فهرست مطالب
سیستم انتقال نیرو در خودروها (و موتورسیکلت‌ها) مملو از نوآوری‌های صنعتی و اختراعات بسیار جالبی است که بیشتر آن‌ها دارای قدمت تاریخی بوده و الزاما به صده اخیر و عهد اتومبیل تعلق ندارند. به این معنا که بسیاری از اصول فنی و مهندسی اجراشده در بخش انتقال نیروی صنعت خودروسازی، طراحی‌های صنعتی بسیار قدیمی هستند که در گذشته‌های دور در تجهیزاتی چون توربین‌های بادی، سنگ آسیاب، پمپ آب و ابزارهایی از این دست به کار گرفته می‌شدند.
میل گاردان نیز یکی از بخش‌های سیستم انتقال نیرو است که پیدایش و خلق آن به گذشته‌های دور باز می‌گردد، اما در عین سادگی، نقشی که در انتقال نیرو بازی می‌کند، بسیار مهم و نحوه ساخت آن نسبتا پیچیده است.
تاریخچه میل گاردان
استفاده از نام گاردان (با تلفظ درست کاردان) از قرن ۱۶ام میلادی و با الهام از نام ریاضی‌دان و مخترع ایتالیایی، جیرولامو کاردانو (Girolamo Cardano) آغاز شد. کاردانو بیش از ۲۰۰ کتاب علمی در زمینه‌های مختلف، به‌خصوص حوزه ریاضیات دارد و از پیشگامان مبحث احتمالات در جهان به حساب می‌آید. اختراعات متعددی از جمله قفل رمزدار، جیمبال (Gimbal)، اعداد مختصاتی و همچنین میله منتقل‌کننده گشتاور مجهز به مفصل، در فارسی ملقب به میل گاردان، از ساخته‌های این دانشمند بزرگ است.
نقش میل گاردان
میل گاردان یک شفت منتقل‌کننده گشتاور است که در حالت امروزی به یک یا دو مفصل منعطف (Universal Joint) برای برقراری زاویه در مسیر انتقال نیرو و سیستم کشویی (هزارخار نر و ماده) برای ایجاد قابلیت کوتاهی یا بلندی شفت، مجهز است. با ترکیب یک یا دو مفصل و یک سیستم کشویی، میل گاردان قادر است گشتاور را با سرعت ثابت در زوایای نامتعارف و فواصل متغیر، از نقطه‌ای به نقطه دیگر منتقل کند.
اختلاف زاویه در میل گاردان به کمک چهارشاخ ممکن می‌شود
این مهم باعث می‌شود که بروز اختلاف زاویه در مسیر انتقال گشتاور یا جابجایی طولی در راستای محور منتقل‌کننده گشتاور، خللی در فرایند انتقال گشتاور به وجود نیاید. دقیقا به همین دلیل است که از میل گاردان در انتقال نیروی وسایل نقلیه موتوری استفاده می‌شود.
وظیفه گاردان، انتقال گشتاور در سرعت ثابت از گیربکس به محورهای عقب در خودروهای پیشرانه جلو/متحرک عقب (ساختار FR) یا در خودروهای دو دیفرانسیل پیشرانه جلو یا عقب/۴ چرخ متحرک (ساختار F4 یا R4 با سیستم 4WD یا AWD) است.
اجزای تشکیل دهنده میل گاردان ماشین
میل گاردان خودرو از اجزای مختلفی تشکیل شده است.
میل گاردان
به‌تنهایی یک لوله کاملا صاف توخالی آهنی، آلومینیومی، کربنی یا بر اساس نوع کاربری از جنس متریال نامتعارف دیگر است. اما در صنعت خودرو، این سه نمونه بیشترین کاربرد را دارند.
چهارشاخ
مفصل منعطف یا چهارشاخ (معروف به Universal Joint یا U-Joint) در یک یا دو سر میل گاردان به کار می‌رود تا اختلاف زاویه در مسیر انتقال گشتاور را ممکن سازد. در بسیاری از خودروها به‌جای سیستم سنتی و رایج چهارشاخ، از مفصل منعطف نوع CV یا سرعت ثابت بهره گرفته می‌شود. مفصل CV در بخش پلوس بسیاری از خودروها نیز وجود دارد.
اتصال منعطف
در برخی کاربری‌ها، یک سمت از میل گاردان (سمت متصل به گیربکس خودرو) دارای اختلاف زاویه بسیار جزئی است. در این حالت به‌جای گاردان از قطعه‌ای لاستیکی با قابلیت انتقال گشتاور اما دارای متریال منعطف استفاده می‌شود که تحت نام فلکس جوینت (Flex Joint) شناخته می‌شود. این قطعه در حقیقت جایگزین چهارشاخ گاردان به حساب می‌آید، اما آزادی عمل و قابلیت اختلاف زاویه به اندازه چهارشاخ را ندارد.
تصویری از فلکس جوینت، جایگزین چهارشاخ فولادی
بلبرینگ ثابت
در بسیاری از خودروها، میل گاردان دارای ساختار دو تکه است، به این معنا که از دو گاردان پیوسته به یکدیگر برای انتقال نیرو به محور استفاده می‌شود تا از افزایش طول بیش از حد گاردان جلوگیری کند، ارتفاع کف خودرو با زمین را به حداقل کاهش دهد و همچنین فرایند ساخت آسان‌تر شود. در این حالت، برای مهار بخش وسط گاردان، از یک بلبرینگ هرزگرد ثابت (پیچ‌شده به شاسی یا اتاق) استفاده می‌شود. وظیفه این قطعه تنها حمایت از وزن گاردان و حفظ راستای طولی صحیح میل گاردان ماشین در راستای انتقال نیرو است.
نمایی از گاردان یکپارچه (بالا) در کنار گاردان دو تکه (پایین)
دلایل و نشانه های خرابی میل گاردان
این موارد، رایج‌ترین خرابی‌های مربوط به میل گاردان هستند.
تاب برداشتن
میل گاردان با قرارگیری در انتهای مسیر گیربکس به سمت محور، دارای سرعت دورانی بسیار زیاد است. ازاین‌رو این قطعه با دقت بسیار زیاد تولید شده و فرایند تاب‌گیری (بالانس) را پشت سر می‌گذارد تا به هنگام چرخش باعث ایجاد لرزه در مجموعه انتقال نیرو و اتاق خودرو نشود. ضربه خوردن گاردان می‌تواند موجب برهم خوردن بالانس گاردان و بروز لرزه در سرعت‌های مشخص شود.
نمایی از وزنه‌های جوش خورده بر روی میل گاردان در فرایند بالانس
لقی چهارشاخ یا CV
چهارشاخ یا مفصل CV یک قطعه مصرفی با طول عمر مشخص است. این قطعه در درازمدت بر اثر تحمل ضربه و تنش‌های بسیار زیاد مسیر انتقال نیرو، دچار آسیب می‌شود. بروز هرگونه لقی هرچند کوچک، می‌تواند به هنگام آغاز حرکت یا به هنگام هربار فشردن پدال گاز، با صدای تقه همراه شود.
لقی کشویی
سیستم کشویی میل گاردان خودرو متشکل از یک سیستم هزارخار نر و ماده است که ضمن انتقال گشتاور، در راستای طول در داخل یکدیگر جلو و عقب می‌روند. اگرچه این ایراد نسبتا نادر است، اما بروز لقی و خوردگی به دلیل ورود رطوبت یا آلودگی در این بخش همچنان ممکن است. این لقی نه‌تنها موجب بروز صدا به هنگام حرکت و زمان گاز دادن می‌شود، بلکه می‌تواند بخشی از بالانس استاندارد میل گاردان را بر هم زده و باعث بروز لرزه در اتاق خودرو شود.
پوسیدگی فلکس جوینت
اتصال منعطف (Flex Joint) به دلیل استفاده از متریال لاستیکی، طول عمر مفیدی به‌مراتب کمتر از چهارشاخ فلزی و CV دارد. این قطعه در درازمدت با پوسیدگی و کاهش میزان انعطاف مواجه می‌شود که بروز ترک‌های ریز و درشت و در نهایت پارگی بخش لاستیکی را همراه خواهد داشت.
خرابی بلبرینگ ثابت
بلبرینگ ثابت در میل گاردان‌های دو تکه معمولا فاقد گریس‌خور است. از آنجایی که این بخش در معرض المان‌های محیطی (رطوبت و گرد و خاک) قرار دارد، معمولا طول عمر نسبتا کوتاهی نیز دارد. خرابی بلبرینگ ثابت با بروز صدای خِرخِر مانند یا بروز لرزه در گاردان و اتاق خودرو همراه است.
نمایی از پارگی لاستیک ضربه‌گیر بلبرینگ هرزگرد ثابت
خطرات جانی ناشی از خرابی میل گاردان
مجموعه گاردان یک مجموعه فرامهندسی‌شده (Over Design) است تا بتواند تا حد امکان از بروز هرگونه خطر ناگهانی و جانی جلوگیری کند. با این اوصاف عدم توجه به تلورانس‌ها، لقی‌ها و خرابی‌های این بخش، ممکن است ایرادهایی بروز کند که با آسیب جانی سرنشنان همراه باشد.
چپ شدن خودرو به هنگام بریدن گاردان و افتادن آن روی زمین بسیار زیاد است
بدون تردید بریدن گاردان یا چهارشاخ، CV یا فلکس جوینت از خطرناک‌ترین اتفاقات ممکن است. بروز بریدگی در گاردان یا یکی از بخش‌های آن به معنای افتادن بخشی از گاردان بر روی زمین است. بروز این مهم در سرعت می‌تواند موجب چپ کردن آنی و بسیار شدید خودرو شده که معمولا به دلیل شدت بسیار زیاد این واقعه، عواقب آن جبران‌ناپذیر است.
دقیقا به همین دلیل است که در زیر برخی از خودروها (مخصوصا خودروهای آفرودی) شاهد یک زنجیر یا کابل فولادی قطور هستیم که در راستای عرض خودرو در زیر گاردان نصب شده. وظیفه این زنجیر تحمل وزن گاردان و جلوگیری از برخورد آن با زمین در صورت بریدن است.
سرویس دوره ای و تعمیر میل گاردان
خوشبختانه در صورت رسیدگی منظم و پیوسته، میل گاردان و متعلقات آن به خوبی ایفای نقش کرده و عمر مفید قابل توجهی را تجربه می‌کند. بخش‌هایی چون چهارشاخ‌ها، کشویی و اتصالات CV دارای محل گریس‌کاری است. توصیه می‌شود حداقل سالی دو بار (۶ ما یک بار) این بخش‌ها را با گریس پر کنید تا این قطعات پراستهلاک بدون روان‌کننده نمانند. خروجی گریس از این بخش‌ها و خشک کار کردن آن‌ها به‌شکل خیره‌کننده‌ای از عمر مفید این قطعات کاسته و بروز خرابی را سرعت می‌بخشد.
چهارشاخ و CV و همچنین کشویی گاردان تقریبا فاقد هرگونه لقی جانبی (عمود بر راستای انتقال گشتاور) است. در نتیجه حداقل سالی دو بار (۶ ماه یک بار) به هنگام گریس‌کاری قطعات، با دست لقی جانبی چهارشاخ، CV و کشویی گاردان را تست کنید و در صورت یافتن لقی، پیش از بروز آسیب سنگین‌تر و خطرناک، قطعه معیوب را جایگزین کنید.
بررسی صحت و سلامت فلکس جوینت تنها با چشم نیز ممکن است، خرابی این قطعه لاستیکی معمولا با بروز ترک‌های بسیار ریز آغاز می‌شود که نه‌تنها دیدن آن کمی دشوار است، بلکه از دید بسیاری از افراد، هنوز چندان حاد نیست که نیاز به تعویض داشته باشد. اما به خاطر داشته باشید که این ترک‌های ریز در فشارهای ناگهانی و شدید به یک پارگی قابل توجه بدل شده که می‌تواند خطرآفرین باشد. شاید بتوان به یک چهارشاخ فولادی لق‌شده اعتماد کرد، اما به یک فلکس جوینت ترک‌دار هرگز.
محل نصب کابل فولادی نگه‌دارنده گاردان در صورت بریدن
بلبرینگ ثابت وسط گاردان نیز نباید به هیچ عنوان دارای لقی جانبی باشد. بروز لقی جانبی در مکانیزم بلبرینگ به معنای خراب بودن قطعی آن است. در نتیجه در صورت بروز هرگونه لقی یا سر و صدای نامتعارف، به سرعت آن را با نمونه نو تعویض کنید. همچنین به خاطر داشته باشید که زنجیر یا کابل فولادی زیر گاردان را به هیچ بهانه و به هیچ عنوان از روی خودرو حذف نکنید چرا که می تواند جان شما و سرنشینان خودرو را نجات دهد.
چه خودروهایی گاردان دارند؟
همان‌طور که پیش‌تر بیان شد، خودروهای دارای ساختار انتقال نیرو FR و F4 و R4 و به‌صورت کلی خودروهای دارای سیستم انتقال نیرو 4WD یا AWD حداقل دارای یک گاردان برای محور جلو و عقب یا دو گاردان به‌ازای هر محور هستند.
استفاده از میل گاردان در انتقال نیرو به پره عقب هلیکوپتر
اما اگر قرار باشد در قالب مثال بیان کنیم، در میان خودروهای تولید داخل گزینه‌هایی نظیر پیکان و پژو RD، خودروهای سواری آمریکایی قدیمی و جدید از خانواده ساختار FR، دارای یک گاردان برای انتقال نیرو به محور عقب هستند.
اما مثال‌هایی چون پاژن، خانواده جیپ، وانت‌های دو دیفرانسیل مانند شورولت سری K، جیپ سیمرغ، KMC T8، کلوت مکث موتور، آمیکو آسنا، پیکاپ، شاسی بلندهای آفرودی چون شورولت بلیزر، نیسان پاترول، رونیز، سوزوکی گرند ویتارا و… از خانواده 4WD دارای دو میل گاردان (یکی برای هر محور) هستند. بیشتر گاردان‌ها در وانت‌های جدید از طراحی نوع دو تکه مجهز به بلبرینگ هرزگرد ثابت و نحوه اتصال CV بهره می‌گیرند.
نویسنده: شهاب انیسی
