را نشان می‌دهد.

شکل 6- تسمه‌ تایم لاستیکی

تسمه تایم پلی‌اورتان(Polyurethane)

مقاومت خوب پلی‌اورتان در مقابل حرارت، طول عمر بالا، قابلیت انتقال گشتاور زیاد و همچین عدم حساسیت زیاد به محیط آلوده به روغن، باعث شده است که این نوع تسمه‌تایم به شدت مورد استقبال واقع شود. تسمه‌ تایم پلی اورتان که بعضا با PU هم شناخته می‌شود، انتخاب عمده تولیدکننده‌گان موتور می‌باشد در حالیکه در بازار After market ممکن است به دلیل قیمت نسبتا بالای آن کمتر مورد استقبال واقع شود که البته می‌تواند در رنگ‌های مختلف نیز تولید گردد.

تسمه تایم تفلونی یا PTFE:

با توجه به اینکه میزان نیروی اعمالی به تسمه‌ تایم تحت دمای بعضا بیش از 120 درجه سانتیگراد قابل توجه می‌باشد لذا استفاده از تسمه‌ تایم با قابلیت تحمل بالا مورد توجه می‌باشد. استفاده از پلی‌تترافلوراتیلن (PolyTetraFluoroEthylene) یا تلفون که اختصارا PTFE نیز نامیده می‌شود می‌تواند باعث کاهش سایش، کاهش اصطکاک و کاهش صدا و نویز گردد. البته صرفا روکش کردن بدنه تسمه تایم با تفلون، باعث می‌شود که پس از مدتی این لایه از بدنه تسمه‌ تایم جدا شود و بنابراین نمی‌تواند در طولانی مدت کارساز باشد بلکه باید تلفون در داخل بدنه تسمه‌ تایم نفوذ کند. از طرفی لازم به ذکر است که استفاده از تسمه‌ تایم تفلونی در خط تولید خودروسازها بیشتر رایج می‌باشد و در بازار به دلیل گران‌تر بودن این نوع تسمه‌ تایم، کمتر مورد استقبال واقع می‌شود.
شکل 7 نشان می‌دهد که تسمه تایم تفلونی یا PTFE در طولانی مدت وزن آن ثابت است یا به عبارتی دیگر سایش آن بسیار اندک می‌باشد در حالیکه تسمه‌تایم غیرPTFE به مرور زمان وزن آن کاهش می‌یابد که بیانگر سائیده شدن تسمه‌ ‌تایم می‌باشد.

شکل 7- کاهش وزن تسمه تایم تفلونی(PTFE) و غیرتفلونی(Non-PTFE)

تسمه‌تایم‌های تفلونی می‌تواند در رنگ‌های مختلف مطابق شکل 8 تولید شوند که البته عمدتا به رنگ‎‌های سیاه و سفید هستند.

شکل 8- تنوع در رنگ تسمه‌ تایم تفلونی

مشخصات فنی تسمه تایم :

مشخصات فنی تسمه تایم توسط برخی استانداردها به شرح ذیل یکسان‌سازی و اجرایی شده است:
• JASO E 105-92
• JASO E 110-92
• ISO 9010-1997
• ISO 12046-1975
معمولا بر روی سطح بیرونی تسمه‌ ‌تایم مشخصات آن مطابق شکل 9 درج می‌گردد.

شکل 9- مشخصات درج شده بر روی تسمه‌ تایم

شکل 10 هندسه دندانه تسمه‌تایم‌های دنده ذوزنقه‌ای ZA و ZB را نشان می‌دهد.

شکل 10- هندسه دندانه ZA و ZB

مشخصات هندسی دندانه ZA و ZB در جدول 1 نشان داده شده است.

جدول 1- مشخصات هندسی دندانه ZA و ZB

شکل 11 هندسه دندانه تسمه‌تایم‌های دنده ذوزنقه‌ای ZH و YH را نشان می‌دهد.

شکل 11- هندسه دندانه ZH و YH

مشخصات هندسی دندانه ZA و ZB در جدول 2 نشان داده شده است.

جدول 2- مشخصات هندسی دندانه ZA و ZB

طول تسمه‌ تایم که با Lp نشان داده می‌شود با طول دایره گام محاسبه می‌شود که از حاصلضرب تعداد دندانه در گام دنده(Pb) بدست می‌آید. جدول 3 طول تسمه‌ تایم‌های مرسوم را نشان می‌دهد.

جدول 3- طول تسمه‌ تایم

پهنای تسمه(b_s) باید در سه نقطه مختلف توسط کولیس اندازه‌گیری شود و پهنای تسمه‎‌های رایج به شرح جدول 4 می‌باشد.

جدول 4- پهنای تسمه(b_s)

نگهداری و تعویض تسمه تایم :

برای آزمون و ارزیابی صحت عملکرد و طول عمر تسمه‌ تایم مطابق شکل 12 تسمه‌ تایم تحت بار قرار می‌گیرد به نحوی که در دمای 2±100 درجه سانتیگراد با دو درجه تلرانس، دور 120±6000 دور بر دقیقه، اعمال نیروی کششی 3 کیلوگرم، و توان انتقالی 5/3 کیلووات، حداقل باید به مدت 200 ساعت بدون آسیب کار کند. بروز هر نوع آسیب در تسمه‌ ‌تایم قبل از این زمان نشانه عدم برخورداری از کیفیت مناسب می‌باشد.

شکل 12- نحوه آزمایش و ارزیابی کیفی عملکرد تسمه‌ تایم

این مدت زمان آزمون تحت شرایط سخت، معادل مدت زمان مشخصی از کارکرد خودرو می‌باشد به نحوی که طول عمر تسمه‌ تایم 60 هزار مایل معادل 108 هزار کیلومتر توسط سازندگان آن و خودروسازان پیش‌بینی و توصیه می‌گردد و بعضا با استفاده از تسمه‌تایم‌های با روکش نایلون یا PTFE، تلاش می‌کنند تا طول عمر آن را به 100هزار مایل معادل 180هزار کیلومتر افزایش دهند ولی به دلایل زیر توصیه می‌شود که هر 60هزار کیلومتر یکبار نسبت به تعویض تسمه تایم اقدام شود:
1-مطابق شکل 13 پاره شدن تسمه‌ تایم علاوه بر زمین‌گیر کردن خودرو، در بعضی موتورها منجر به برخورد سوپاپ‌ها و پیستون‌ها می‌شود و آسیب‌های جدی به موتور وارد می‌کند که باعث صرف هزینه و زمان زیاد تعمیرات موتور می‌گردد.

شکل 13- پاره شدن تسمه تایم منجر به آسیب دیدن موتور می‌شود

2-بخشی از طول زمان کارکرد موتور، خودرو در حال توقف می‌باشد و بنابراین کیلومتر کارکرد خودرو نمی‌تواند معیاردقیقی برای زمان تعویض تسمه‌ تایم باشد و لذا بهتر است به منظور پیشگیری از آسیب دیدن موتور در بازه زمانی کوتاه‌تر(هر60هزار کیلومتر یکبار) نسبت به تعویض تسمه‌ ‌تایم اقدام گردد.
3-در بازار مصرف یا After market از لوازم یدکی با استانداردهای خط تولید خودروساز یا (Original Equipment Manufacturer)OEM به ندرت استفاده می‌شود چون لوازم یدکی با مشخصات OEM گرانتر و البته دارای کیفیت بالاتری می‌باشد، لذا با توجه به کم کیفیت بودن تسمه‌تایم‌های موجود در بازار بهتر است زمان تعویض آن حدود هر 60هزار کیلومتر یکبار در نظر گرفته شود.
4- از طرفی برخی موارد نسبت به نحوه نگهداری و نصب تسمه‌ تایم به شرح زیر باشد:

• از خم کردن تسمه تایم خودداری کنید ممکن است که نخ‌های تقویتی آن از فایبرگلاس باشد و دچار آسیب شوند.
• در محل خشک و خنک نگهداری شود.
• قرار گرفتن تسمه‌ تایم در معرض نور خورشید، اشعه ماوراء‌بنفش و اوزون باعث آسیب‌دیدگی آن می‌شود.
• هنگام نصب از ابزار تیز استفاده نکنید.
• هنگام نصب از همراستا بودن پولی‌ها، هرزگردها و تمسه سفت‌کن‌ها اطمینان حاصل کنید.
• هنگام نصب از سلامت بلبرینگ هرزگردها و تسمه سفت‌کن‌ها اطمینان حاصل کنید.
• هنگام نصب از آب‌بندی کامل کاور اطمینان حاصل کنید.
• از تماس مایعات خودرو بخصوص روغن و روغن‌ترمز با تسمه جدا خودداری کنید و نشتی‌های احتمالی را بررسی و در صورت نیاز برطرف کنید.

شکل 14- برخورد سوپاپ و پیستون ناشی از بروز مشکل در عملکرد تایمینگ سوپاپ‌ها

شکل 15- جهت دوران تسمه‌ تایم

علائم خرابی و تعویض تسمه تایم :

دلایل بروز برخی عیوب شایع تسمه تایم به انضمام تصویر و نحوه برطرف کردن آن در جدول 5 ذکر شده است.

جدول 5-دلایل بروز عیب و نحوه برطرف کردن آن