تحقیق تایر و زاویای و فواصل چرخ و شاسی
دانشجو:…………………
شماره دانشجویی:………..
استاد:……………………..
چرخ و تایر
مقدمه
چرخها یکی از اجزای ساده و حائز اهمیت در خودرو میباشند. زیرا هم وزن خودرو را تحمل میکنند و هم برقرار کننده ارتباط خودرو با زمین میباشند . تمام نیروهای وارده به خودرو به غیر از نیروهای آیرودینامیک و مقاومت هوا از طریق چرخ ها اعمال میشوند. چرخ ها توانایی جذب ضربات وارده به خودرو و تبدیل آنها به ارتعاش را دارند، همچنین اعمال سیستم فرمان دهی از طریق چرخها امکان پذیر است ، توان تولید شده در موتور توسط چرخها پس از عبور از سیستم انتقال قدرت نهایتا توسط چرخها اعمال شده و باعث به حرکت در آمدن خودرو میگردد، عمل ترمز گیری و شتاب گیری نیز از طریق چرخها امکان پذیر است. بنابراین با استفاده از مطالب فوق میتوان گفت که چرخها جزئی از سیستم تعلیق ،فرمان ، سیستم انتقال قدرت و سیستم ترمز میباشند .
همچنین در هنگام طراحی اکسل لازم است تا زوایایی برای چرخ ها درنظر گرفته شود این زوایا در پایداری ، فرمان پذیری ، عملکرد سیستم تعلیق و به طور کلی بر روی پدیده های دینامیکی خودرو نقش بسزایی دارد.
همچنین برای عبور خودرو از موانع با توجه با کابری خودرو لازم فواصلی هم برای شاسی در نظر گرفته شود در این تحقیق به بررسی این فواصل زاویا برای چرخ و شاسی می پردازیم.
1- چرخ و رینگ
وظایف چرخ
چرخها به عنوان عضو مشترک در سیستمهای مختلف خودرو دارای وظایف متعددی میباشند که به اختصار می توان به موارد زیر اشاره کرد:
1- تحمل وزن خورو و سرنشینان
2- جلوگیری از انتقال مستقیم ضربات جاده به سرنشینان
3- جذب ضربات جاده
4- اعمال کلیه نیروهای رانشی و ترمزی
5- فراهم آوردن امکان فرمان پذیری و هدایت خودرو
6- تامین نیروهای جانبی وپایداری
اجزای چرخ
1- رینگ
معمولا از جنس چدن ،آلومینیم و فایبرگلاس میباشند رینگ به صورت جسم صلبی میباشد که ارتباط توپی چرخ با تایر را برقرار میکند.
2- تایر
تایر یک سازه لاستیکی چند لایه که هریک از لایهها دارای یک زمینه لاستیکی از جنس مواد پلیمری و الیاف استحکام بخش از جنس استیل ، نایلون و ریون میباشد .
مواد لاستیکی به کار رفته در تایرها دارای قابلیت انعطاف پذیری و حالت ارتجاعی میباشد.
انواع تایر
تایرها به لحاظ شکل ساختمانی به دو دسته تقسیم میشوند:
1- تایر بایاس
2- تایر رادیال
تفاوت تایرهای بایاس و رادیال در زاویه الیاف آن ها نسبت به محور چرخ است . که به آن زاویه آج میگویند . این زاویه در تایرهای بایاس در حدود 40 درجه است و جهت الیاف از هر لایه به لایه دیگر تغییر میکند . اما در تایرهای رادیال جهت الیاف 20 درجه و در اولین لایه عمود بر محیط تایر میباشد. یعنی الیاف در جهت شعاعی میباشند ولی در لایه های بعدی الیاف دارای زاویه 20 درجه است به طوری که جهت الیاف از هر لایه به لایه دیگر تغییر میکند.
اکنون استفاده از تایرهای رادیال در خودروهای سواری متداول شده است. ولی هنوز در خودروهای باری و موتورسیکلت ها استفاده از تایر بایاس معمول است .
تایرهای رادیال به دلیل انعطاف بدنه تایر دارای راحتی سفر مناسبی هستند ولی به لحاظ پایداری جانبی ضعیفتر هستند که برای رفع این عیب از زاویه آج روی لایه اصلی استفاده میشود. در تایرهای رادیال تلفات انرژی در حدود 60 درصد تایرهای بایاس است . به همین دلیل تایرهای رادیال باعث کاهش مصرف سوخت میگردند، چسبندگی لاستیکهای رادیال باسطح جاده بیشتر بوده عملکرد بهتری در جادههای خیس و عملکرد موثری در پیچ ها و به هنگام ترمز گیری دارند. همچنین عمر تایرهای رادیال بیشتر از تایرهای بایاس است.
انواع تایر به لحاظ استفاده از تیوب
1- تایر تیوب دار 2- تایر تیوبلس
استاندارد مشخصات تایر
در روی تایر نوشته هایی وجود دارد که بیان کننده مشخصات تایر است که با مثال به توضیح این مفاهیم میپردازیم.
P195/70R14
حرف P بیانگر نوع خودرو است . که کاربرد تایر را برای نوع خودرو مشخص میکند.
(حرف P برای خودروهای مسافرتی ، حرف C برای خودروهای تجاری و برای کامیون ها از حرف T استفاده میشود.)
عدد 195 بیان گر پهنای تایر بر حسب میلیمتر است.
عدد 70 بیانگر نسبت ارتفاع به پهنای تایر بر حسب درصد است.
حرف R مشخصه تایر رادیال است . برای لاستیک های بایاس از خط تیره استفاده میشود .
عدد 14 بیانگر قطر تایر است .
گاهی اوقات در ادامه علائم اعداد دیگری وجود دارد که بیان کننده میزان بار مجاز و یا بیانگر سرعت مجاز است .
به طور مثال :
C 295 / 80 R 22.5 152 148 M
که اعداد 295 ،80، 22.5 مانند مثال قبل پهنای تایر ، نسبت پهنا به ارتفاع و قطر رینگ است .و حرف Cنشانگر تجاری بودن خودرو و Rنشانگر تایر رادیال است.
عدد 152 شاخص مقدار بار مجاز قابل تحمل تایر است که معادل 3350کیلوگرم است که این مقادیر معادل توسط
تولید کنندگان ارائه میگردد.
عدد 148 شاخص مقدار بار قابل تحمل توسط یک چرخ در حالتی که دو تایر در کنار هم استفاده شوند که معادل 3150 است .
حرف M نشانگر حداکثر سرعت مجاز است که معادل 130 کیلومتر بر ساعت است .
بالانس چرخ
بالانس چرخ خودرو یکی از مهم ترین مواردی است که پیش از رانندگی باید به آن توجه کنید. بالانس یا تعادل چرخ های خودرو با مواردی نظیر افزایش طول عمر لاستیک، کیفیت سواری و پایداری خودرو ارتباط مستقیم دارد و عدم توجه به آن می تواند زیان های مالی و حتی جانی قابل توجهی را برایتان به همراه داشته باشد.
اگر توزیع جرم چرخ نامتقارن باشد چرخ در هنگام گردش دچار لرزش میشود برای برطرف کردن این نقیصه وزنههایی به چرخ اضافه میشود تا توزیع جرم یکسان شود . بالانس به دو روش استاتیکی و دینامیکی انجام میشود.
بالانس استاتیکی
در روش استاتیکی که به روش ایستا نیز معروف است، چرخ بر روی یک محور افقی قابل گردش نصب می شود. در این صورت چنانچه چرخ نامتعادل باشد به دلیل وزن بیشتر پایین تر قرار می گیرد. حال جهت ایجاد تعادل، وزنه ای با وزن مناسب و در نقطه مقابل آن و بالای رینگ تعبیه می شود. چنانچه وزنه ها به صورت صحیح انتخاب شده و درست جانمایی شوند، نامتعادلی از بین خواهد رفت.
بالانس دینامیکی
روش دینامیکی که به روش پویا نیز معروف است یک گام رو به جلوتر برداشته و علاوه بر تعیین نقاط نامتعادل که در روش ایستایی ذکر شد، عدم توازن چرخ ها نسبت به صفحه تقارن عمودی را نیز می سنجد و در صورت مشاهده عدم تعادل، با بالانس و هم وزن کردن چرخ ها نسبت به صفحه متقارن عمودی رفع می شود.
Offset
فاصله وسط رینگ تا محلی که رینگ بر روی دیسک بسته می شود را Offset می گویند و بر سه نوع می باشد.
2- زوایای چرخ ها
1- زاویه کمبر
زاویه ای است که حاصل از امتداد خط عمود بر سطح جاده و امتداد تایر است را زاویه کمبر می گویند(با دید از جلو به خودرو)
1- در صورتی که تایرها کاملاً عمود بر روی سطح جاده باشند، زاویه کمبری وجود نخواهد داشت (کمبر صفر)
2- اگر چرخ به بیرون شیب داشته باشد کمبر مثبت است
3- اگر به داخل شیب داشته باشد کمبر منفی است.
زاویه کینگ پین
به زاویه ای که بین خط فرضی عمود بر تایر (از نمای روبرو) و اهرم محور فرمان بوجود می آید زاویه محور چرخ یا گینگ پین گویند.
تنظیم صحیح این زاویه نیز به پایداری و خوش فرمانی اتومبیل یاری میرساند و برگشت پذیری فرمان را نیز تسهیل مینماید.
کینگ پین نام یک پین در بعضی از خودروها است در مواردی که کینگ پین وجود ندارد به جای آن راستای اتصال سیبکهای سگدست برای زاویه کینگ پین در نظر گرفته میشود.
دلایل استفاده از کمبر وکینگ پین
1-حذف لقی در کینگ پین و اتصالات سگدست به محور
2-بهبود پایداری خودرو در اثر اعمال نیروهای جانبی
3-جلوگیری از کشیده شدن خودرو به سمت کنارههای جاده
4-اعمال راحتتر زاویه فرمان
5- هماهنگ نمودن چرخ با ناهمواریهای جاده
6- تاثیر در میزان لاستیک سابی
7- افزایش پایداری خودرو در پیچ جاده
زاویه کستر
کستر به زاویه امتداد محور فرمان (فنرها) با شعاع عمودی چرخ خودرو گفته می شود( با نگاه از نمای جانبی به خودرو)
دوچرخه مثال خوبی برای توصیف زاویه کستر می باشد.اگر دو شاخه دوچرخهای کاملاً عمود به زمین است این دوچرخه دارای کستر صفر است
بخش بالایی دوشاخه جلوی تمام دوچرخه ها که چرخ جلو بر روی آن نصب می شود، به سمت عقب تمایل دارد که باعث ایجاد کستر مثبت در چرخ دوچرخه می شود.
زاویه کستر معمولادر محدوده-./5 تا 2 درجه انتخاب میشود و مقدار آن زمانی مثبت است که کینگ پین به سمت عقب متمایل باشد. در این حالت مثبت نقطه اثر نیروی اتصال محور سگدست در جلوی محل تماس چرخ با زمین قرار میگیرد در نتیجه پایداری خودرو اندکی افزایش مییابد. هرچه این زاویه بیشتر باشد گرداندن فرمان مشکلتر ولی لرزش فرمان کمتر است.
زاویه Toe -in یا همگرایی
زاویه Toe -in یا همگرایی چرخ ها مربوط به حالت و زاویه ای است که نوک چرخ ها نسبت به یکدیگر دارند. هر گاه سر چرخ ها (قسمت جلویی تایره) به سمت یکدیگر متمایل شوند این حالت را Toe in یا همگرایی گویند که برای حذف لقی ناشی از تلرانسهای سیستم فرمان است.
زاویه واگرایی
Toe -out
اگر جلو تایرها از هم دور شوند، Toe out یا واگرایی اتفاق افتاده است. تنظیمات این قسمت نیز بسته به اتومبیل ها متفاوت است و طراحان سعی میکنند با توجه به شرایط اتومبیل زاویه را طوری قرار دهند که در هنگام حرکت و اعمال نیروی پیش برنده، چرخ ها تقریباً موازی با یکدیگر (و در راستای طول اتومبیل) قرار گیرند. ضمناً تنظیم این زاویه نیز در سایش یکنواخت لاستیک ها و فرمان پذیری بهتر موثر میباشد.
البته باید مد نظر داشت که ضرورت دارد در هنگام حرکت راستای چرخ ها باهم برابر باشند.
زاویه لغزش
عبارت است از زاویه بین صفحه تایر و جهت آج های تایر در محل تماس تایر با زمین که همان جهت غلتیدن تایر می باشد . علت بوجود آمدن زاویه لغزش ناشی از ثابت ماندن نقطه تماس لاستیک بر روی سطح جاده در هنگام دور زدن خودرو می باشد. یعنی با گرداندن چرخ ها زاویه صفحه تغییر میکند ولی آج ها که در تماس با سطح جاده هستند در جای خود باقی می مانند و باعث بوجود آمدن زاویه لغزش میگردند که روی ایجاد نیروهای جانبی چرخ ها و قابلیت فرمان پذیری خودرو تاثیر میگذارند.
هندسه آکرمن
در هنگام گردش خودرو چرخ های جلو به یک اندازه نمیچرخند بنابراین چرخ های جلو باید از هندسه خاصی تبعیت کنند تا بتوانند بدون لغزش و صرفا با غلتش،مسیر حرکت خود را طی کنند با عبارت دیگر سازگار عمل کنند به این هندسه ،هندسه آکرمن میگویند. بر طبق هندسه آکرمن چهار چرخ باید حول یک مرکز دوران گردش نمایند.برای بدست آوردن مرکز دوران ، خطی که بیانگر محور عقب است را رسم میکنیم سپس بر هریک از چرخ های جلو یک خط عمود میکنیم دو خط باید یکدیگر را در نقطه ای بر روی راستای محور عقب قطع نمایند که این نقطه همان مرکز دوران میباشد . اگر خطوطی که بر چرخ های جلو عمود شده یکدیگر را روی یک نقطه روی راستای محور عقب قطع ننمایند بدین معنی است هندسه آکرمن رعایت نشده است.
در صورتیکه هندسه آکرمن رعایت نگردد به هنگام گردش چرخ ها دچار لغزش شده و سیستم دچار لاستیک سابی میشود و در این وضعیت گرداندن فرمان مشکل است.
3- فواصل مهم برای چرخ ها و شاسی
فاصله محوری: به فاصله مرکز محور عقب تا مرکز محور جلو فاصله محوری می گویند
.در خودروهایی که چندین محور دارند فاصله بین مرکز محور جلو تا مرکز اولین محور عقب فاصله محوری است
فاصله بین چرخ های یک محور Track: به فاصله مرکز چرخ راست تا مرکز چرخ چپ رو یک محور میگویند.در کامیون ها که در هرطرف محور دو چرخ دارند نقطه وسط بین دوچرخ فاصله ترک می گویند
فاصله معلق در جلو: به فاصله مرکز محور جلو تا جلوترین نقطه خودرو میگویند.
فاصله معلق درعقب: به فاصله مرکز محور عقب تا انتهاییترین نقطه خودرو میگویند.
لقی زمین: به پائینترین نقطه مرکزی زیر خودرو از سطح زمین میگویند.
قطر دایره گردش: عبارت است از قطر کوچکترین دایرهای که خودرو میتواند به طور کامل درون آن با یک فرمان گردش کند. بدون آنکه خودرو از آن خارج گردد. یا به عبارتی دیگر کمترین فاصله بین دو دیوار که خودرو میتواند با یک فرمان در بین آنها گردش کند.
زاویه شیب: حداکثر زاویه شیبی است که به یک سطح افقی منتهی میشود و بدون این که زیر خودرو گیر نماید خودرو
می تواند از آن عبور کند.
زاویه نزدیک شدن: حداکثر زاویه یک شیب با سطح افق میباشد به گونهای که در هنگام رسیدن خودرو به این شیب بدون این که جلوی خودرو گیر کند، خودرو از آن شیب بالا برود.
زاویه دور شدن: حداکثر زاویه یک شیب با سطح افق میباشد به گونهای خودرو پس از عبور از سطح شیب دار و رسیدن به یک سطح افقی بتواند به مسیر خود ادامه دهد بدون این که انتهای خودرو به آن شیب گیر کند.
منابع
خرزان ،مهدی،سیستم های هدایت فرمان ،مشهد ،جهان فردا ،1389