ما هو عزم التوجيه من خلال تروس الرف والترس؟
في نظام توجيه السيارات، يُعدّ هيكل ترس "rack و جناح الطائر معدات أكثر آليات التوجيه الميكانيكية شيوعًا حاليًا. وتتمثل وظيفة هذا الجهاز في تحويل قوة السائق المؤثرة على عجلة القيادة إلى حركة خطية تُؤدي إلى انحراف العجلة الأمامية، وبالتالي إتمام عملية التوجيه. وفي هذه العملية، يلعب عزم الدوران، باعتباره الكمية الفيزيائية الأساسية، دورًا رئيسيًا في تحويل الطاقة، وتضخيم عزم الدوران، وتغذية التحكم.
إذن ما هو عزم التوجيه من خلالتروس الرف والترسكيف يتم توليدها ونقلها؟ ستُحلل هذه المقالة هذا السؤال بعمق من زوايا متعددة، مثل المبادئ الميكانيكية، والتكوين الهيكلي، ومعايير التصميم، للإجابة على هذا السؤال بشكل كامل.
ما هو ترس الرف والترس؟
ترس الجريدة والترس الصغير هو جهاز ميكانيكي يُحوّل الحركة الدورانية إلى حركة خطية. يتكون من مكونين رئيسيين: ترس أسطواني (يُسمى عادةً "ترس صغير") وترس خطي (يُسمى "ترس صغير"). يتصل الترس الصغير بعمود التوجيه، بينما يتصل الجريدة الصغيرة بقضيب ربط التوجيه. عندما يُدير السائق عجلة القيادة، تنتقل القوة إلى الترس الصغير عبر عمود التوجيه، فيدفع الترس الصغير الجريدة الصغيرة للتحرك يمينًا ويسارًا، مما يُؤدي إلى انحراف العجلة.
يتمتع هذا الهيكل بالخصائص النموذجية التالية:
·استجابة ميكانيكية سريعة: يتم تحويل دوران الترس على الفور إلى حركة الرف.
·هيكل مضغوط: بالمقارنة مع نظام تروس الدودة التقليدية أو نظام الكرة المعاد تدويرها، فإن نظام تروس الترس والجناح أخف وزناً وأصغر حجماً.
·التغذية الراجعة الطبيعية: يمكن إرسال معلومات الطريق مباشرة إلى عجلة القيادة من خلال هيكل تروس الرف والترس.
وفي هذه العملية تلعب عملية توليد ونقل عزم الدوران دورًا حاسمًا.
ما هو عزم التوجيه؟
في نظام تروس الجريدة والترس المسنن، يُشير ما يُسمى بعزم التوجيه ("steering توركدددد) عمومًا إلى عزم القيادة الناتج عن عزم الدوران الذي يُطبقه السائق على عجلة القيادة بعد انتقاله إلى الجريدة والترس المسنن. هذا العزم ليس قيمة ثابتة، بل هو مُعامل ديناميكي يعتمد على العوامل التالية:
1. نصف قطر الترس (r):بالأمتار. كلما كان الترس أكبر، كلما كان الدفع الخطي الناتج عن نفس القوة الزاوية أكبر.
2. القوة المطبقة بواسطة السائق (F):في نيوتن.
3. عزم الدوران (T) = F × r:أي القوة مضروبة في نصف قطر عمل الترس.
على سبيل المثال، إذا طبق السائق قوة مقدارها 20 نيوتن على عجلة القيادة وكان نصف القطر الفعال للترس 0.02 متر، فإن عزم الدوران الناتج هو:
T = 20 × 0.02 = 0.4 نيوتن متر
ثم يقوم عزم الدوران هذا بتحريك الرف من خلال دوران الترس الصغير ويطبق قوة التوجيه على العجلة.
ما هي العوامل التي تؤثر على عزم التوجيه لعتاد الترس والرف؟
1. قطر الترس وعدد الأسنان
يُحدد حجم الترس الصغير مباشرةً قدرته على تحويل عزم الدوران. كلما كبر نصف قطر الترس الصغير، زادت الإزاحة الخطية التي يُوفرها لكل وحدة زاوية، ولكن مع زيادة عزم الدوران المطلوب؛ وفي المقابل، تكون حساسيته أعلى ولكن عزم الدوران أقل.
في الوقت نفسه، يؤثر عدد أسنان الترس الصغير على نسبة ناقل الحركة. فنسبة ناقل الحركة الكبيرة تعني أن عجلة القيادة تحتاج إلى تدوير عدد أكبر من الدورات مقابل إزاحة أكبر للرف، ولكن قوة الدفع المطلوبة أقل. أما نسبة ناقل الحركة الصغيرة، فهي حساسة ولكنها شاقة.
2. حمل الرف
عند الثبات أو عند السرعات المنخفضة، يكون الاحتكاك بين الإطار والأرض كبيرًا، وتكون مقاومة التوجيه كبيرة. في هذه الحالة، يتحمل الرف حملًا أكبر ويتطلب عزم دوران أعلى.
عند السرعات العالية، ينخفض عزم الدوران اللازم للتوجيه نتيجةً لزيادة ثبات العجلات. ولذلك، تختلف متطلبات عزم دوران نظام تروس الجريدة والترس اختلافًا كبيرًا في ظروف العمل المختلفة.
3. نوع المساعدة الكهربائية (هيدروليكي/كهربائي/غير كهربائي)
غالبًا ما تكون السيارات الحديثة مجهزة بأنظمة مساعدة الطاقة - التوجيه الهيدروليكي (HPS) أو التوجيه الكهربائي (EPS) - لتقليل القوة الأصلية التي يطبقها السائق، وبالتالي تقليل عزم الدوران المطلوب.
مهما كان نوع مساعدة الطاقة المُستخدمة، فإن قوة التوجيه النهائية تنتقل عبر ترس الرف والترس. لذلك، يجب أن يكون ترس الرف والترس قادرًا على تحمل حمل التوجيه بالكامل.
4. مساحة ملامسة سطح الأسنان وحالة التزييت
أثناء عملية تشبيك التروس، يؤثر احتكاك سطح السن ودقته وحالة تزييته على كفاءة نقل عزم الدوران الفعلية. كلما قلّ الاحتكاك، زادت الكفاءة؛ وفي المقابل، يلزم عزم دخل أكبر للتغلب على المقاومة الداخلية.
ما هو نطاق عزم الدوران لعتاد الترس والجناح في المركبات الشائعة؟
نظراً لاختلاف الهياكل والاستخدامات، تختلف نطاقات عزم التوجيه التي تحتاجها أنظمة تروسها ذات الترس والجناح لتحملها. وفيما يلي وصف عام للتصنيف:
| نوع المركبة | عزم إدخال ترس الترس والجناح (بدون مساعدة) | قوة خرج ترس الترس والجناح (نيوتن) |
| سيارة ركاب صغيرة | 0.3 – 1.0 نيوتن متر | 500 – 1200 نيوتن |
| سيارة رياضية متعددة الاستخدامات متوسطة الحجم | 0.8 – 2.0 نيوتن متر | 1000 – 1800 شمالًا |
| شاحنة/بيك اب كبيرة | 1.5 – 3.0 نيوتن متر | 1500 – 3000 نيوتن |
شرح: يشير عزم الإدخال في هذا الجدول إلى عزم الدوران الذي يطبقه السائق عبر عجلة القيادة؛ وتشير قوة الخرج إلى قوة الدفع والسحب التي يطبقها الرف على قضيب الربط، وبالتالي تدوير العجلة.
كيفية حساب عزم الدوران الفعلي لعتاد الترس والجناح؟
في الهندسة، يعتمد الحساب الدقيق لعزم التوجيه لنظام تروس الرف والجناح عادةً على الخطوات التالية:
الخطوة 1: قياس نصف قطر الترس
بافتراض أن قطر الترس هو 40 مم، فإن نصف القطر r = 0.02 م
الخطوة 2: قياس قوة إدخال عجلة القيادة
يُظهر مستشعر عزم الدوران أن السائق يطبق قوة مماسية مقدارها 20 نيوتن في لحظة معينة.
الخطوة 3: احسب عزم دوران الترس
T = F × r = 20 نيوتن × 0.02 متر = 0.4 نيوتن متر
الخطوة 4: تحويل عزم الدوران إلى دفع خطي
بالنظر إلى العلاقة الدائرية المتداخلة بين الترس الصغير والرف، يقوم الترس الصغير بتحويل عزم الدوران إلى قوة خطية، القوة F = T ÷ r.
أي أن F = 0.4 ÷ 0.02 = 20 نيوتن (ارجع إلى القيمة الأولية وتأكد من صحتها)
الخطوة 5: ضع في اعتبارك كفاءة النقل (على افتراض أنها 85%)
قوة خرج الرف الفعلية هي: 20 نيوتن × 85% ≈ 17 نيوتن
تأثير مواد تروس الرف والترس على قدرة تحمل عزم الدوران
متانةتروس الرف والترسيُحدد بشكل مباشر قدرة النظام على تحمل صدمات عزم الدوران بثبات لفترة طويلة. تشمل المواد الشائعة:
1. سبائك الصلب عالية القوة (مثل 40Cr):تُستخدم في التروس المسننة لتحمل صدمات عزم الدوران الكبيرة؛
2. الفولاذ المطفأ والمقسى أو الفولاذ المطروق:تستخدم لأجسام الرفوف لتحمل الشد والدفع؛
3. معالجة السطح بالكربنة أو النترتة:زيادة مقاومة التآكل وإطالة عمر الشبكة؛
يلعب اختيار المواد دورًا حاسمًا في تحديد أقصى عزم دوران يتحمله النظام. على سبيل المثال، يتمتع ترس فولاذي مكربن عالي القوة بعزم دوران أقصى يزيد عن 5 نيوتن متر، مما يُلبي متطلبات التشغيل القصوى.
تروس الرف والترس: ما هي المشاكل التي يسببها عزم الدوران غير الكافي أو المفرط؟
1. عزم دوران غير كافٍ
• التوجيه البطيء والاستجابة غير الحساسة؛
• عدم كفاية القوة عند التوجيه بسرعة منخفضة أو عند ركن السيارة؛
•زيادة التعب أثناء القيادة.
2. عزم الدوران المفرط
•نظام التوجيه حساس للغاية ومن السهل أن يتسبب في فقدان السيطرة؛
• زيادة تآكل التروس والرفوف؛
• عدم سلاسة تشغيل النظام، أو الضوضاء غير الطبيعية أو الحظر.
لذلك، عند تصميم نظام تروس الرف والترس، يجب حساب نطاق عزم الدوران بدقة وتعديله للتأكد من أنه ضمن نطاق معقول.
تروس توجيه عالية الجودة بأسعار الجملة
هل تبحث عن تروس توجيه عالية الجودة بأسعار جملة معقولة؟ شركة قوانغدونغ دايموند لقطع غيار السيارات المحدودة (دي كي إم) هي شركة رائدة في تصنيع وتوريد أنظمة التوجيه، مقرها الصين، لكبرى شركات السيارات مثل تويوتا وهوندا وميتسوبيشي. مصنعنا في فوشان مجهز بأحدث الآلات، مما يضمن تقديم منتجات عالية الجودة بأسعار منخفضة.
