میل لنگ جزء محوری یک موتور احتراق داخلی است که در پایین موتور قرار دارد و حرکت خطی پیستون‌ها را به حرکت چرخشی تبدیل کرده و با اتصال به گیربکس خودرو را به حرکت در می‌آورد. این قطعه کاملا پیچیده و مهندسی‌شده است، زیرا باید در عین حفظ عملکرد روان و متعادل، در مقابل تنش‌ها و دماهای بالا هم مقاومت داشته باشد.

در این مقاله، تاریخچه میل لنگ در خودروها، انواع میل لنگ‌ها، اجزا و عملکرد میل لنگ را بررسی خواهیم کرد. همچنین، برخی از مشکلات و خرابی‌های رایجی که ممکن است برای این میل لنگ رخ دهد و نحوه تشخیص و تعمیر میل لنگ را بیان می‌کنیم. چه مکانیک باشید، چه مهندس یا صرفاً یک علاقه‌مند به اتومبیل، این مقاله اطلاعات ارزشمندی را در مورد یکی از مهم‌ترین بخش‌های موتور وسیله نقلیه ارائه می‌کند. پس تا آخر متن با اعتمادیدک همراه باشید.

میل لنگ چیست؟

میل لنگ (به انگلیسی crankshaft) یک قطعه مکانیکی است که حرکت رفت‌ و برگشتی پیستون‌ها را به حرکت دورانی تبدیل می‌کند. میل لنگ خودرو معمولاً از فولاد سخت‌ ساخته می‌شود و از یک سری cranks یا ژورنال یا اصطلاحا لنگ‌های متحرک تشکیل شده است که از یکدیگر جدا هستند.

موتور خودرو چطور کار میکند

نحوه عملکرد پیستون، شاتون و میل لنگ در کنار یکدیگر

میل‌لنگ در بلوک موتور، زیر سیلندرها و پیستون‌ها قرار دارد و از طریق میله‌های اتصال که به ژورنال‌های میل‌لنگ وصل شده‌اند به پیستون‌ها متصل می‌شود. وقتی پیستون‌ها بالا و پایین می‌روند، میله‌های اتصال را فشار داده یا می‌کشند که به نوبه خود میل‌لنگ را می‌چرخاند. این حرکت چرخشی سپس به گیربکس و در نهایت به چرخ‌ها منتقل شده و خودرو را به جلو می‌راند.

میل‌لنگ

تاریخچه میل لنگ

تاریخچه میل‌لنگ به دوران باستان برمی‌گردد که در آسیاب آبی و آسیاب بادی، مورد استفاده قرار می‌گرفت. اولین استفاده ثبت‌شده از میل‌لنگ، در یک دستگاه بالابر آب رومی بود که برای بالابردن آب برای اهداف آبیاری استفاده می‌شد.

در قرن پانزدهم، لئوناردو داوینچی، مکانیزم میل‌لنگ را طراحی کرد که در ماشین پرنده او استفاده می‌شد. این طرح بعدها در ماشین‌آلات دیگری مانند آسیاب‌های آبی و نساجی مورد استفاده قرار گرفت.

در قرن هجدهم از میل لنگ در موتورهای بخار برای تبدیل حرکت رفت و برگشتی پیستون‌ها به حرکت چرخشی استفاده می‌شد. این کار امکان تولید برق را با کارآمدی بیشتری فراهم و راه را برای انقلاب صنعتی هموار کرد.

در اوایل قرن نوزدهم، میل‌لنگ برای استفاده در موتورهای احتراق داخلی خودروها بیشتر توسعه و بهبود یافت. اولین موتور احتراق داخلی چهار‌زمانه توسط «نیکولاس اتو» در سال 1876 ساخته شد و از یک میل‌لنگ برای تبدیل حرکت رفت و برگشتی پیستون‌ها به حرکت چرخشی استفاده کرد. با گذشت زمان، طراحی و مواد مورد استفاده برای میل‌لنگ به ‌تدریج بهبود یافت.

میل لنگ موتور کشتی در سال 1933

میل لنگ موتور یک کشتی در سال ۱۹۳۳

امروزه اکثر میل‌لنگ‌ها از فولاد سخت‌شده ساخته می‌شوند و برای اطمینان از عملکرد و دوام بهینه، با تلورانس‌های دقیق، ماشین‌کاری می‌شوند.

اجزای میل لنگ

همان‌طور که در شکل فوق می‌بیند، میل‌لنگ دارای اجرای مختلفی است. نامگذاری قطعات در میل لنگ کاملا تخصصی است. منظور از ژورنال (Journal) در میل لنگ قسمتی از میل لنگ است که درون یاتاقان می‌چرخد و دونوع ژورنال در میل لنگ موجود است. ژورنال‌های اصلی که محور اصلی چرخش میل لنگ هستند و ژورنال‌های شاتون یا لنگ متحرک (Connecting rod journals) که به شاتون متصل میشوند. نام دیگر ژورنال شاتون در انگلیسی crank pin است. ما در این‌جا اجزا و کارکرد هر کدام از اجزای میل لنگ را توضیح می‌دهیم.

لنگ متحرک (Crank Pin): پین لنگ یا لنگ‌های متحرک که در انگلیسی با نام‌های Rod Bearing Journals شناخته می‌شود قسمتی استوانه‌ای از میل‌لنگ است که به شاتون متصل می‌شود. با چرخش میل‌لنگ ، شاتون به سمت بالا و پایین حرکت می‌کنند و قدرت را از پیستون‌ها به لنگ متحرک در میل لنگ منتقل می‌کنند.
محور اصلی (Main Journal): ژورنال اصلی یا محور اصلی به موتور متصل میشود و محور اصلی چرخش میل لنگ هستند. ژورنال اصلی برای عملکرد موتور بسیار مهم است زیرا پشتیبانی و پایداری میل لنگ را فراهم می‌کند. در محور اصلی سوراخ‌هایی برای عبور روغن و روانکاری وجود دارد. فاصله بین محور ژورنال اصلی و ژورنال شاتون شعاع میل لنگ نامیده میشود.
فلنچ مونتاژ فلایویل (Flywheel Mounting Flange): فلانچ فلایویل یک سطح صاف در انتهای میل‌لنگ است که محل نصب فلایویل است. فلایویل یک جرم دوار سنگین است که به کم کردن ارتعاشات موتور کمک کرده و مکانی را برای اتصال کلاچ در خودروهای گیربکس دستی فراهم می‌کند.
وزنه تعادل (Counterweight): وزنه تعادل (در انگلیسی crankweb هم گفته میشود)، جِرم سنگینی فلزی است که به میل‌لنگ در روبروی صفحات میل‌لنگ متصل می‌شود. هدف آن متعادل‌کردن مجموعه دوار و کاهش ارتعاشات ناشی از حرکت رفت و برگشتی پیستون‌ها است.
محل عبور روغن (Oil Passage): گذرگاه روغن یک کانال یا سوراخ کوچک در میل‌لنگ است که به روغن موتور اجازه می‌دهد از میان آن عبور کرده و یاتاقان‌ها و سایر قسمت‌های متحرک را روغن‌کاری کند. روغن‌کاری مناسب برای کاهش اصطکاک و سایش و افزایش عمر موتور، ضروری است. پمپ روغن وظیفه تزریق روغن به این سوراخ‌ها را برعهده دارد.
سوراخ یا حفره تعادل (Balance Holes): به سوراخ هایی که درون وزنه تعادل وجود دارند سوراخ تعادل گفته میشود. از این سوراخ برای بالانس کردن میل لنگ استفاده میشود. با فرو کردن فلزات سنگین در این سوراخ برای بالانس کردن میل لنگ استفاده میشود.
کاسه نمد میل لنگ: کاسه نمد میل لنگ (oil seal) واشری است کاسه‌ای شکل که در تمامی‌سیستم‌های هیدرولیکی، پیستون‌ها، میل لنگ و سایر قطعات خودرو که در آن‌ها سیالات در جریان هستند، استفاده می‌شود. کاسه نمد میل لنگ، نوعی از کاسه نمدها است که برای بازگشت روغن به مخزن خودرو و جلوگیری از نشت روغن و ورود گرد و غبار به موتور مورد استفاده قرار می‌گیرد. کاسه نمد میل لنگ در انتها و ابتدای میل لنگ قرار دارد.
کاسه نمد اورینگ که در بخش جلویی میل لنگ و موتور و پشت سر پولی قرار دارد.
کاسه نمد پکینگ یا کاسه نمد ته میل لنگ که در بخش انتهایی میل لنگ و پشت فلایول قرار دارد.
کاسه نمد میل لنگ قیمت کمی دارد اما دسترسی به ان سخت است و باید کلاچ، فلایویل باز شوند. پس توصیه ما این است که در هنگام تعمیر موتور حتما انها را تعویض کنید.
مسیر کلید (Keyway): مسیر کلید شکافی است که روی میل‌لنگ بریده شده است که اجازه می‌دهد یک کلید وارد شود و اتصال مطمئنی بین میل لنگ و سایر اجزا، مانند چرخ فلایو یا قرقره ایجاد کند.

مسیرکلید در میل لنگ

میل لنگ چگونه کار می‌کند؟

همان‌طور که ذکر شد، میل‌لنگ وسیله‌ای مکانیکی است که با استفاده از مکانیزم لنگ زدن، حرکت رفت و برگشتی پیستون‌ها را به حرکت چرخشی تبدیل می‌کند. این قطعه از اجزای متعددی از جمله ژورنال‌های اصلی (main journals)، شاتون‌ها (connecting rods) و وزنه‌های تعادل (counterweights ) تشکیل شده است.

میل لنگ چطور کار می کند

میل‌لنگ روی یاتاقان‌هایی نصب شده است که به آن اجازه می‌دهند آزادانه بچرخد. هنگامی که پیستون‌ها در سیلندرها بالا و پایین می‌روند، از طریق میله‌های اتصال یا شاتون‌ها به میل‌لنگ متصل می‌شوند. میله‌های اتصال در ژورنال‌های اصلی به میل‌لنگ متصل می‌شوند که با زاویه مشخصی از یکدیگر فاصله دارند.

هنگامی که پیستون در سیلندر به سمت پایین حرکت می‌کند، نیرویی به شاتون وارد می‌کند که به نوبه خود سبب وارد‌شدن نیرویی به میل‌لنگ می‌شود. این نیرو باعث می‌شود که این قطعه حول محور خود بچرخد. همان‌طور که پیستون در سیلندر به سمت بالا حرکت می‌کند، نیروی وارد‌شده به شاتون معکوس می‌شود و باعث می‌شود میل‌لنگ به چرخش در همان جهت ادامه دهد.

برای متعادل‌کردن نیروهای وارد بر میل‌لنگ، وزنه‌های تعادل در مکان‌های خاص به میل اضافه می‌شود. این وزنه‌ها به‌کاهش ارتعاشات و بهبود عملکرد کلی موتور، کمک می‌کنند.

میل لنگ توسط یاتاقان‌هایی در دوسر آن به موتور متصل شده است. میل لنگ به فلایویل متصل شده و از طریق فلایویل یه سیستم کلاچ متصل میشود. با درگیر شدن کلاچ، انرژی دورانی میل لنگ از طریق گیربکس و دیفرانسیل به چرخ‌ها منتقل می‌شود و خودرو حرکت می‌کند.

طراحی میل‌لنگ برای عملکرد موتور بسیار مهم است. این قطعه باید به‌اندازه کافی قوی باشد که بتواند نیروهای ایجاد‌شده توسط پیستون‌ها را تحمل کند و در عین حال به‌اندازه کافی سبک باشد تا امکان چرخش با سرعت بالا را داشته باشد.

انواع میل لنگ

انواع مختلفی از میل‌لنگ در موتورها استفاده می‌شود که هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. رایج‌ترین انواع میل‌لنگ به‌شرح زیر است:

۱- میل لنگ یک تکه (Single Solid Piece): یک میل‌لنگ Single Solid Piece از یک قطعه فولادی ساخته شده است. این نوع میل لنگ در موتورهای چند سیلندر استفاده میشوند.

۲- میل لنگ تماما ساخته شده (Fully Built Shaft): میل لنگ کاملاً ساخته‌شده از قطعات مجزا تشکیل شده است که با هم مونتاژ می‌شوند. در میل لنگ تماما ساختته شده، محور اصلی، وزنه تعادل، یاتاقان و .. بصورت مجزا تولید شده و به هم ماشینکاری میشوند.

۳- میل لنگ نیمه‌ساخته (Semi-built Shaft): شفت نیمه‌ساخته ترکیبی از میل‌لنگ ریخته‌گری، بیلت و میل لنگ کاملاً ساخته‌شده است. در این نوع میل لنگ برخی قطعات نظیر یاتاقان ها و صفحات میل لنگ بصورت یک تکه تولید شده و با دیگر قطعات مونتاژ میشوند. این نوع میل لنگ در موتور دیزلی کشتی کاربرد دارند. این نوع میل لنگ تعادلی از استحکام، دوام و مقرون‌به‌صرفه‌بودن را ارائه می‌دهد.

۴- میل لنگ جوش داده شده (Welded Piece): در میل لنگ جوش داده شده قطعات مختلف میل لنگ بصورت مجزا تولید شده و به یکدیگر جوش داده میشوند. این طراحی مقاومتر است اما هزینه تولید بالایی دارد.

۵- میل‌لنگ فورج (Forged): میل لنگ فولادی فورج با حرارت‌دادن یک شمش فولادی و سپس شکل‌دهی آن با استفاده از پرس ساخته می‌شوند و جوشکاری ندارند. این میل لنگ‌ها قوی‌تر و بادوام‌تر از میل لنگ‌های چدنی هستند و برای موتورهای با کارایی بالا که قدرت و گشتاور زیادی تولید می‌کنند، ایده‌آل‌اند. همچنین چون سبک‌تر از میل لنگ چدنی هستند باعث کاهش جرم، چرخش بهتر موتور و بهبود عملکرد می‌شوند. با این حال، تولید آن‌ها گران‌تر از میل لنگ چدنی است.

نحوه ساخت میل لنگ

تصویری از نحوه ساخت میل لنگ forged

۶- میل لنگ چدنی (Cast Iron Crankshaft): میل لنگ چدنی با ریختن آهن مذاب در قالب و خنک‌شدن و سفت‌شدن آن ساخته می‌شود. این میل‌لنگ معمولاً در موتورهای با عملکرد پایین‌تر استفاده می‌شود و در مقایسه با میل لنگ فولادی فورج هزینه کمتری دارد. آن‌ها با این حال، نسبت به میل لنگ‌های فولادی فورج سنگین‌تر بوده و دوام کمتری دارند.

برخی از ویژگی‌های خاص میل‌لنگ فولادی فورج عبارتند از:

استحکام زیاد: فرآیند آهنگری، ساختار کریستال‌های فولاد را تراز کرده و آن را در برابر خستگی و ترک‌خوردگی قوی‌تر و مقاوم‌تر می‌کند.
تعادل بهبود ‌یافته: میل لنگ فولادی فورج‌شده را می‌توان با وزنه‌های تعادل و ویژگی‌های دیگری طراحی کرد که به تعادل مجموعه دوار، کاهش ارتعاشات و بهبود صافی موتور کمک کند.
ماشین‌کاری دقیق: میل لنگ‌های فولادی فورج‌شده را می‌توان ماشین‌کاری کرد و اطمینان حاصل کرد که کاملاً با سایر اجزای موتور مطابقت داشته و به‌خوبی و نرمی کار می‌کنند.
قابلیت سفارشی‌سازی: از آن‌جایی که میل‌لنگ فولادی فورج‌شده از یک قطعه فولادی یکپارچه ساخته می‌شود، می‌توان آن را با ویژگی‌ها و ابعاد خاصی طراحی کرد تا نیازهای یک موتور یا کاربرد خاص را برآورده کند.

۷- میل لنگ بیلت (Billet): میل‌لنگ بیلت از یک تکه فولاد (آلیاژ ۴۳۴۰ که عمدتا شامل کرومیوم، نیکل، آلومینیوم و مولیبدنوم است ) با استحکام بالا و با ماشین‌کاری تولید می‌شود. این نوع میل لنگ بسیار قوی و بادوام است، اما قیمت آن نیز نسبت به‌انواع دیگر بیشتر است.

به‌طور خلاصه، نوع میل‌لنگ مورد استفاده در یک موتور به عوامل مختلفی مانند کاربرد موتور، بودجه و الزامات عملکرد بستگی دارد.

ارتباط میل لنگ و میل سوپاپ چیست؟

میل سوپاپ (camshaft) که به آن میل بادامک هم گفته می‌شود در قسمت بالایی موتور خودرو قرار دارد و توسط میل لنگ و با استفاده از تسمه تایم به حرکت در می‌آید. میل سوپاپ وظیفه باز و بسته کردن منظم سوپاپ های ورود سوخت و خروج دود در سیلندرها را برعهده دارد. اغلب خودورهای امروزی دارای دو میل سوپاپ هستند که یکی وظیفه کنترل ورود سوخت و دیگری وظیفه خروج دود را برعهده دارد.

ارتباط شاتون و میل لنگ و میل سوپاپ 2

علایم خرابی میل لنگ

خرابی میل‌لنگ یک مسئله جدی است که در صورت عدم رسیدگی به موقع می‌تواند منجر به خرابی کامل موتور شود. برخی از رایج‌ترین علائم خرابی میل لنگ عبارتند از:

1. لرزش موتور: میل‌لنگ آسیب‌دیده می‌تواند باعث لرزش بیش از حد موتور شود. این لرزش را می‌توان در سرتاسر وسیله نقلیه احساس کرد، و ممکن است در هنگام حرکت یا شتاب‌گیری قابل توجه باشد.

2. صدای موتور: یک میل‌لنگ آسیب‌دیده می‌تواند صدای تق‌تق ایجاد کند که با افزایش دور موتور افزایش می‌یابد. این صدا اغلب در حالت ایستاده و بدون حرکت، بیشتر است و ممکن است در سرعت‌های بالاتر، ناپدید شود.

3. چراغ هشدار فشار روغن: خرابی میل‌لنگ می‌تواند باعث افت فشار روغن در موتور شود. این مسئله می‌تواند چراغ هشدار فشار روغن روی داشبورد را فعال کند.

4. از دست‌دادن قدرت: میل‌لنگ آسیب‌دیده می‌تواند باعث از دست‌دادن قدرت موتور شود و شتاب‌گرفتن یا حفظ سرعت را دشوار کند. این مشکل اغلب با کاهش راندمان سوخت همراه است.

5. خاموشی موتور: میل لنگ آسیب‌دیده می‌تواند باعث از کار‌افتادن یا خاموش‌شدن کامل موتور شود. این مشکل ممکن است به‌طور ناگهانی و بدون هشدار اتفاق بیفتد و اگر در حین رانندگی رخ دهد خطرناک است.

6. براده‌های فلزی در روغن: یک میل‌لنگ آسیب‌دیده می‌تواند براده‌های فلزی ایجاد کند که در روغن موتور دیده می‌شود. این نشانه آسیب، قابل توجه است و نیاز به توجه فوری دارد.

به‌طور خلاصه، اگر هر یک از علائم بالا را در وسیله نقلیه خود مشاهده کردید، لازم است که موتور خود را در اسرع وقت توسط یک مکانیک واجد شرایط بررسی کنید. تشخیص زودهنگام و تعمیر میل‌لنگ آسیب‌دیده می‌تواند از آسیب جدی‌تر موتور جلوگیری کرده و ایمنی وسیله نقلیه شما را تضمین کند.

یاتاقان زدن چیست و چه ارتباطی به میل لنگ دارد؟

هرعاملی که باعث دفرمه شدن یاتاقان‌ها شود بطوری که یاتاقان‌ها بیش از حد از میل لنگ فاصله بگیرند و یا بیش از حد به میل لنگ بچسبند باعث می‌شود روغن موتور دیگر فضای بین یاتاقان و میل لنگ را پر نکند که در این وضعیت می‌گویند موتور یاتاقان زده است. البته یاتاقان زدن ممکن است ناشی از اختلال در روغن کاری هم باشد. این مساله مشابه این است که اول مرغ وجود داشته یا تخم مرغ. دفرمه شدن قطعات باعث اختلال در روغن کاری میشود و برعکس هم اختلال در روغن کاری باعث افزایش دما و اصطکاک در بین میل لنگ و یاتاقان و شاتون شده و به دفرمه شدن یاتاقان ها منجر می شود که در این حالت میگویند موتور یاتاقان زده است

اگر یاتاقان به میل لنگ چسبیده باشد، موتور به سختی و سنگینی حرکت می‌کند و این امر باعث از کار افتادن موتور می‌شود.

همچنین اگر یاتاقان در اثر فرسوده شدن و یا اصطکاک زیاد دفرمه شود و ضخامت خود را از دست دهد، میل لنگ نمی‌تواند بدون لرزش به کار خود ادامه دهد، که در این صورت صدایی مانند تق تق ایجاد میکند که نشانه ی خرابی یاتاقان است.

اگر موتور برای مدت طولانی در شرایطی که یاتاقان ها دارای مشکل هستند کار کند، تکه های یاتاقان به سرعت در سیستم روغن کاری به گردش در می آیند و در سراسر میل لنگ پخش می شوند و به میل بادامک آسیب می رسانند. ضایعات یاتاقان نیز به داخل سیلندرها پرتاب می شود، جایی که با سرعت به پیستون می زند و به رینگ ها آسیب می رساند. وقتی این اتفاق افتاد، کل مجموعه چرخان ممکن است گیر کند و از حرکت بایستد.

منبع: etemadyadak