سیستم های انتقال قدرت
سیستم های انتقال قدرت

مقدمه
سیستم انتقال قدرت دو وظیفه را در اتومبیل به عهده دارد: انتقال قدرت از موتور به چرخهای محرک و تغییر مقدار گشتاور. در تشریح سیستم انتقال قدرت به کرات از دو عبارت توان و گشتاور استفاده می‌شود که توضیح کوتاهی درباره هرکدام ضروری به نظر می‌رسد. عبارت «توان» نرخ یا سرعت انجام کار است. «تورک» یا گشتاور به زبان ساده یعنی گردش نیرو. با توجه به ارتباط بین دور موتور و توان ، وجود جعبه دنده‌های چند نسبته ضروری است، چرا که موتور اتومبیل بیشینه توانش را در سرعتهای معین تحویل می‌دهد که البته منظور از سرعت همان RPM یا دور در دقیقه است.



نقش چرخ دنده
در واقع دو مجموعه از چرخ دنده‌ها در سیستم انتقال توان وجود دارد: گیربکس یا جعبه دنده و دفرنسیال. وظیفه جعبه دنده تنظیم نسبت چرخ دنده است و دیفرانسیل نیز اجازه می‌دهد تا چرخها در سرعتهای گوناگون بچرخند. جعبه دنده‌های دستی معمولاً دارای چهار یا پنج سرعت هستند و اغلب از اور درایو یا بیش ران (وسیله ای در جعبه دنده که نسبت چرخ دنده را پایین می‌آورد و مصرف سوخت را کاهش می‌دهد) برخوردارند. در واقع اور درایو به وضعیتی گفته می‌شود که در آن محور یا شفت ورودی می‌تواند سریعتر از محور خروجی بچرخد، که در نتیجه میزان مصرف سوخت در بزرگراه کاهش می‌یابد. در برخی از جعبه دنده‌ها از کلاج الکتریکی و یک سوئیچ استفاده می‌شود که درگیری یا عدم درگیری اور درایو را کنترل می‌کند.

تولید گشتاور
گشتاور از توان بدست می‌آید. مقدار گشتاور قابل حصول از یک منبع توان ، با فاصله‌ای از مرکز دوران که گشتاور در آن نقطه بکار می‌رود متناسب است.

بنابراین منطقی است که اگر محوری (در این بحث میل لنگ) داشته باشیم که با هر سرعت اعمال شده‌ای می‌چرخد، می‌توانیم چرخ دنده‌هایی با اندازه‌های گوناگون روی آن قرار دهیم و نتایج مختلفی بدست آوریم. چنانچه چرخ دنده بزرگی روی محور نصب کنیم، می‌توانیم در لبه آن سرعت بیشتر و توان کمتری نسبت به یک چرخ دنده کوچکتر بدست آوریم.

حال اگر محور دوم را موازی با محور محرک مان قرار دهیم و مطابق چرخ دنده‌های روی شفت متحرک ، چرخ دنده‌هایی روی آن نصب کنیم، می‌توانیم تقریباً هر ترکیبی از توان و سرعت را که در محدوده توانایی موتور باشد بدست آوریم. این دقیقاً همان چیزی است که جعبه دنده اتومبیل به کمک چرخ دنده‌ها و دیگر اجزا انجام می‌دهد.

گذری کوتاه بر سیستم های انتقال نیروی اتوماتیک

سیستم های انتقال نیروی اتوماتیک یکی از پیچیده ترین قسمت های مکانیکی در اتومبیل های جدید است. یک سیستم انتقال نیروی اتوماتیک کامل، شامل بخش مکانیکی، هیدرولیکی، الکتریکی و کنترل کامپیوتری است که با هماهنگی بی نظیری عمل می کنند. مقاله ای که می خوانید، چگونگی عملکرد این سیستم خارق العاده و نحوه ی تعمیر آن در صورت بروز اشکال را شرح می دهد. قابل ذکر است که مقصود عمده از سیستم انتقال نیرو، همان گیربکس (gear box) است؛ ولی یک سیستم انتقال نیرو اجزای دیگری نیز دارد که به تفضیل در مورد آن ها بحث خواهیم کرد.

گذری کوتاه بر سیستم های انتقال نیروی اتوماتیک: سیستم های انتقال نیروی اتوماتیک یکی از پیچیده ترین قسمت های مکانیکی در اتومبیل های جدید است. یک سیستم انتقال نیروی اتوماتیک کامل، شامل بخش مکانیکی، هیدرولیکی، الکتریکی و کنترل کامپیوتری است که با هماهنگی بی نظیری عمل می کنند.

مقاله ای که می خوانید، چگونگی عملکرد این سیستم خارق العاده و نحوه ی تعمیر آن در صورت بروز اشکال را شرح می دهد.

سیستم انتقال نیرو چیست؟
سیستم انتقال نیرو مجموعه ای است که به انتهای موتور متصل است و قدرت موتور را به چرخ های محرک می رساند. هر اتومبیل در محدوده ی خاصی از دور موتور RPM (Reudution PER Minute) به حداکثر کارکرد خود می رسد. یک سیستم انتقال نیروی مناسب ضمن نگهداشتن دور موتور در این محدوده قدرت موتور را به چرخ های محرک انتقال می دهد تا اتومبیل به بهترین وجه رانده شود.

این کار به وسیله ی ترکیب دنده ها و محورهای متعدد صورت می گیرد. زمانی که اتومبیل روی دنده ی یک است، دور موتور بسیار بالا تر از دور چرخ های محرک است. در حالی که در دنده های بالا موتور حتی در سرعت های بالا تر از 70 MPH (110km/h ) آزاد کار می کند. به غیر از دنده های جلو هر گیر بکس اتوماتیک دارای یک وضعیت خلاص است که سیستم انتقال نیرو را از چرخ های محرک جدا می کند. دنده ی عقب باعث می شود که چرخ های محرک در جهت معکوس گردش کنند که اجازه ی عقب رفتن به اتومبیل می دهد. در نهایت در این گیربکس ها یک وضعیت پارک (park position) نیز وجود دارد.

در این وضعیت یک مکانیزم قفل کننده درون شفت اصلی وارد می شود و چرخ های محرک را قفل می کند تا آن ها را از چرخش باز دارد. دو نوع سیستم انتقال نیرو وجود دارد:
1) دفرنسیال عقب (rear wheel drive)
2) دفرنسیال جلو(front wheel drive)


دراتومبیل های دیفرانسیل عقب سیستم انتقال نیرو معمولا پشت موتور ، زیر برآمدگی وسط کف اتومبیل در امتداد پدال گاز سوار می شود.

برای اتصال محور محرک که عقب اتومبیل قرار دارد به سیستم انتقال قدرت از یک میل گردان (drive shaft) استفاده می شود تا قدرت را به محور انتقال دهد. شار قدرت در این سیستم ها ساده است؛ به صورتی که قدرت به صورت مستقیم از اتومبیل به مبدل گشتاور (torque converter) و سپس سیستم انتقال قدرت و میل گردان(drive shaft)منتقل می شود تا جایی که به محور محرک (final drive) برسد و در آن جا تقسیم شده و به دو چرخ فرستاده می شود.

 

در یک اتومبیل دیفرانسیل جلو ، سیستم انتقال قدرت و محور جلو با هم ترکیب شده و قطعه ای به نام ترانس اکسل (transaxle) ساخته می شود.

در اتومبیل های دیرانسیل جلو موتور اصولا به صورت عرضی سوار می شود و اکسل در پایین، جلوی موتور قرار دارد. محور های جلو مستقیما به اکسل متصلند و نیروی رانشی چرخ ها را فراهم می کند. در چنین ساختاری شار قدرت از موتور به سمت مبدل گشتاور جاری می شود و سپس توسط سلسله شاره گر هایی پس از تغییر جهت °180 به سمت سیستم انتقال نیرو که در کنار موتور است می رود. در این قسمت قدرت از طریق سیستم انتقال قدرت مستقیما به محور محرک فرستاده می شود و پس از تقسیم به چرخ ها منتقل می شود. چینش های دیگری در اتومبیل های دیفرانسیل جلو که موتور آن ها به صورت طولی قرار می گیرد، وجود دارد.

همچنین خودرو هایی موجود است که هر دو محور عقب و جلو در آن ها محور محرک است؛ اما دو سیستم فوق الذکر معمول ترین چینش های انتقال قدرت هستند. از جمله ی دیگر چینش ها می توان به مدلی اشاره کرد که موتور، سیستم انتقال و تبدیل نیرو و محور محرک همگی در قسمت عقب ماشین قرار دارند. این چینش یشتر در ماشین های پورشه(Porsche) معمول است.

بخش دوم: اجزای سیستم انتقال نیرو: سیستم های انتقال نیروی اتوماتیک مدرن از قطعات بی شماری تشکیل شده اند که همه به صورت یک سیستم مکانیکی، هیدرولیکی، الکترونیکی هوشمند کار می کنند. این تکنولوژی در طول سال های گذشته توسط افراد مستعد رشد و نمو داشته است. در این جا با توضیحات ساده و به دور از پیچیدگی های خاص به شرح کار می پردازیم. برای تصور کردن نحوه ی کار قطعات باید در تصور خود آن ها را مجسم کنید.

قطعات اصلی تشکیل دهنده ی یک سیستم انتقال نیروی اتوماتیک عبارت اند از:

  1. گروه دنده های سیارکی (setplanetary gear): سیستم هایی مکانیکی اند که نسبت دور موتور و چرخ ها را تنظیم می کنند.
  2. سیستم هیدرولیکی (hydraulic system) که با فشار روغن را توسط پمپ روغن از طریق محفظه ی سوپاپ به گیربکس می فرستد تا کلاچ ها و رشته ها عمل کنند و در نتیجه گروه دنده های سیارکی کنترل می شوند.
  3. آب بند ها و واشرها (seals & gaskets) که برای جلوگیری از نشت روغن پر فشار استفاده می شوند.
  4. مبدل گشتاور پیچشی (torque Converter) که شبیه به یک کلاچ عمل می کند و به اتومبیل در حالی که در دنده است و موتور در حال گردش با دور بالاست ، اجازه ی ایست یا کم کردن سرعت می دهد.
  5. گاورنور (governor) و تعدیل کننده (modulator) که سرعت اتوموبیل ، وضعیت پدال گاز را کنترل می کند تا زمان تعویض دنده را محاسبه کند. در ماشین های جدید تر تعویض دنده توسط کامپیوتر کنترل می شود. کامپیوتر از بوبین های کوچک برای ارسال روغن در زمان مناسب به جزء مناسب برای تعویض دنده استفاده می کند.

یک سیستم انتقال نیروی اتوماتیک تعداد زیادی ترکیب بندی چرخ دنده های مختلف را دربر دارد. در یک گیربکس دستی ضمن حرکت دسته دنده توسط راننده چرخ دنده هایی با اندازه های مختلف حول محور اصلی گردش می کنند و با آن درگیر می شوند تا نسبت گردشی درست ایجاد شود.

در یک گیربکس اتوماتیک دنده در جای خود ثابت و همواره در حال کار هستند، اما نسبت گردشی درست توسط دنده های سیارکی ایجاد می شود.

یک گروه دنده ی سیارکی از یک دنده ی خورشیدی (sun gear)، یک دنده ی حلقه ای (ring gear) و دو یا بیشتر دنده ی سیاره ای (planet gear) که همگی با هم درگیر هستند، تشکیل می شود. دنده های سیاره ای توسط یک صفحه ی گردشی حامل به هم متصل اند و به هرز دنده های متصل به شفت (pinions) اجازه ی گردش می دهند. یکی ازحالات عملکرد این سیستم این است که دنده ی حلقه ای را به ورودی موتور و صفحه ی گردش حامل را به محور خروجی متصل کنیم و دنده ی خورشیدی را در مکانش قفل کنیم تا بچرخد.

به این ترتیب هنگامی که دنده ی حلقه ای شروع به چرخش می کند، دنده های سیاره ای روی محیط بیرونی دنده ی خورشیدی شروع به حرکت می کنند و محور خروجی در همان سمت گردش موتور با دوری کمتر شروع به چرخش می کند. (دنده ی سنگین) اگر در حالت بالا دنده ی خورشیدی را رها کنیم و دنده های سیاره ای را قفل کنیم تا بچرخند ضمن گردش شفت ورودی، شفت خروجی با همان سرعت و در همان جهت شروع به گردش می کند.

(دنده ی سبک) حال اگر صفحه ی گردان را قفل کنیم ودنده های سیاره ای را آزاد کنیم و دنده ی حلقه ای را بچرخانیم، دنده ی خورشیدی شروع به چرخش در جهت مخالف شفت ورودی می کند. (دنده ی عقب) تصویر سمت راست سیستم ساده ی شرح داده شده را نشان می دهد. شفت ورودی به دنده ی حلقه ای (آبی) متصل است؛ شفت خروجی به صفحه ی گردان (سبز) که به یک کلاج چند دیسکی وصل است، متصل است. دنده ی خورشیدی به یک دیسک گردان (زرد) متصل است که به نیمه ی دیگر کلاج متصل است. اطراف این صفحه ی گردان (زرد) یک ورقه ی استوانه ای قرمز وجود دارد که در می تواند دور صفحه کیپ شده و مانع چرخش آن و دنده ی خورشیدی شود. در این مثال کلاچ صفحه ی دوار و دنده ی خورشیدی را به هم قفل می کند تا با سرعت یکسان گردش کنند. اگر کلاچ و بند هر دو رها شوند، سیستم در وضعیت خلاص خواهد بود. چرخش شفت ورودی چرخ دنده های سیاره ای را نسبت به چرخ دنده ی خورشیدی می چرخاند.

ولی از آن جا که دنده ی خورشیدی قفل نشده، آزادانه می گردد وتاثیری بر شفت خروجی ندارد. برای قرار دادن سیستم در دنده ی یک، باند چرخ دنده ی خورشیدی را از حرکت باز می دارد. برای تعویض دنده به دنده های بالاتر باند رها می شود و کلاچ باعث می شود محور و شفت ورودی و خروجی با سرعت یکسان دوران کنند. 

در سیستم های انتقال نیروی جدیدتر ترکیبات مختلفی از دنده های سیاره ای برای ایجاد کارکرد بهتر به کار گرفته می شود. بسیاری از چینش دنده ها به صورت چهار، پنج، شش، هفت و حتی هشت تایی اتوماتیک به قدری پیچیده است که درک شار قدرت در حین تعویض دنده ها و بالا رفتن سرعت و نحوه ی انتقال آن برای افراد خبره هم بسیار مشکل است. در اتومبیل های دهه ی 80 و بعد از آن کامپیوترها ماشین را کنترل، و مونیتر سیستم انتقال نیرو را به عهده گرفته اند که درک کارکرد این سیستم پیچیده بسیار مشکل است. 

کلاچ از دیسک های قابل تعویض که درون یک پوشش استوانه ای قرار دارند، ساخته می شود. نیمی از دیسک ها فلزی هستند و زبانه های آن ها برخارهای داخل پوشش استوانه ای (drum) منطبق می شود. نیم دیگر دیسک ها موادی با ضریب اصطکاک بالا روی سطح خود دارند و زبانه های آن ها بر خارهای خارجی برآمدگی وسط درام منطبق می شود. پیستونی درون درام وجود دارد که توسط فشار روغن فعال می شود و در زمان مقتضی صفحات کلاچ را به هم فشرده می کند تا در هم قفل شوند و دو قطعه به صورت واحد با هم به گردش درآیند

اجزای سیستم انتقال نیرو:
سیستم های انتقال نیروی اتوماتیک مدرن از قطعات بی شماری تشکیل شده اند که همه به صورت یک سیستم مکانیکی، هیدرولیکی، الکترونیکی هوشمند کار می کنند. این تکنولوژی در طول سال های گذشته توسط افراد مستعد رشد و نمو داشته است. در این جا با توضیحات ساده و به دور از پیچیدگی های خاص به شرح کار می پردازیم. برای تصور کردن نحوه ی کار قطعات باید در تصور خود آن ها را مجسم کنید. قطعات اصلی تشکیل دهنده ی یک سیستم انتقال نیروی اتوماتیک عبارت اند از:

  • گروه دنده های سیارکی (setplanetary gear): سیستم هایی مکانیکی اند که نسبت دور موتور و چرخ ها را تنظیم می کنند.
  • سیستم هیدرولیکی (hydraulic system) که با فشار روغن را توسط پمپ روغن از طریق محفظه ی سوپاپ به گیربکس می فرستد تا کلاچ ها و رشته ها عمل کنند و در نتیجه گروه دنده های سیارکی کنترل می شوند.
  • آب بند ها و واشرها (seals & gaskets) که برای جلوگیری از نشت روغن پر فشار استفاده می شوند.
  • مبدل گشتاور پیچشی (torque Converter) که شبیه به یک کلاچ عمل می کند و به اتومبیل در حالی که در دنده است و موتور در حال گردش با دور بالاست ، اجازه ی ایست یا کم کردن سرعت می دهد.
  • گاورنور ((governor و تعدیل کننده (modulator) که سرعت اتوموبیل ، وضعیت پدال گاز را کنترل می کند تا زمان تعویض دنده را محاسبه کند. در ماشین های جدید تر تعویض دنده توسط کامپیوتر کنترل می شود. کامپیوتر از بوبین های کوچک برای ارسال روغن در زمان مناسب به جزء مناسب برای تعویض دنده استفاده می کند.

منبع :