خودروهای سبز – جلسه ششم

اهداف جلسه : آشنایی با بخش مکانیکی و انتقال نیرو خودروهای خورشیدی
6-1- مقدمه
خودرو تشکیل شده از قطعاتی است که با نظم کنارهم قرار گرفته است. خودروها برای مقاصد مختلف طراحی و ساخته می­ شوند. به عنوان مثال اتوبوس برای جابجا کردن افراد زیاد، کامیون برای حمل بار و ماشین سواری برای جابجا کردن افراد کمتر.
                                                                             شکل 6-1- تریلی (کشنده بار)
                                                               شکل 6-2- اتوبوس برای جابجایی مسافر
                                                                                شکل 6-3- خودرو سواری
خودروها صرف نظر از اندازه آن­ها قطعاتی شبیه بهم دارند.
6-2- بخش مکانیکی خودرو
6-2-1- شاسی
شاسی قطعه ای است که تمامی قطعات اصلی خودرو بر روی آن نصب می­ شود، وظیفه آن نگه داشتن تمامی قطعات کنارهم است. شاسی مانند صفحه پازلی است که با چیدن درست بقیه قطعات کل مجموعه کامل می ­شود. شاسی ­ها در وسایل متفاوتی از جمله گاری، هواپیما، اتوبوس، کشتی و... استفاده می­شود.
                                                                         شکل 6-4- شاسی در گاری­های قدیمی
 
                                                                      شکل 6-5- نمونه ای از شاسی خودرو
در خودروها، شاسى یا فریم در اصل یک چهار چوب و ساختار است، که معمولاً از فولاد سخت به شکل ناودانى ساخته مى شود. بر روى این فولاد سخت، بخش­هایى مانند موتور، سیستم انتقال قدرت، سیستم فنربندی و سیستم ترمز و فرمان نصب مى­شود. باید بدانید مواردى چون تحمل بیشترین میزان وزن و تنش، سبکى، کمترین حجم، سهولت در پیاده سازی سیستم، هزینه پایانى براى اجراى سیستم، توانایى تغییر فرم در نقاط مشخص براى بالاترین میزان جذب ضربه، توانایى حفظ استحکام و عدم تغییر فرم در قسمت­هاى حیاتى براى حفظ توانایى مقاومت، قابلیت تعمیر ساده و بازیابى خصوصیات اولیه و سرانجام انتقال کمترین میزان لرزش و صدا به قسمت هاى درونى اتاق، از خصوصیات یک شاسى خوب است.
                                                              شکل 6-6-  نمونه ای از شاسی خودرو اسباب بازی
6-2-2- سیستم انتقال قدرت
6-2-2-1- موتور خودرو
موتورهای درون‌سوز یا موتورهای احتراق داخلی به موتور‌هایی گفته می‌شود که در آن‌ها مخلوط سوخت و اکسیدکننده معمولاً هوا یا اکسیژن در داخل محفظه بسته‌ای واکنش داده و محترق می‌شوند. بر اثر احتراق گازهای داغ با دما و فشار بالا حاصل می‌شوند و بر اثر انبساط این گازها قطعات متحرک موتور به حرکت درآمده و کار انجام می‌دهند هرچند غالباً منظور از به‌کار بردن اصطلاح موتورهای درون‌سوز، موتورهای معمول در خودروها می‌باشند، با این حال موتورهای موشک و انواع موتورهای جت نیز مشمول تعریف موتورهای درون‌سوز می‌شوند.
موتور درون‌سوز، یک وسیله گردنده است که در خودروها، هلیکوپتر، قایق موتوری، موتورسیکلت­ ها و صنایع کاربرد دارد. بدون بهره‌گیری از موتورهای درون‌سوز، اختراع و ساخت هواپیماها ممکن نبود. تا پیش از پرواز نخستین هواپیمای جت در سال ۱۹۳۹، نیروی محرکه تمام هواپیماها در واقع توسط موتورهای درون‌سوز تأمین می‌شد.
                                                                      شکل 6-7-  نمونه­ای از موتور­های قدیمی خودرو
6-2-2-2- موتور الکتریکی
نوعی ماشین الکتریکی است، که الکتریسیته را به حرکت مکانیکی تبدیل می‌کند. عمل عکس آن که تبدیل حرکت مکانیکی به الکتریسیته‌است، توسط ژنراتور انجام می‌شود. این دو وسیله بجز در عملکرد، مشابه یکدیگر هستند. اکثر موتورهای الکتریکی توسط الکترومغناطیس کار می‌کنند، اما موتورهایی که بر اساس پدیده‌های دیگری نظیر نیروی الکترواستاتیک و اثر پیزوالکتریک کار می‌کنند، هم وجود دارند.
ایده کلی این است که وقتی که یک ماده حامل جریان الکتریسیته تحت اثر یک میدان مغناطیسی قرار می‌گیرد، نیرویی بر روی آن ماده از سوی میدان اعمال می‌شود. در یک موتور استوانه‌ای، چرخانه(روتور) به علت گشتاوری که ناشی از نیرویی است که به فاصله‌ای معین از محور چرخانه به چرخانه اعمال می‌شود، می‌گردد.
اغلب موتورهای الکتریکی دوار هستنند، اما موتور خطی هم وجود دارند. در یک موتور دوار بخش متحرک (که معمولاً درون موتور است) چرخانه یا روتور و بخش ثابت ایستانه یا استاتور خوانده می‌شود. موتور شامل آهنرباهای الکتریکی است که روی یک قاب سیم پیچی شده‌است. گر چه این قاب اغلب آرمیچر خوانده می‌شود، اما این واژه عموماً به غلط بکار برده می‌شود. در واقع آرمیچر آن بخش از موتور است که به آن ولتاژ ورودی اعمال می‌شود یا آن بخش از ژنراتور است که در آن ولتاژ خروجی ایجاد می‌شود. با توجه به طراحی ماشین، هر کدام از بخش‌های چرخانه یا ایستانه می‌توانند به عنوان آرمیچر باشند.
                                                                  شکل 6-8-  از نمونه ­های اولیه موتور الکتریکی
                                                                               شکل 6-9- انواع موتور الکتریکی
                                                                    شکل 6-10- موتور الکتریکی کوچک
از موتورهای الکتریکی در خودروهای هیبرید، کولر، فن کامپیوتر، خودرو خورشیدی و... استفاده می ­شود.
6-2-2-3- قرقره
قِرقِره چرخی است که در لبه‌های خود شیاری دارد برای نگه داشتن طناب یا کابل، قرقره از ماشین‌های ساده است و معمولاً برای کاهش نیروی لازم برای کشیدن یا بلند کردن بارها طراحی می‌شوند. در ایران باستان هم از قرقره برای بالا بردن اجسام در ساختمان سازی استفاده می­ شده و نمونه ­های آن در تخت جمشید وجود دارد. قرقره ها کاربردهای بسیار گسترده ای دارند، در ساختمان سازی برای بالا بردن اجسام، در آسانسور برای بالا بردن کابین و...
                                                                                 شکل 6-11-  قرقره های اولیه
شخصی می‌خواهد وزنه فوق العاده سنگینی را نه از راه پله بلکه از طریق پنجره ساختمان به داخل ساختمان انتقال دهد. او برای این کار از طناب و قرقره استفاده می‌کند. این وسایل باعث می‌شوند که وزنه با نیروی کمتر از وزن خود بالا کشیده شود.
                                                                     شکل 6-12-  قرقره مورد مصرف در کولر آبی
                                                           شکل 6-13-  تصویر کولر آبی به همراه قرقره و تسمه
قرقره ­ها ابعاد و اندازه های متفاوتی دارند، هم فلزی و هم پلاستیکی این قطعه وجود دارد که بسته به نوع کاربری جنس و اندازه آن­ها تعیین می­ شود. و با قراردادن آن­ها در جاهای متفاوت می توان نیروی وارده بر موتور را کاهش داد تا طول عمر موتور را بالاتر برد. به این عمل افزایش مزیت مکانیکی می­ گویند. در کولر آبی هم یکی از قرقره ­ها کوچک و دیگری بزرگتر می­ باشد، قرقره سر موتور را کوچکتر می­ گذارند تا فشار کمتری به موتور موقع چرخش پره­ ها وارد شود.
از این رو می ­توان دریافت که، مثلا اگر قرقره سر موتور قطر 10 سانتی متر داشته باشد، و قرقره پره دارای قطر 20 سانتی متری باشد، اگر موتور با سرعت 2000 هزار دور در دقیقه بچرخد، پره ها با سرعت 1000 دور در دقیقه می­ چرخند. پس با عوض کردن قطر قرقره­ ها می ­توان دور و نیرو را تغییر داد.
                                                                              شکل 6-14- قرقره و تسمه
6-2-2-4- تسمه
تسمه یک حلقه از ماده‌ای انعطاف‌پذیر است که برای انتقال حرکت مکانیکی از موتور به قرقره­ ها استفاده می ­شود. تسمه ­ها کاربردهای فراوانی دارند و از زمان­ های قدیم برای خودروها، کارخانجات، نوارنقاله و... استفاده می ­شد. 
                                                                              شکل 6-15-  قرقره به همراه تسمه
استفاده از تسمه کاربردهای بسیار فراوانی دارد و بسته به جای استفاده از آن سایز و جنس متفاوتی دارد. ولی بیشتر آن­ها از جنس پلاستیک نرم می ­باشد. تا در برابر خم شدن مقاومت کند و دیرتر خراب شود.
                                                                شکل 6-16- مجموعه موتور الکتریکی، قرقره و تسمه
                                                                            شکل 6-17- موتور خودرو و تسمه های آن
در خودروها نیز از تسمه استفاده می ­شود، تا قرقره ­های متفاوت رو به حرکت درآورد. تسمه ها برای درست عمل نمودن باید اصطکاک کافی با قرقره داشته باشد، تا سیستم حرکتی به درستی عمل نماید. همچنین تسمه ها باید تحت کشش کافی نیز قرار بگیرد، اگر تسمه شل باشد دور کاهش پیدا می ­کند، و اگر سفت باشد محور و قرقره خراب می­ شود.
 
                                                                       شکل 6-18- خودرو اسباب بازی و تسمه
6-2-2-5- محور
محور برای اتصال چرخ­ها به­ یکدیگر و انتقال قدرت از موتور استفاده می­ شود، همچنین چرخ ­ها را در جای درست خود نگه می­دارد. از محورها در خودروهای معمولی، کامیون ­ها و به طور کلی تقریبا هرجایی که چرخ وجود داشته باشد استفاده می ­شود. در قدیم که از گاری­ ها برای حمل و نقل استفاده می ­شد، برای متصل کردن چرخ ­ها بهم از محور استفاده می­ شد. محورها معمولا فلزی هستند تا بتوانند وزن کلی سیستم را تحمل نماید.
                                                                   شکل 6-19- محور در کالسکه ­های قدیمی
محورها وظیفه تحمل وزن کل خودرو رو نیز بر عهده دارد. در قطارها هم کل واگن ها بر روی محورها سوار می­ شوند. محورها باید به اندازه کافی مقاومت داشته باشد، تا به درستی وزن را تحمل کند در صورت بروز هر گونه مشکل تمام سیستم دچار اختلال می ­شود.
                                                                                    شکل 6-20- محور قطار
در خودروهای قدیمی و جدید از محور هم برای اتصال چرخ­ ها به یکدیگر و هم برای به حرکت درآوردن آن استفاده می­ شود. محورها بر اساس میزان وزن و اندازه خودرو، اندازه ها و جنس ­های متفاوتی دارد.
                                                                    شکل 6-21- محور ماشین اسباب بازی
6-2-2-6- چرخ
از زمان­ های بسیار دور برای انتقال اجسام از جایی به جای دیگر از چرخ استفاده می­ شود. استفاده از چرخ­ ها گستردگی فراوانی دارد. اختراع چرخ در زمان­های بسیار دور سبب سرعت بخشیدن به تمامی کارهای بشر شد. چرخ ­ها برای جابجا کردن اجسام سنگین وزن کاربرد زیادی داشت، در آن زمان برای جابجا کردن سنگ  ­های بزرگ از تعداد زیادی نفر استفاده می­ شد، اما با اختراع چرخ درگر نیاز به استفاده از نفر نبود و با گاری و اسب اجسام سنگین را جابجا می­ نمودند. اختراع چرخ به جرات یکی از بزرگترین ابداعات بشر است.
 شکل 6-22- چرخ گاری
امروزه نیز چرخ ­ها کاربردهای بسیار فراوانی دارند، خودرو، هواپیما­، قطار، مترو و... همگی از چرخ برای جابجا شدن استفاده می­کنند. چرخ ­ها نیز اندازه و جنس ­های بسیار متفاوتی دارد.
چرخ به زندگی بشر تفاوت خیلی زیادی وارد کرد، سرعت کارها بسیار بالاتر رفت، جابجایی ها بسیار سریع تر از گذشته انجام می ­شد. امروزه نیز چرخ­ ها در زندگی بشر اهمیت بسیار بالایی دارد، کارهایی بسیار زیادی بر اساس استفاده از چرخ بنا نهاده می ­شود.
                                                                                      شکل 6-23- چرخ لودر
                                                                                      شکل 6-23- چرخ خودرو

 شکل 6-24- چرخ خودرو اسباب بازی
همانطور که در بالا مشاهده کردید اکثر خودروها قطعاتی شبیه به هم دارند، با این تفاوت که با توجه به کاربرد آن خودرو اندازه و جنس این قطعات تغییر می­ کند. اما در خودروهای خورشیدی سیستم موتور خودرو به کلی متفاوت است و از موتور بنزینی یا دیزلی استفاده نمی ­شود، بلکه از موتور الکتریکی بهره می­ گیردکه بازده بالاتری نسبت به خودروهای دیگر دارد و آلودگی نیز تولید نمی ­کند.
وسایل مورد نیاز : کارتن کوچک، در نوشابه، نی، چسب
تکلیف 1 : یک خودرو کوچک بسازید.
تکلیف 2 : تحقیق کنید چرا چرخ­ها را دایره­ای می­سازند؟
محل بازدید ، اردو یا خرید : موزه خودرو تهران
منابع مطالعه :
کتاب اصول و مبانی مکانیک خودرو، تالیف مهندس محمد محمدی بوساری
کتاب تکنولوژی خودرو به زبان ساده، تالیف مهندس حسین رمضانی
تنظیم کننده: محبوبه همت
 
مطالب مرتبط :
خودروهای سبز-جلسه اول
خودروهای سبز -جلسه دوم
خودروهای سبز -جلسه سوم
خودروهای سبز -جلسه چهارم
خودروهای سبز -جلسه پنجم
خودروهای سبز -جلسه ششم
خودروهای سبز -جلسه هفتم
خودروهای سبز -جلسه هشتم
خودروهای سبز-جلسه نهم