میل لنگ

میل لنگ یک شفت چرخان (به همراه دسته شاتون) است که حرکت رفت و برگشتی پیستون ها را به حرکت چرخشی تبدیل می کند. میل لنگ ها معمولأ در موتورهای احتراق داخلی به کار گرفته می شوند و شامل یک سری لنگ و پین مربوط به هر لنگ هستند که  شاتون ها  وسیله  آن ها به میل لنگ متصل می شوند. میل لنگ در درون موتور با استفاده از یاتاقان های اصلی می چرخد و شاتون ها نیز با استفاده از یاتاقان های مخصوص به خود بر روی آن حرکت می کنند. میل لنگ ها معمولأ فلزی هستند و امروزه اکثر آن ها از آهن آهنگری (فورج) ساخته می شوند.

میل لنگ (نشان داده شده با رنگ قرمز)، پیستون ها و دسته شاتون (خاکستری)، سیلندرها (رنگ آبی) و فلایویل (مشکی) در یک موتور 4 سیلندر با آرایش خطی

تاریخچه میل لنگ

یک میل لنگ فلزی با کاربرد ناشناخته مربوط به قرن دوم قبل از میلاد در منطقه آگوستا راریکا (Augusta Raurica) در سوئیس پیدا شد. یک میله به طول 5/82 سانتیمتر به یک دستگیره برنزی به طول 15 سانتیمتر متصل شده است و دستگیره بعدی نیز پیدا نشده است.

میل لنگ رومی متعلق به قرن دوم قبل از میلاد، دستگیره سمت راست موجود نمی باشد.

اولین مدرک برای استفاده از میل لنگ و شاتون در ماشین ها مربوط به اره آبی هایرآپولیس (Hierapolis) رومی قرن سوم پیش از میلاد و دو اره آبی در گراسا (Gerasa) و افسوس (Ephesus) هر دو مربوط به قرن ششم پیش از میلاد می باشد. در قسمت ابتدایی این اره آبی یک چرخ آبی با استفاده از سیستم انتقال، قدرت را در جعبه دنده به دو اره منتقل می-کند و این اره ها بلوک های مستطیل شکل را اره می کنند. لوح کنده کاری شده همراه با این اره به زبان یونانی نوشته شده است.

مکانیسم میل لنگ و شاتون دو اره آبی دیگر بدون استفاده از جعبه دنده کار می کرد. در متون باستانی ما موفق به یافتن مراجعی نوشته شده توسط شاعر قرن چهارم آسونیوس (Ausonius) در مورد نحوه کار اره های آبی در منطقه ترایر (Trier) در آلمان کنونی شدیم. در همین موقع، این آسیاب ها توسط سنت گریگوری از نیسای آناتولی (Nyssa Anotolia)  نیز گزارش شده بود که نشان دهنده گستره استفاده از نیروی آب در سرتاسر امپراتوری روم بود. این سه یافته تاریخ استفاده از میل لنگ را هزار سال به عقب راند. برای اولین بار، تمامی اجزای مورد نیاز یک موتور بخار توسط یک تمدن فنی ساخته شده بود:

با سیستم میل لنگ و شاتون، تمامی اجزای مورد نیاز برای ساخت یک موتور بخار (اختراع در سال 1712) یعنی هیرو آلیپایل (Hero Aeolipile - چرخ گردان بخار برای تولید نیروی بخار)، سیلندر و پیستون (در پمپ های نیروی فلزی)، شیرهای یک طرفه (در پمپ های آبی)، جعبه-دنده (در آسیاب ها و ساعت ها) در دوره رومیان شناخته شده بود.

یک اره آبی رومی مربوط به قرن سوم پیش از میلاد، اولین ماشینی که از میل لنگ و شاتون استفاده کرده است.

میل لنگ در قرون وسطی

فیزیک دان ایتالیایی گوویدو دا ویگوانو (Guido da Vigevano) (1280-1349)، در طی یک جنگ صلیبی، طرحی از یک قایق پارویی و حمل کننده جنگی که با استفاده از نیروی انسانی و با استفاده از میل لنگ و چرخ دنده (در مرکز تصویر) کار می کرد، کشید. دیوان لوترل مربوط به سال 1340، در خود شرحی از یک سنگ آسیاب دارد که توسط دو میل لنگ می چرخد، هر کدام در انتهای محور خود؛ چرخ  آسیاب دنده ای که توسط یک یا دو میل لنگ کار می کرد بعدها در قرن 15 میلادی ظاهر شد.

حمل کننده جنگی ویگوانو (Vigevano)

 میل لنگ در رنسانس

اولین مورد از میل لنگ های پیچیده در ابزارآلات تجاری در بین سال های 1420 الی 1430 در مناطق اروپای شمالی به وجود آمد. استفاده رو به گسترش از میل لنگ پیچیده در کارهای ناشناس جنگ های هاسیت، یک نویسنده مهندس ناشناس آلمانی که در مورد تکنولوژی های نظامی مطالبی می نوشت آمده است: اول شاتون به میل لنگ اضافه شد، دوم میل لنگ های دوتایی نیز مجهز به شاتون شد و سوم فلایویل (چرخ لنگر) برای خروج از وضعیت نقطه مرگ به میل لنگ اضافه شد.

در ایتالیای دوران رنسانس، اولین مورد مشاهده شده از میل لنگی پیچیده و شاتون در کتاب های طراحی تاکولا (Taccola) دیده شد، اما این دستگاه هنوز هم موجب سوءتفاهم شده است. پیسانلو (Pisanello) بعدها طرحی از یک پمپ پیستونی که توسط نیروی آب به چرخش درمی آمد و توسط دو میل لنگ ساده و دو شاتون حرکت می کرد، در کتابش یادداشت کرد.

قایق با چرخ های پدالی در قرن 15 ام که در آن پدال زنندگان با استفاده از یک میل لنگ تک-مرحله ای چرخ را به گردش درمی آورند. (مربوط به ناشناس جنگ های هاسیت (Hussite))

یکی از طرح های ناشناس جنگ های هاسیت قایقی را با یک جفت از چرخ های پدالی نشان می-دهد که هر کدام توسط مردی با استفاده از میل لنگ به حرکت درمی آمد. این ایده بعدأ توسط روبرتو والتوریو (R. Valturio) ایتالیایی در سال 1463 بهبود یافته و او قایقی با 5 دسته میل لنگ موازی ساخت که تمامی میل لنگ ها توسط یک شاتون به یک منبع قدرت مشترک متصل می شدند. این ایده توسط هم وطن او فرانچسکو دی جورجیو (F.D. Giorgio) نیز اجرا شده بود.

میل لنگ ها همچنین در آثار کنراد کیه سر (Konrad Kyeser, 1405)، لئوناردو داوینچی (1452-1519) و یک کشاورز هلندی به نام کورنلیس کورنلیسزون (C. Cornelisxoon) در 1592 آمده است. اره بادی او با استفاده از یک میل لنگ نیروی چرخشی را به حرکت رفت و برگشتی اره تبدیل می کرد. کورنلیزون برای این اختراع حق ثبتی در سال 1597 دریافت نمود.

از قرن 16 ام به بعد، استفاده از میل لنگ در ماشین های مختلف بسیار گسترده شد: کتاب ماشین های مختلف و کاربردهای آن ها نوشته شده توسط آگوستینو راملی (A. Ramelli) در سال 1588 به تنهایی هجده مثال در خود داشت، عددی که در کتاب مکانیک جورج آندرس بوکلر (G.A.Bockler) به 45 عدد رسید.

پمپ بالابر آب که توسط میل لنگ و شاتون کار می کند (Georg Andreas Bockler, 1661)

میل لنگ در خاور دور و خاورمیانه

الجزاری (1136-1206) در دو عدد از ماشین های بالابر آب خود از سیستم شاتون و میل لنگ استفاده نموده است. پمپ دو سیلندری او از یک میل لنگ استفاده می کرد هرچند که پیچیدگی غیر ضروری این ماشین حکایت از عدم فهم کامل او از اصول تبدیل نیرو داشت. در چین، توانایی تبدیل حرکت چرخشی به رفت و برگشتی توسط میل لنگ هرگز به درستی شناخته نشد و تا قرن 20ام استفاده از میل لنگ در چین اصلا مرسوم نبود.

طراحی میل لنگ

میل لنگ توسط بدنه موتور و یاتاقان های اصلی نگه داشته می شود و اجازه دارد که در درون موتور چرخش کند. حرکت بالا پایین هر پیستون از طریق شاتون به میل لنگ منتقل می شود. معمولأ یک فلایویل (چرخ لنگر) به یکی از دو انتهای میل لنگ متصل می شود تا انرژی چرخشی را ذخیره کرده و سرعت ثابتی به میل لنگ در حین دریافت پالس های منقطع انرژی از پیستون ها بدهد. این عمل به همراه استفاده از یک دمپر هارمونیک که در دیگر انتهای میل-لنگ بسته می شود، منجر به تحویل یکنواخت انرژی می شود و ارتعاشات چرخشی را کاهش می دهد.

پیستون (بالا)، شاتون (در وسط) و میل لنگ (پایین) در یک موتور پیستونی

یک میل لنگ تحت استرس های بسیار شدیدی قرار دارد که در بعضی اوقات این بزرگی به بیش از 6/8 تن (19000 پوند) به ازای هر سیلندر می رسد. میل لنگ های موتورهای تک سیلندر معمولأ طراحی ساده تری نسبت به موتورهای چند سیلندر دارند.

میل لنگ ها گاه به صورت یک تکه و یا به صورت پرسی از قطعات جداگانه ساخته می شوند. در اکثر کاربردهای خودرویی (موتورهای چهار مرحله ای) از یک میل لنگ یک تکه به همراه یاتاقان های پوسته ای که بر اساس فشار مداوم روغن موتور کار می کنند، استفاده می شود. این روغن تحت فشار فضای خالی مابین یاتاقان و میل لنگ را پر کرده و منجر به ایجاد یک لایه نازک هیدرودینامیک از روغن می شود که سطوح فلزی را از یکدیگر جدا نگاه داشته و اجازه تماس در حین چرخش را نمی دهد. این لایه روغن بسیار اصطکاک کمی داشته و تا آن هنگام که فشار روغن حفظ شود، می تواند به راحتی نیروی های ایجاد شده توسط پیستون و دیگر اجزا را تحمل کند.

موتورهای دو مرحله ای از یک بدنه میل لنگ آب بند به عنوان بخشی از مکش هوا/سوخت به درون سیلندر استفاده می کنند. به جای آن از توپک چرخان و بلبرینگ های سوزنی استفاده می شود و میل لنگ به جای شاتون دو تکه در موتورهای 4 مرحله ای از چندین قطعه پرس شده به یکدیگر و شاتون یک تکه ساخته شده است. روغن کاری میل لنگ موتور دو مرحله ای توسط روغن مخلوط با سوخت (یا در مخزن سوخت به صورت پیش مخلوط و یا با استفاده از یک سیستم توزیع روغن با سوخت بر اساس دور موتور و بار آن) انجام می پذیرد. در حالیکه بیشتر در موتورهای دو مرحله ای ( همه چیز از اره برقی گرفته تا موتورهای چند سیلندر بزرگ) استفاده می شود اما بعضی از موتورهای قدیمی تر 4 مرحله ای (بیشتر در موتورسیکلت ها) از میل لنگ های این چنینی استفاده می کردند.

طرح شماتیک از نحوه کارکرد یک میل لنگ، شاتون و پیستون

یاتاقان ها در میل لنگ

میل لنگ به دلیل وجود یاتاقان های اصلی است که می تواند در موتور چرخش داشته باشد. از آنجا که میل لنگ تحت بارهای جانبی عظیمی از جانب هر سیلندر قرار داد، یاتاقان ها در مناطق مختلفی از میل لنگ و نه فقط در ابتدا و انتهای آن کار گذاشته شده است. این عامل مهمی در جایگزینی موتورهای خورجینی 8 سیلندر به جای موتورهای خطی 8 سیلندر در دهه 1950 بود. میل لنگ دراز موتورهای قبلی از پیچش ناخواسته در دور موتورهای بالا رنج می بردند. به همین دلیل است که موتورهای با راندمان بالا از انواع ساده تر خود، یاتاقان های بیشتری دارند.

صفحه متقاطع و صفحه تخت

اکثر موتورهای 8 سیلندر خورجینی از میل لنگ هایی با زاویه 90 درجه که مرسوم به ساختار صفحه متقاطع هستند استفاده می کنند (مانند موتور ماژولار فورد و موتور LS جنرال موتور). چندین موتور 8 سیلندر خورجینی با راندمان بالا (مانند فراری 355) از یک میل لنگ صفحه تخت با زاویه 180 درجه استفاده می کنند که به معنی استفاده از 2 موتور 4 سیلندر خطی با یک جعبه میل لنگ مشترک می باشد.

موتورهای صفحه تخت معمولأ قادر به تحمل دور موتورهای بالاتری هستند اگر چه ارتعاش بیشتری خواهند داشت. میل لنگ های صفحه تخت در بسیاری از موتورهای 8 سیلندر خورجینی اولیه استفاده شدند.

بالانس موتور

در بعضی از موتورها لازم است که وزنه های تعادل برای جرم رفت و برگشتی هر پیستون و شاتون برای بهبود بالانس موتور در نظر گرفته شود. این وزنه ها معمولأ بر روی خود میل لنگ موجود است و در گاهی اوقات به آن به وسیله پیچ اضافه می شود.

در سال 1916، شرکت موتور ماشین هادسون (Hudson) شروع به تولید اولین موتورها با استفاده از وزنه های تعادلی در میل لنگ کرد که به موتور اجازه می داد در دور موتورهای بیشتری نسبت به موتورهای معمولی کار کند.

میل لنگ با بازوهای چرخشی

در بعضی از موتورها، میل لنگ شامل اتصال های مستقیمی بین پین های همسایه میل لنگ بدون حضور یاتاقان های میانی مرسوم می باشد. این اتصالات به بازوهای چرخشی مرسوم هستند. از این آرایش گاهی مواقع در موتورهای خورجینی 6 و 8 سیلندر استفاده می شود زیرا به موتور اجازه می دهد با زوایای V مختلفی نسبت به فواصل آتش طراحی شود، در حالی که هنوز هم قادر است با یاتاقان های کمتری نسبت به آنچه که در موتورهای معمولی نیاز است، کار کند. این آرایش وزن کلی و طول موتور را در ازای کاهش در صلبیت و استحکام میل لنگ، کاهش می دهد.

میل لنگ با بازوهای چرخشی (اتصال بومرنگی بین پین های میل لنگ)

افزایش گشتاور در دور پایین موتور

فاصله بین محور حرکت میل لنگ نسبت به محور میل لنگ نشان گر طول حرکت موتور می باشد. اکثر موتورهای خودروهای مدرن تحت عنوان "over square" یا حرکت کوتاه طبقه بندی می-شوند و در آن ها طول حرکت کمتر از قطر داخلی سیلندر می باشد. یک روش مرسوم برای افزایش گشتاور در دور پایین برای یک موتور، افزایش طول حرکت است. به طور معمول، هر چه طول حرکت یک موتور بیشتر شود، قدرت خروجی در دور موتورهای بالاتر کمتر شده و ارتعاش آن بیشتر خواهد شد.

وزنه های تعادلی در میل لنگ

بعضی از میل لنگ های با راندمان بالا همچنین از وزنه های فلزی سنگین تعادلی برای کوچک تر کردن میل لنگ استفاده می کنند. فلز سنگین استفاده شده در اغلب موارد آلیاژی از تنگستن است، اما استفاده از اورانیوم خنثی نیز روشی مرسوم است. یک راه ارزان تر استفاده از سرب است اما چگالی آن در مقایسه با تنگستن بسیار کمتر است.

میل لنگ های چرخشی خلاف جهت

طراحی معمول موتورهای پیستونی به نحوی است که در آن هر شاتون به یک لنگ با زاویه مخصوص به خود متصل می شود. این اختلاف در زوایا منجر به ایجاد  نیروهای جانبی بر روی پیستون می شود و آن را به دیواره سیلندر فشار می دهد. این نیروهای جانبی منجر به ایجاد اصطکاک اضافه بین پیستون و دیواره سیلندر می شوند و ممکن است باعث خوردگی دیواره سیلندر شوند.

به منظور جلوگیری از ایجاد این نیروهای جانبی، هر پیستون می تواند به دو لنگ که در جهات مختلف در چرخش هستند متصل شود تا به این وسیله نیروهای جانبی را خنثی کند. این چیدمان همچنین نیاز به وزنه های تعادلی را از بین می برد و وزن میل لنگ را کاهش می دهد. یک مثال از اولین استفاده ها از این چیدمان مربوط به موتورهای تخت دوگانه ساخته شده در شرکت موتورسازی لنچستر (Lanchester) در سال 1900-1904 می باشد.

ساخت میل لنگ

مرسوم ترین روش ها برای ساخت میل لنگ عبارتند از آهنگری (معمولأ به وسیله فورج غلطکی) یا قالب گیری. اکثر میل لنگ ها به صورت یک تکه ساخته می شوند، اگرچه بعضی از موتورهای کوچکتر با بزرگتر از میل لنگ های چند تکه استفاده می کنند.

اخیرأ آهنگری (Forging) مرسوم ترین روش برای ساخت میل لنگ است زیرا در این حالت میل لنگ وزن کمتر و ابعاد کوچکتری داشته و خاصیت دمپری بهتری خواهد داشت. در میل-لنگ های آهنگری می توان از آهن با میکروآلیاژهای وانادیوم استفاده کرد، زیرا این جنس بعد از رسیدن به مقاومت با هوا خنک شده و نیاز به عملیات حرارتی دیگری (به غیر از سخت کاری سطوح مربوط به یاتاقان) نخواهد داشت. این آلیاژ به دلیل مقادیر کم آلیاژی نسبت به آهن-های با آلیاژ بالا ارزانتر می باشد.

قالب گیری (با استفاده از چدن) امروزه بیشتر برای میل لنگ موتورهای ارزان تر و با راندمان پایین تر استفاده می شود.

میل لنگ ها را می توان همچنین به وسیله ماشین کاری از دل یک تکه آهن درآورد. این میل-لنگ ها به دلیل حجم بالاتر ماده اولیه مورد نیاز برای ساخت و استفاده از ماشین کاری فراوان و عملیات حرارتی پیچیده تر، گران تر هستند. از آنجا که نیازی به ماشین کاری گران قیمت وجود ندارد، این میل لنگ ها معمولأ در موتورهای تولیدی با حجم محدود استفاده می شوند. در یک میل لنگ ماشین کاری شده، جریان فیبری (ناهمگونی محلی در ماده به دلیل فرایند قالب-گیری) از شکل میل لنگ تبعیت نمی کند، اگرچه به دلیل اینکه معمولأ در این نوع میل لنگ ها از آلیاژهای باکیفیت تر نسبت به میل لنگ های آهنگری استفاده می شود، این امر مشکل چندانی به وجود نمی آورد.

میل لنگ آهنگری

بهبود مقاومت در براربر خستگی میل لنگ

به منظور بهبود مقاومت در برابر خستگی، یک قطاع در انتهای هر یاتاقان اصلی و پین لنگ کار گذاشته می شود. این قطاع خود مانع بروز تنش در این نواحی حساس می شود اما از آن جا که در اغلب موارد این قطاع به دور میل لنگ بسته شده خود یک تنش باقی مانده فشاری در سطح ایجاد می کند که از شکل گیری ترک در میل لنگ جلوگیری می کند.

ریز پرداخت (Micro finishing)  یک فرایند سنگ زنی به منظور حصول یک سطح صاف در یک جسم فلزی است که به این وسیله از ایجاد ترک به دلیل تنش خستگی جلوگیری می-کنند.

مجموعه پارتستان ارائه دهنده انواع قطعات لوازم یدکی اصل و با کیفیت است به خصوص لوازم یدکی هیوندای و لوازم یدکی کیا چنانچه در مورد قطعات لوازم یدکی سوالی دارید و یا نیاز به مشاوره دارید میتوانید با شماره های درج شده در سایت تماس حاصل فرمایید.