گشتاور چگونه کار می کند

گشتاور چگونه کار می کند؟

اگر درباره ی انتقال قدرت دستی مطاله ای داشتید، شما می دانید که یک موتور از راه کلاچ به جعبه دنده مرتبط شده است. خودرو بدون این ارتباط قادر نخواهد بود به طور کامل بایستد، مگراینکه موتور را خاموش کنیم. اما خودروها ی با انتقال قدرت خودکار، هیچ کلاچی ندارند که انتقال قدرت را از موتور قطع کند. در عوض ، انها از یک قطعه ی شگفت انگیز که مبدل گشتاور نامیده می شود، استفاده می کنند. مبدل ممکن است زیاد عالی به نظر نرسد ولی چند چیز جالب درون قسمت داخلی آن وجود دارد.
در این مقاله ما می آموزیم که چرا خودروهای دنده اتوماتیک به یک مبدل گشتاور نیاز دارند ، مبدل گشتاور چطور کار می کند و چه چیزها از معایب و مزایای آن هستند.

مقدمه :
درست مانند خودروهای دنده دستی ، خودروهای دنده اتوماتیک هنگامی که چرخها و چرخ دنده ها در گیربکس توقف می کنند، به راهی برای اجازه دادن به چرخش موتور احتیاج دارند. خودروهای دنده دستی از یک کلاچ استفاده می کنند که موتور را به طور کامل از جعبه دنده جدا می کند. خودروهای دنده اتوماتیک از یک مبدل گشتاور استفاده می کنند.

مبدل گشتاور یک نوع کوپلینگ هیدرولیکی است ، که اجازه می دهد موتور به مقدار کمی ازادانه و جداگانه از جعبه دنده بچرخد.اگر موتور به طور اهسته در حال گردش است ، همچون زمانی که خودرو درپشت چراغ قرمز توقف کرده، مقدار گشتاور رد شده داخل مبدل گشتاور خیلی کم است ، بنابراین برای نگه داشتن خودرو فقط یک فشار کم روی پدال ترمز لازم دارد.
اگر شما زمانی که خودرو ایستاده بود پدال گاز را فشار می دادید ، مجبور بودید برای نگه داشتن خودرو از حرکت، فشار بیشتری روی پدال ترمز وارد کنید. این به خاطر این است که هنگامی که شما پا روی پدال گاز می گذارید ، سرعت خودرو بالا می رود و درون مبدل گشتاور سیال بیشتری ارسال می شود که سبب بیشتر شدن گشتاور انتقال داده شده به چرخ ها می شود.

اجزای مبدل گشتاور :
در شکل نشان داده شده زیر ، چهار قطعه درون بدنه خیلی محکم مبدل گشتاور وجود دارد.
●پمپ
●توربین
●استاتور
●سیال جعبه دنده

بدنه مبدل گشتاور به فلایویل موتور پیچ شده است، بنابراین مبدل با هر سرعتی که موتور می گردد، گردش می کند.پره هایی که پمپ کردن مبدل گشتاور را ایجاد می کنند به بدنه وصل شده اند ، بنابراین سرعت انها هم با سرعت موتور یکی است.
شکل برش خورده ی زیر نشان می دهد هر قطعه ای به چه صورت درون مبدل گشتاور بسته شده است.

اجزا مبدل چگونه به گیربکس و موتور متصل شده اند
پمپ درون یک مبدل گشتاور یک نوع پمپ گریز از مرکز (پمپ سانتریفیوژ) است. همچنانکه مبدل می چرخد، سیال به بیرون پرت می شود ، تقریبا مانند چرخش دورانی یک ماشین لباس شویی ،که آب و لباس ها را به طرف بیرون جداره ی ماشین لباس شویی پرتاب می کند. در صورتی که سیال به بیرون پرتاب شود ، یک خلا ایجاد می شود که سیال بیشتری را به مرکز می کشد.

مقطع پمپ که به بدنه ی مبدل گشتاور متصل است.
سپس سیال وارد تیغه های توربین، که به گیربکس متصل است، می شود. توربین باعث چرخش گیربکس می شود که بطور اساسی خودروی شما را حرکت می دهد.
شما در شکل زیر می توانید ببینید که تیغه های توربین کج شده هستند. این به این معنا است که سیالی که از بیرون توربین( پمپ) به آن وارد می شود، قبل از خارج شدن ان از مرکز توربین،یک تغییر مسیر دارد. این تغییر مسیر است که باعث چرخش توربین می شود.

توربین مبدل گشتاور : هزار خار وسط را به خاطر بسپارید.این جایی است که به آن گیربکس متصل می شود.
برای تغییر مسیر صحیح یک شئ متحرک، شما باید نیرویی به ان اعمال کنید. مهم نیست که شئ یک خودرو است و یا یک قطره سیال. و هر نیرویی که باعث تغییر مسیر شئ شود،عکس العملی دارد که باعث تغییر مسیر منشا نیرو می شود. بنابراین توربین باعث تغییر مسیر سیال می شود، و سیال باعث چرخش توربین می شود.
سیالی که از مرکز توربین خارج می شود، در یک مسیر متفاوت نسبت به زمانی که وارد شده بود، حرکت می کند. اگر به پیکان های شکل بالا نگاه کنید، می توانید ببینید سیالی که از توربین متحرک خارج می شود در خلاف جهتی است که پمپ (و موتور) می چرخد. اگر سیال اجازه داشته باشد به پمپ ضربه بزند، باعث اتلاف نیرو و کند کار کردن موتور می شود. این دلیلی است که مبدل گشتاور یک استاتور دارد.

استاتور سیال بازگشتی از توربین را به پمپ می فرستد. این راندمان مبدل گشتاور را بهبود می بخشد. توجه کنید که هزار خار استاتور به یک کلاچ یکطرفه متصل است.
استاتور در مرکز مبدل قرار دارد. وظیفه ی ان هدایت دوباره ی سیال خروجی از توربین است قبل از اینکه به پمپ ضربه بزند. این به طور چشمگیری راندمان مبدل گشتاور را افزایش می دهد.
استاتور یک تیغه ی طراحی شده خیلی تهاجمی دارد که مسیر سیال را تقریبا به طور کامل وارونه می کند. یک کلاچ یکطرفه (داخل استاتور) استاتور را به یک شافت ثابت در گیربکس ارتباط می دهد( مسیری که کلاچ اجازه دارد گردش کند در شکل بالا ملاحظه می شود). به خاطر این طرح هنگامیکه سیال به پره های استاتور برخورد می کند استاتور نمی تواند با نیروی سیال برای تغییر مسیر ، بچرخد.و می تواند فقط در جهت مخالف بچرخد.
وقتی خودرو حرکت می کند یک اتفاق کوچک قدری فریبنده رخ می دهد. یک نقطه در نزدیکی سرعت 40 مایل بر ساعت یا 64 کیلومتر بر ساعت که هر دو تای پمپ و توربین تقریبا با سرعت یکسان می چرخند(پمپ همیشه کمی سریع تر گردش می کند). در این نقطه، سیال از توربین برگشته، وارد پمپ متحرک در مسیر یکسان می شود، درنتیجه نیازی به استاتور نیست.
با وجود اینکه توربین مسیر سیال را تغییر دهد و آن را به پشت پرتاب کند، به دلیل آنکه که توربین در جهتی سریعتر از سیال پمپ شده در جهت دیگر می چرخد، سیال آرام در مسیری که توربین می چرخد خاتمه می یابد. اگر شما در پشت وانت با سرعت 60 مایل بر ساعت می ایستادید، و شما یک توپ را با سرعت 40 مایل بر ساعت به عقب پرتاب کنید، توپ با سرعت 20 مایل بر ساعت به جلو پیشروی می کند. این شبیه چیزی است که در توربین رخ می دهد: سیال در یک مسیر به عقب پرتاپ می شود، اما نه با سرعت عازم شدن آن که در جهت دیگر روانه می شد.
در این سرعت ها سیال در حقیقت به طرف پشت تیغه ی استاتور ضربه می زند، و باعث آزادگردی آن روی کلاچ یکطرفه اش می شود بنابراین مانع حرکت سیال در آن نمی شود.
مزایا و معایب:
درجمع وظیفه ی خیلی مهم مبدل این است که خودرو شما بدون خاموش شدن موتور ایست کامل کند ، در واقع مبدل گشتاور ،گشتاور بیشتری به خودرو شما بواسطه ترمز دهد.مبدل های گشتاور جدید میتوانند گشتاور را از دو به سه برابر افزایش دهند. این نتیجه زمانی اتفاق می افتد که موتور سریعتر از چرخها(سیستم انتقال قدرت) می گردد.
در سرعت های بالا ، جعبه دنده تقریبا در یک سرعت یکسان با موتور، حرکت را از موتور می گیرد.به طور مطلوب اگرچه سیستم انتقال قدرت تمایل دارد عینا با سرعت یکسانی با موتور حرکت کند،ولی به دلیل این اختلاف سرعت قدرت تلف می شود.این قسمتی از این دلیل است که خودروهای اتوماتیک نسبت به خودروهای دنده دستی بدتر گاز می خورد.
برای مقابله کردن با این اثر، بعضی خودروها یک مبدل گشتاور با قفل کلاچ دارند.هنگامی که نیمه های مبدل گشتاور به سرعت بالایی می رسند، این کلاچ انها را به هم وصل می کند،برای رفع کردن لغزش و بهبود بخشیدن راندمان.
گشتاور نیرو
عامل موثر در گشتن هر جسم به دور محوری را گشتاور نیرو می نامند.

دید کلی
* آیا تابحال به این فکر کرده اید که چرا آچار بلند مهره محکم را آسانتر باز می کند؟
* دو نفر با وزنهای متفاوت در دو سوی الاکلنگ چگونه باید بنشینند تا توازن برقرار شود؟
* چرا احتمال واژگون شدن یک ماشین مسابقه از یک ماشین معمولی کمتر است؟
برای پاسخگویی به این سوالها باید ببینیم نیروها چگونه می توانند باعث چرخش شوند. به عنوان مثال در نظر بگیرید می خواهید وارد اتاقی شوید، برای اینکار نیرویی عمودی بر در وارد می کنید، در حول لولا (محور) شروع به چرخش می کند و باز می شود هر چه بزرگتر باشد در راحت تر باز می شود. اگر بار دیگر همین نیرو را به نقاط دورتر در که به لولا نزدیکترند وارد کنید در براحتی باز نخواهند شد، به این ترتیب نتیجه می گیریم که هر چه فاصله نقطه اثر نیرو از محور چرخش دورتر باشد و نیز هر چه اندازه نیروی وارد بر در بیشتر باشد در راحت تر باز می شود.
خصوصیات گشتاور نیرو
* گشتاور نیرو کمیتی برداری است و مقدار بردار گشتاور نیرو برابر است با حاصلضرب نیرو در فاصله عمودی آن از محوری که جسم به دور آن می گردد.
* گشتاور نیرو با حرف (با تلقط تاو) نمایش داده می شود.
* فاصله عمودی نیرو از نقطه ای که جسم حول آن می گردد را بازوی گشتاور می نامند.
* نقطه چرخش را می توان روی تکیه گاه جسم یا روی محور چرخش جسم در نظر گرفت.
* رابطه گشتاور نیرو (d بازوی گشتاور) (مقدار نیرو × بازوی گشتاور)
* یکای گشتاور نیرو ، نیوتن متر () است.
روش دیگر محاسبه گشتاور نیرو
برای محاسبه گشتاور نیرو می توانیم نیروی را به دو مولفه عمود بر هم تجزیه کنیم، بطوری که یکی از مولفه ها از محور دوران یا گذشته و دیگری عمود بر این محور باشد. حال نیروی را به دو مولفه و روی این دو محور تجزیه می کنیم، گشتاور نیروی برابر برآِیند گشتاورهای دو نیروی – است. پس گشتاور هر یک از نیروهای و را محاسبه می کنیم، برآیند این دو گشتاور ، گشتاور کل را تشکیل می دهد. اما بازوی گشتاور نیروی برابر صفر است.

علامت گشتاور نیرو
اگر گشتاور نیرو ، جسم را در جهت مثلثاتی دوران دهد علامت آن مثبت و اگر در خلاف جهت مثلثاتی دوران دهد علامت آن را منفی در نظر می گیرند.
گشتاور صفر
نیروهایی که امتداد آنها از نقطه عبور می کند گشتاور نیرویی نسبت به این نقطه ندارند. بنابراین نیرویی که تکیه گاه بر میله وارد می کند دارای گشتاور صفر می باشد.
قانون گشتاورها
در یک جسم متعادل ، جمع گشتاورهای پاد ساعتگرد با جمع گشتاورهای ساعتگرد ، حول هر نقطه دلخواه برابر است.
تعادل
جسمی را در حال تعادل گویند که هر دو شرط زیر درباره آن درست باشد:

* برآیند نیروهای وارد بر آن صفر باشد.
* جمع گشتاور نیروهای ساعتگرد حول هر نقطه ، برابر جمع گشتاور نیروهای پاد ساعتگرد حول همان نقطه باشد.
به کمک معادله های مربوط به روش فوق می توان اندازه نیرویی مجهول ، یا فاصله نقطه اثر آنها از نقطه چرخش را حساب کرد. برای انجام این کار:

* جهتهایی را انتخاب کنید که معادله های نیروها را آسان می کنند. برای مثال برآیند نیروهای رو به بالا و برآیند نیروهای رو به پایین همیشه باهم برابرند.
* نقطه چرخش را انتخاب کنید که محاسبه گشتاورها را آن می سازد، اگر بیش از دو نیرو وجود دارد نقطه چرخش را جایی انتخاب کنید که یکی از نیروها در آنجا به جسم وارد می شود، در این صورت گشتاور نیرو حول آن نقطه چرخش صفر می شود، بنابراین محاسبه ساده تر خواهد شد.
جفت نیرو
دو نیرو که اثر چرخش یکدیگر را خنثی می کنند جفت نیرو نام دارند و شرط زیر را دارند:

* اندازه آنها برابر و جهت آنها مخالف است.
* بر روی یک خط راست عمل نمی کنند.
* گشتاوری بر جسم وارد می کنند و بنابراین تمایل دارند که آنرا بچرخاند.
* برآیند آنها صفر است.
* اندازه گشتاور نیرو (جفت نیرو) برابر است با حاصلضرب اندازه یکی از نیروها ضربدر فاصله دو نیرو از هم.

فهرست مطالب
مقدمه : 2
اجزای مبدل گشتاور : 3
اجزا مبدل چگونه به گیربکس و موتور متصل شده اند 5
مزایا و معایب: 9
گشتاور نیرو 9
دید کلی 9
خصوصیات گشتاور نیرو 10
روش دیگر محاسبه گشتاور نیرو 10
علامت گشتاور نیرو 11
گشتاور صفر 11
قانون گشتاورها 11
تعادل 11
جفت نیرو 12

7