موتور چرخ دنده ای

طرح یک موتور چرخدنده ای هم در شکل 3 نمایش داده شده است.این چرخدنده ها نمایشی از دو چرخدنده ساده هستند که در یک جداره معمولی دوران می کنند. هر دو چرخدنده می چرخند، اگرچه تنهایک چرخدنده به محور خروجی متصل است. سیال مکانی که دو چرخدنده با هم درگیر می شوند وارد شده(شکل 3).سپس چرخدنده ها همچنانکه بیشترین افت فشار در اطراف گوشه های جداره می باشد،در جهت فلشها شروع به گردش کرده(اگر چرخدنده ها در جهتی عکس بچرخند در مقابل فشار سیستم مقاومت می کنند).همچنین با قرار دادن درگاه ورودی در منطقه درگیری دو چرخدنده، از سطح موثر 2 دندانه چرخدنده به جای اعمال فشار بر روی یک دندانه ، استفاده نموده ایم.موتور های چرخدنده ای در کاربرد های سرعت بالا عملکرد خوبی دارند. بازده این موتور ها در دور های پایین کاهش و در دورهای بالا افزایش(بهبود) می یابد.


شکل 3 – موتور چرخدنده ای
بطور کلی موتور های چرخدنده ای هیدورلیک به نسبت توانایی عملکرد در سرعت بالا و جابجایی که دارند، بسیار جمع و جور هستند. آنها همچنین از موتور های پیستونی و پره ای ارزان تر هستند.به هر حال آنها پر سر و صدا تر و کم بازده تر در بین سه نوع موتورها هستند.موتور های چرخدنده ای در وضعیت های معکوس(دوجهته) هم می توانند عمل کنند.
کارایی یک پمپ با سرعت و بار متغیر است. یک نمونه نمودار کارایی برای یک موتور پیستونی هیدرولیک در شکل 4 نشان داده شده است. همچنانکه در نمودار بالا مشاهده می کنید، بازده حجمی در محدوده تغییرات سرعت ثابت مانده است.اگرچه بازده کلی(که محصولی از بازده حجمی و مکانیکی است) در سرعت های بالا افت کرده است، که خاطر نشان می کند برای هر موتور هیدرولیک بخصوص، یک محدوده سرعت مطلوب موجود است. نمودار پایین رابطه ای خطی را بین جریان و سرعت نشان می دهد، که شیب این خط همان جابجایی می باشد.همچنین در نمودار پایین گشتاور خروجی موتور نمایش داده شده است، که در سرعت های بالا به سمت کاهش پیش رفته است.[align=center]

شکل 4 – نمودار کارایی نمونه ای از موتور هیدرولیک پیستونی[/align]
همانطور که شرح داده شد، موتورها می توانند یک جهته یا دو جهته باشند، اما در هوافضا موتور های دو جهته اغلب، مورد استفاده قرار می گیرند.یک استثنای واحد های موتور/ پمپ خواهند بود که توسط یک شفت انتقال قدرت به هم متصل شده اند، که متمایلا یک پمپ / موتور پیستونی خواهد بود-شکل 5 را ببینید. اکثر موتورها تمایل به جابجایی ثابت دارند،برخلاف پمپ ها که در آن جبران ساز برپایه فشار خروجی جابجایی پمپ را تغییر می دهد.در طراحی موتور ها، یکی از عوامل کلیدی برای یک موتور خوب، کاهش نشت های داخلی که از درزهای پیستون و پره ها بروز می کند،هم در بارهای کم و هم در سرعت پایین، می باشد.نشت به جریانی گفته می شود که از میان موتور عبور کرده بدون اینکه کار خروجی تولید کرده باشد.یکی دیگر از عوامل کلیدی توانایی سطوح یاتاقان های تحت اعمال بار فشاری برای تحمل بار اعمالی است- این بزرگترین مسئله ای است که گریبان گیر پمپ های پره ای است.
مزایای کلی موتورهای هیدرولیک شامل توانایی کنترل موتور دریک سرعت نامحدود،توانایی تحمل آسان گشتاور ایستایی و قدرت به وزن، نسبتا بالا می باشد. موتورها بی نیاز از وسایل جانبی بوده و همه چیز را درون خود دارند که در عمل بسیار ساده هستند، این سبب پایداری و ضریب اطمینان بالاست.موضوع مهم در تعمیرات موتورهای هیدرولیک، نشت های بیش از حد، خرابی آب بند ها و سر و صدا می باشد.
[align=center]

شکل 5 – واحد موتور پمپ پیستونی (یک جهته)[/align]
موارد توجه در طراحی موتور
مهمترین ویژگی های کارایی موتورهای هیدرولیک در زیر لیست شده است.
نوع موتور: همانطور که شرح داده شد 3 نوع اصلی از موتور هیدرولیک داریم(پیستونی، پره ای و چرخدنده ای). هر نوع دارای مزایا و معایبی می باشد و مشخصات هر کدام از آنها متفاوت می باشد.
جابجایی: حجم سیال جابجا شده( سیال از طریق موتور) بر چرخش محور خروجی.
گشتاور عملکرد: قدرت خروجی موتور، که عموما برای یک فشار ورودی داده شده در سرعت و جریان اسمی داده می شود.نموداری از گشتاور خروجی همچنین ممکن است در دسترس باشد.توجه کنید که این توسط سرعت موتور به توان عملکرد مربوط می گردد.
توان عملکرد: توان خروجی موتور، که برای یک فشار ورودی داده شده در سرعت و جریان اسمی داده می شود.نمودار توان خروجی ممکن است در دسترس باشد.این توسط سرعت موتور به گشتاور عملکرد موتور وابسته است.
فشار عملیاتی: فشار ورودی انتظاری برای موتور درحین عملکرد عادی،که می بایست با فشار عملکرد طراحی سیستم و افت فشار انتظار داشته شده، سازگار باشد. این فشار از فشار خروجی پمپ کمتر می باشد.
ماکزیمم فشار عملیاتی: ماکزیمم فشار ورودی مجاز به موتور، که می بایست برابر با فشار سیستم یا بالاتر از آن باشد.
سرعت عملیاتی: سرعت موتور در فشار عملیاتی را گویند.
جریان عملیاتی: نرخ جریانی که از پمپ در فشار عملیاتی و گشتاور عملیاتی اسمی عبور کند.
ماکزیمم جریان: بیشترین نرخ جریانی که ممکن است از موتور عبور کند.بیشترین جریان زمانی رخ می دهد که بیشتریت فشار ورودی به موتور را در حالت بی باری ،داشته باشیم.
بیشینه لزجت مجاز: تولید کنندگان موتورها محدوده ای از لزجت سیالات را به صورت پیشنهادی عرضه می کنند. پارامترهای عملکردی موتور ها زمانی معتبر است که سیال مورد استفاده در محدوده پیشنهادی قرار داشته باشد.در لزجت های بالا قابلیت های موتور شروع به کاهش دارد.
بیشینه دمای عملیاتی: بیشترین دمایی که انتظار می رود موتور در سرویس ها، ببیند.این دما برای اطمینان از سازگاری مواد اولیه موتور و آب بندهای آن با محیط عملیاتی موتور می باشد.
بازده موتور:
بازده های بالا ارجحیت دارند. بازده تفاوت بین توان ورودی و توان خروجی است.این تفاوت توسط تلفات اصطکاکی و نشت آب بند ها ایجاد می گردد.
ملاحظات نصب موتور:
مهمترین پارامترهای نصب موتورهای هیدرولیک در زیر لیست شده اند.
ابعاد: رویهم رفته ابعاد موتور برای دانستن فضای مورد نیاز، استفاده می گردد.
رابط ها: رابط ها شامل اتصالات لوله / شلنگ و جاسازی بر روی موتور می باشد همانند استقرار آویزه ها و تعیین محل محور خروجی.
وزن: وزن موتور، که غالبا به عنوان وزن خشک محسوب می شود. هنگامی که موتور از سیال پر می شود، وزن افزایش می یابد.
سرو صدا: موتور در سرعتهای بالا ایجاد سرو صدا میکند.یک مشخصه ای از بیشترین حد سرو صدا می بایست برای نصب موتور ارزیابی شود.
اتصالات: روش اتصال موتور به اسکلت هواپیما بر روی صلبیت ساختاری موتور و ارسال سروصدا (ارتعاش) به بدنه تاثیر گذار است.موتورها میتوانند گشتاور استارت بالایی داشته باشند که بار زیادی را در شروع به کار به اتصالات اعمال می کنند. گشتاورهای عملیاتی مداوم بر روی دوام و خستگی اتصالات تاثیر می گذارند.
تراز موتور و شافت: همترازی موتور به شافت نیازمند اختیار کردن تلورانس های پایین است.ملاحظات شامل حرکت نسبی بین موتور و شافت، جابه جایی زاویه ای ممکنه در نصب، ابعاد دندانه های هزار خار و …می باشد. تراز نامناسب سبب ایجاد ارتعاشات فراوان (میل به شکست زودرس می کند)، یا شکست آب بندهای موتور می گردد.
هزارخار: آنسوی همتراز کردن، خوردگی هزارخار ، مسئله ای قابل ملاحظه است.معمولا برخی از روان کننده ها(گریس) برای کاهش خوردگی هزارخار ها به کار برده می شوند.انتخاب این روان کننده شامل مواردی همچون دما، عدم فساد و عمر معقول گریس قبل از وقوع خرابی می باشد.
تجهیزات گشتاور: هر دو گشتاور استارت و گشتاور عملکرد می بایست ملاحظه شوند.گشتاور استارت از گشتاور عملکرد بیشتر است.گشتاور استارت سبب شتاب دادن جرم/اینرسی موتور و فشار آن می گردد، که منجر به تنشهای بالای آنی در داخل قطعات نصبی و موتور گشته.این مسئله بیشتر زمانی مورد نگرانی است که نصب همراه با بارهای لختی بالایی باشد.بدیهی است، که سرعت موتور می بایست برای تجهیزات راه اندازی(همانند یک سیستم راه انداز، گوی پیچشی) با سرعتی که توسط تولید کننده پیشنهاد شده یکسان باشد.ممکن است در صورت نیاز آرایشی از چرخدنده به کارگرفته شود.
توانایی بارگیری محوری و شعاعی شافت: مطمئنا محور موتور و هزارخارها به اندازه ای مناسب برای تحمل بارهای خستگی و استاتیکی که موتور در طول عمر عملکردش خواهد دید،انتخاب شده اند.
خطوط ورودی و خروجی: متعلقات خطوط ورودی و خروجی به موتور می بایست با موتور تطبیق یابند.
جهت گردش: موتورهای می توانند یک جهته یا بدون جهت باشند.کاربردهای هوافضا تمایل به استفاده از پمپ های بدون جهت را دارد.بدیهی است که سوپاپ کنترل می بایست مطابق با جهت اختصاصی گردش باشد.

کنترل سرعت موتورهای هیدرولیک:
عموما، هدف موتورهای هیدرولیک تولید یک سرعت دوار ثابت دریک گشتاور کافی برای جابه جایی بار، می باشد.دو روش برای کنترل سرعت توسط یک پمپ هیدرولیک (یا انتقال ثابت یا انتقال متغیر، اما عموما انتقال متغیر) یا توسط یک سوپاپ استفاده می شود. کنترل سوپاپ ممکن است بواسط یک سوپاپ کنترل جریان، سوپاپ رگلاتور فشار یا یک سرو سوپاپ (Servovalve) باشد.همانطور که در قسمت معادلات ریاضی برای موتورها بحث شد، سرعت دوار موتور توسط بار و متغیر جریان تغییر خواهد کرد. همچنین گشتاور تابعی از Δp سراسر موتور است.
یک پمپ انتقال ثابت را در نظر بگیرید.یک پمپ انتقال ثابت مقدار ثابتی از جریان را تولید می کند.فشاری را فرض کنید که شیر فشار شکن عمل نکند، یک جریان ثابتی از پمپ به درون موتور جریان می یابد اما فشار ورودی همراه با بار متغیر است.بنابراین، یک پمپ انتقال ثابت سرعت ثابتی را تولید می کند اما گشتاور همراه با بار متغیر است.
یک پمپ انتقال متغیر جریان را تغییر می دهد تا فشار خروجی ثابتی را برای پمپ تامین کند. در موتور، این امر سبب تامین فشار ورودی ثابتی به موتور می گردد.بنابراین تغییرات فشار درون پمپ ثابت بوده، از این رو گشتاور هم درون پمپ ثابت خواهد بود.بنابراین یک پمپ انتقال متغیر، در غیاب هرسوپاپ کنترلی، گشتاور ثابتی را تولید خواهد کرد اما با سرعتی که با بار متغیر خواهد بود.
یک سوپاپ کنترل جریان، نرخ جریان را به مقادیر ثابتی تنظیم خواهد کرد. این کار توسط کنترل تغییرات فشار از میان یک اریفیس(دهانه تنگ) صورت می گیرد. بنابراین یک سوپاپ کنترل جریان، یک جریان ثابت را از موتور به همراه یک فشار ورودی متغیر به موتور نتیجه می دهد.در نتیجه، استفاده از سوپاپ کنترل جریان، سرعتی ثابت از موتور به همراه گشتاوری متغیر با بار را تولید می نماید، متشابه با یک پمپ انتقال ثابت. فرض داریم که جریان پمپ سیستم و فشار به سوپاپ ثابت می باشد.
یک سوپاپ تنظیم کننده فشار، فشار خروجی سوپاپ را توسط کنترل جریان تنظیم می کند. این عمل گشتاوری ثابت به همراه سرعتی متغیر با بار را برای موتور تامین می کند، متشابه با یک پمپ انتقال متغیر. فرض گرفته شده که جریان پمپ سیستم و فشار در سوپاپ ثابت می باشند.
در مبحث سرو سوپاپ ، یک سیستم کنترل دیجیتال، سرعت را در قسمتی از سیستم حس کرده و سرو سوپاپ را برای حفظ سرعت دلخواه تنظیم می نماید. این یک کنترل کننده سرعت است،سیستم کنترلی بازخورد(Feedback).پارامترهای درون حلقه کنترل، همانند ثابت سوپاپ و بهره حلقه، اندازه گیری شده تا کارایی بهینه را درشرایط طراحی بدست آورند.تصورا، حلقه کنترل سرعت، یک حلقه کنترل خطی بدون مقادیر غیر خطی است. به هر حال، در عمل، سیستم های هیدرولیک ذاتا غیر خطی بوده که ممکن است در صورت عدم طراحی مناسب مشکلات دوام و کارایی را به وجود آورد. بخصوص که چسبندگی بالا و نیروهای استارت در سیستم ممکن است منجر به استارت تشنجی شده همچنان که حلقه کنترل برای پایدار شدن کوشش می کند(بر حسب سرعت).فاکتور دیگر در استفاده از سرو سوپاپ ها برای کنترل موتور ،سوپاپ ماسوره ای چهار راهه است که هر دو فشار تامین شده و فشار برگشتی به موتور را تنظیم می کند(بنابراین فشار پورت ورودی و خروجی تحت تاثیر یک سرو سوپاپ قرار می گیرند) .فشار مطابق با رابطه زیر متغیر است.


در حالیکه PS = P1 + P2 و فشار بار برابر است با PL = P1 – P2
برای انواع دیگر کنترل، فشار جریان پایین، P2، فشار برگشتی خواهد بود.
در نهایت، اگر سرعت موتور هیدرولیک بسیار بالا بود – که خیلی اوقات پیش می آید- میتوان برای کاهش سرعت محور خروجی موتور از نصب یک جعبه دنده بهره گرفت.برای کاهش دنده های بزرگ، یک سلسه چرخدنده خورشیدی می تواند استفاده شود.