همه چیز در مورد نحوه ی عملکرد جعبه فرمان ماشین

 

سیستم فرمان خودرو

یکی از مهم‌ترین سیستم‌ها برای کنترل و هدایت خودرو، سیستم فرمان است. سیستم چرخش فرمان خودرو به‌خصوص فرمان‌های قدیمی، ساختار بسیار ساده‌ای دارد و حتی می‌توانیم آن را متشکل از چند میله و چرخدنده ساده بدانیم. وقتی شما فرمان خودرو را روبه‌روی خود می‌چرخانید، این چرخش ازطریق اتصالات مربوطه به حرکت افقی تبدیل و به پیچیدن لاستیک‌های خودرو و فرمان‌پذیری آن منجر می‌شود.

سیستم‌های اولیه فرمان، جزئیات خیلی زیادی نداشتند‌؛ به‌همین‌دلیل، معمولا فشار گردش چرخ‌ها به‌راحتی درون فرمان و خستگی دست راننده احساس می‌شد. در این سیستم‌ها، چرخ‌ها صرفا با نیرویی هدایت می‌شوند که راننده به فرمان خودرو وارد می‌کند؛ ازاین‌رو، به آن‌ها سیستم‌ فرمان دستی هم می‌گویند.

 

نقش جعبه فرمان در خودرو 

به طور کلی جعبه فرمان موظف به تبدیل حرکت دورانی فرمان به حرکت خطی، ارتقای گشتاور و مبدل سازی صفحه ی دوران غربیلک فرمان به صفحه ی مکانیزم فرمان می باشد.

در واقع جعبه فرمان به عنوان مهمترین قطعه در سیستم هدایت و کنترل اتومبیل، بر روی اتاق خودرو تعبیه می گردد. این قسمت، عمل دوران فرمان و گشتاور را به وسیله ی سیبک های سیستم فرمان و مفصل های موجود به سگ دست انتقال می دهد.

به عبارتی دیگر زمانی که راننده غربیلک فرمان را به چرخش در می آورد، حرکت دورانی حاصل از نیروی راننده به جعبه فرمان انتقال می یابد. جعبه فرمان نیز حرکت دورانی غربیلک را به وسیله ی جعبه فرمان به حرکت خطی مبدل می سازد و به واسطه ی میله بندی فرمان نیروی حرکتی را به سگ دست هدایت می کند.

در طی این روند، سگ دست براساس نوع حرکت خطی به سمت داخل یا خارج به چرخش در می آید و منجر به چرخش چرخ خودرو به سمت چپ و راست می گردد. 

بهتر است بدانید سگ دست بر روی سیبک سیستم فرمان تعبیه می شود.

انواع مختلف جعبه فرمان خودرو 

به موجب برخورداری از اهمیت بسزایی که جعبه فرمان در سیستم فرمان خودرو ایفا می کند، کمپانی های تولید کننده، در راستای تولید جعبه فرمان در گونه های مختلف اقداماتی انجام داده اند.

به طور کلی جعبه فرمان خودرو در دو گونه ی جعبه فرمان مکانیکی و جعبه فرمان با توان کمکی طراحی می گردد. هر کدام از جعبه فرمان های مذکور دارای زیر مجموعه های متعددی هستند، که در ادامه ی بحث آن ها را شرح می دهیم. 

 

 

جعبه فرمان‌های مکانیکی

این نوع جعبه فرمان‌ها امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرند و حتی عموما پیشرفته‌ترین آن‌ها نیز به نوعی به سیستم نیروی کمکی تجهیز می‌شوند. برخی از آن‌ها نیز به طور کامل در صنعت خودروسازی به فراموشی سپرده شده‌اند. مدل‌های مختلف جعبه فرمان مکانیکی اجزای متفاوتی دارند و تنها در برخی قطعات مانند پوسته‌ جعبه با هم مشترک هستند. انواع جعبه فرمان‌های مکانیکی به این ترتیب هستند:

۱. جعبه فرمان حلزونی انگشتی

این نوع جعبه فرمان که در بین انواع مکانیکی ساده‌ترین جعبه فرمان موجود است، دارای یک پوسته‌ جعبه‌ مربع شکل و قطعاتی به نام‌های انگشتی و حلزونی است. انتقال حرکت از غربیلک به چرخ‌ها و تغییر دوران آن به خطی، توسط این دو قطعه صورت می‌گیرد. این نوع جعبه دنده به دلیل معایب بسیار، سال‌ها است که از چرخ تولید خودروسازی خارج شده و مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

۲. جعبه فرمان حلزونی با دنده‌ تاج خروسی

در این نوع جعبه فرمان از قطعه‌ای دندانه‌دار به نام تاج خروسی که شباهت به تاج خروس نیز دارد به جای انگشتی استفاده می‌شود و انتقال حرکت مارپیچ که به غربیلک متصل است به سمت حلزونی و میل فرمان‌ها توسط آن صورت می‌گیرد. گرچه جعبه فرمان مربع شکل حلزونی با دنده‌ تاج‌خروسی از مدل حلزونی انگشتی پیشرفته‌تر است، اما همچنان معایب زیادی دارد. بنابراین به سرنوشت خلف خود دچار و در بین قطعات از دور خارج شده قرار گرفته است.

۳. جعبه فرمان حلزونی غلتکی

این مدل نیز شبیه نوع قبلی جعبه فرمان است با این تفاوت که در آن یک غلتک جای دنده‌ تاج خروسی را می‌گیرد.غلتک این نوع جعبه فرمان نیز باعث نشد تا از معایب مدل‌های قبلی بی‌بهره بماند. بنابراین چند سالی می‌شود که از رده خارج محسوب می‌شود.

۴. جعبه فرمان ساچمه‌ای با دنده‌ تاج خروسی

در این مدل جعبه دنده یک چرخ‌دنده‌ تاج خروسی و یک دنده‌ تاج‌خروسی به شکل مخروط در کنار هم به کار می‌ٰروند. جعبه فرمان ساچمه‌ای از جمله جعبه‌های مکانیکی است که در صنعت خودروسازی به خصوص خودروهای سنگین همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد، هرچند به ندرت. قطعات اصلی آن شامل ساچمه‌ها، مهره‌ انتقال، دنده‌ تاج خروسی، شفت خروجی و پیچ تنظیم می‌شود.

به این ترتیب ساچمه‌ها و لوله‌های مسیر گردش آنها جای حلزونی را می‌گیرند. لوله‌های مسیر گردش ساچمه‌ها به دور پیچ‌های مارپیچی می‌پیچند. عملکرد این جعبه دنده با حرکت چرخشی مارپیچ فرمان آغاز می‌شود. این حرکت به ساچمه‌ها که دور مارپیچ چرخیده‌اند منتقل و سپس توسط ساچمه‌ها تبدیل به حرکت خطی می‌شود. این تبدیل به طور دقیق توسط دنده‌های روی دیواره‌ مهره‌ انتقال که بین ساچمه‌ها، مارپیچ و دنده‌ تاج خروسی قرار دارد صورت می‌گیرد. حرکت خطی نیز توسط دنده‌ تاج خروسی به شفت خروجی سپس بازوی هزار خار فرمان و در نهایت میل فرمان می‌رسد. پیچ تنظیم نیز در این سیستم وظیفه‌ تنظیم لقی فرمان را به عهده دارد. این نوع جعبه دنده مزایایی دارد که باعث شده همچنان مورد استفاده قرار گیرد. مزایای آن عبارتند از:

• اصطکاک کم در بین قطعات جعبه فرمان
• ایمنی بیشتر نسبت به مدل‌های قبلی
• استهلاک و حساسیت کمتر و نگهداری راحت‌تر
• امکان تجهیز آن به سیستم توان کمکی (هیدرولیکی یا الکتریکی)

اصطکاک کمتر قطعات این نوع جعبه فرمان، کار را برای راننده راحت‌تر می‌کند و نیروی کمتری از او برای چرخش غربیلک می‌گیرد ضمن اینکه این خصوصیت منجر به کاهش سایش و خوردگی قطعات و در نتیجه بالا رفتن لقی فرمان می‌شود و احتمال خلاصی آن را کاهش می‌دهد. اما معایب این نوع جعبه نیز نباید نادیده گرفته شود. این معایب عبارتند از:

• وزن بالا که منجر به سنگین شدن نهایی خودرو و سیستم فنی آن می‌شود.
• قیمت بالا که هزینه‌ تعمیرات آن را نیز بالا می‌برد.

 

۵. جعبه فرمان چرخ‌دنده شانه‌ای

این نوع جعبه فرمان رایج‌ترین نوع جعبه فرمان مکانیکی است که همچنان مورد استفاده قرار می‌گیرد و به کشویی یا راک اند پینیون نیز معروف است. دلیل اصلی مورد استفاده قرار گرفتن آن سبک بودن و فضای کمی است که اشغال می‌کند. پوسته‌ جعبه دنده در این نوع تبدیل به یک سیلندر فلزی می‌شود. قطعات آن شامل بست اتصال، پوسته، بازوی فرمان، پیچ و مهره‌های تنظیم لقی، گردگیر، پینیون، یاتاقان پینیون و دنده‌شانه‌ای می‌شود. پینیون و دنده‌شانه‌ای که راک هم نامیده می‌شود اصلی‌ترین اجزای این نوع جعبه فرمان هستند.

در واقع پینیون که با مارپیچ فرمان در ارتباط است حرکت چرخشی غربیلک را از مارپیچ گرفته و با درگیر کردن دنده‌های خود با دنده‌های راک این دوران را به حرکت عمودی تبدیل می‌کند. پینیون و دنده شانه‌ای به صورت عمود بر هم قرار گرفته‌اند و هر دو فرمی دندانه‌دار دارند. دنده شانه اهرم عرضی و پینیون اهرم عمودی این سیستم هستند. این نوع جعبه دنده نیز مزایایی نسبت به جعبه دنده‌ ساچمه‌ای دارد که استفاده از آن را رایج‌تر کرده است. مزایایی مانند:

• قیمت کمتر که هزینه‌ تعمیرات آن را نیز کاهش می‌دهد.
• اشغال فضای کمتر که آن را برای خودروها دیفرانسیل جلو مناسب می‌کند.
• وزن کمتر که این سیستم را مناسب برای خودروهای سبک می‌سازد.

البته جعبه دنده‌ چرخ‌دنده شانه‌ای در مزیت‌هایی مانند اصطکاک کمتر، درصد استهلاک پایین‌تر، قابلیت ارتقاء بازده و قابلیت تجهیز به سیستم توان کمکی مشترک است. معایب این سیستم نیز عبارتند از:

• – محدودیت در افزایش گشتاور، به این ترتیب که میزان گشتاور را نسبت به نوع ساچمه‌ای کمتر افزایش می‌دهد.
• – محدودیت در افزایش پایداری خودرو، که در این مورد نیز جعبه‌های ساچمه‌ای مکانیزم بهتری برای افزایش پایداری خودرو دارند.

 

جعبه فرمان با توان کمکی

جعبه فرمان با توان کمکی دارای نیروی الکتریکی یا هیدرولیکی می باشد. این نوع جعبه فرمان نیروی مورد نیاز در خصوص به حرکت در آوردن غربیلک را تماما از جانب راننده دریافت نمی کند. 

نرمی سیستم های فرمان مجهز به جعبه فرمان با توان کمکی در طول پارک کردن اتومبیل و فرمان گیری های تیز بروز پیدا می کند. 

جعبه فرمان با توان کمکی دارای سه زیر مجموعه ی متمایز می باشد که در ادامه آن ها را شرح می دهیم.

 

جعبه فرمان هیدرولیکی

جعبه فرمان هیدرولیکی متشکل از مخزن روغن، تسمه هیدرولیک، جک هیدرولیک، پمپ، شیر و لوله های رفت و برگشت روغن است. ساختار این نوع جعبه فرمان به گونه ای طراحی شده است که با هدف کاهش نیروی کمکی راننده برای حرکت کردن دنده شانه ای، به تولید فشار هیدرولیکی می پردازد.

مزایا و معایب جعبه فرمان هیدرولیکی

• افزایش مصرف سوخت

• کاهش لرزش فرمان

• افزایش پایداری خودرو 

• قیمت بالا

• کاهش نیروی دست راننده در راستای حرکت فرمان

• استهلاک بالا

• کاهش حساسیت فرمان در سرعت های بالا

جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی

در جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی نیروی مورد نیاز پمپ به وسیله ی یک موتور الکتریکی تامین می شود. لذا به موجب عدم بهره گیری از نیروی موتور، فشار غیر قابل جبرانی به موتور تحمیل نمی گردد. 

در این نوع جعبه فرمان یک سنسور سنجش سرعت تعبیه می گردد که بر اساس سنجش سرعت خودرو فشار روغن هیدرولیک را تنظیم می سازد. 

با تنظیم روغن، زمینه ی کنترل فرمان توسط راننده در سرعت های بالا فراهم می گردد که منجر به افزایش پایداری خودرو می گردد. 

 

جعبه فرمان الکتریکی

جعبه فرمان الکتریکی پیشرفته ترین نوع جعبه فرمان با توان کمکی است. در این نوع جعبه فرمان نیروی حرکتی فرمان در کنار نیروی دست راننده، به وسیله ی موتور الکتریکی تامین می گردد. 

در جعبه فرمان الکتریکی پمپ، مخزن و لوله های هیدرولیک کاربردی ندارد. در مقابل به مجموعه ای پیشرفته از سنسور گشتاور و ECU مجهز است.

 

مزایا و معایب جعبه فرمان الکتریکی

• گران قیمت

• افزایش ایمنی خودرو

• کاهش مصرف سوخت

• اشغال فضای کم

• حساسیت به سیستم برقی

• کنترل پذیری مناسب فرمان

• عدم توازن و هماهنگی سیستم با شرایط اقلیمی خاص

 

نشانه های معیوب شدن جعبه فرمان

• لقی در سیستم اهرم بندی

• فرسودگی و خوردگی در قطعات سگ دست

• لقی در یاتاقان چرخ

• لقی در دنده فرمان

• میزان نبودن فرمان