در این مقاله از مجله رینگو با سیستم فرمان و نحوه عملکرد آن، تراز چرخ ها، انواع سیستم فرمان با قطعات مختلف، عملکرد، دیاگرام و انواع چرخ‌دنده‌ها آشنا خواهید شد. با ما همراه باشید.
سیستم فرمان
سیستم فرمان خودرو مهمترین قسمت کنترل خودرو است که در حین رانندگی به بهترین شکل به راننده واکنش نشان می دهد. کنترل فرمان باعث می شود که هنگام رانندگی احساس امنیت کنید. سیستم فرمان خودرو در خودرو، فرایندی است که وسیله نقلیه را در جهت موردنظر راننده با چرخاندن چرخ های جلو هدایت می کند. همچنین برای کنترل دقیق خودرو در سرعت های مختلف، بودن فرمان ضروری است. این سیستم به راننده اجازه می دهد که با بهره گیری از یک نیروی سبک، یک جسم (خودروی) سنگین را هدایت کند. البته بعضاً از فرمان برای چرخاندن چرخ های عقب نیز استفاده می شود که این مورد اغلب در خودروهایی با سرعت و کف پایین و برای جابه جایی وسایل سنگین در مسافت های کوتاه استفاده می شوند. اگر می خواهید همه چیز را راجع به سیستم فرمان خودرو بدانید، با ما باشید.
خودروها همیشه مجهز به فرمان چرخ جلو هستند. یک طرح ساده از سیستم فرمان خودرو در شکل بالا نشان داده شده است.
اصول اولیه سیستم فرمان
هدایت یک وسیله نقلیه کار بسیار آسانی است، اما درک چگونگی عملکرد آن چندان آسان نیست. بیایید نگاهی بیندازیم به شیوه عملکرد قطعات متحرک وسیله نقلیه و نحوه هماهنگی آن ها. زمانی که فرمان را می چرخانید، شفت فرمان دنده پینیون را می چرخاند. دندانه های دنده پینیون و قفسه فرمان، هنگام چرخش پینیون به هم متصل می شوند. این چرخش حین این که قفسه میله های متصل را حرکت می دهد، قفسه را فشار داده و بندانگشتی های فرمان به‌عنوان نقطه محوری عمل می کنند و لاستیک های جلو را می چرخانند.
برای مثال، چرخاندن فرمان به چپ، قفسه را به سمت راست فشار می دهد و لاستیک های جلو را به سمت چپ می چرخاند. هرچه بیشتر فرمان را بچرخانید، فشار بیشتری به قفسه وارد می شود و در پیچ های تند، عملکرد فرمان کمی گیج کننده خواهد بود. با این که لازم نیست مکانیک باشید تا فرمان را بچرخانید و خودرو را هدایت کنید، اما ما قصد داریم به شما کمک کنیم که تصور دقیقی از عملکرد فرمان داشته باشید.
در مجله رینگو بخوانید : بهترین لاستیک برای پراید کدام است؟
سیستم فرمان خودرو چگونه کار میکند؟
سیستم فرمان، حرکت چرخشی فرمان را به چرخش زاویه ای چرخ های جلو تبدیل می کند. مراحل این فرایند به شرح زیر است:
۱. فرمان، ستون را میچرخاند.
۲. جعبه فرمان در انتهای این ستون نصب شده است؛ بنابراین، هنگامی که چرخ می چرخد، شفت متقاطع در جعبه فرمان نوسان می کند.
۳. شفت متقاطع به بازوی دراپ متصل است. این بازو از طریق یک پیوند درگ به بازوهای فرمان متصل می شود.
۴. بازوهای فرمان در هر دو چرخ توسط میله های اتصال به پیوند درگ وصل می شوند.
۵. هنگامی که فرمان کار می کند، بندانگشتی به این‌طرف و آن طرف حرکت می کند؛ حرکات بندانگشتی پیوسته هستند.
۶. یک سر درگ پیوند، به میله اتصال وصل می شود. سر دیگر به انتهای بازوی دراپ متصل است.
مزیت و هدف سیستم فرمان
برای کنترل مؤثر و دقیق خودرو در تمام سرعت ها و برای حفظ ایمنی و بدون تلاش زیاد برای راننده در همه جاده ها، وجود یک فرمان مناسب ضروری است. برای حفظ عملکرد مناسب و سرویس دهی مفید خودرو، بایستی وسیله نقلیه در حال حرکت، تحت کنترل کامل راننده باشد؛ بنابراین کنترل خودرو با استفاده از یک سیستم فرمان انجام می شود که تغییرات جهت خودروی در حال حرکت را فراهم می کند.
عملکرد سیستم فرمان
اهمیت و مزیت عملکرد فرمان به شرح زیر است:
۱. با کمک سیستم فرمان، راننده می تواند هرطور که می خواهد وسیله نقلیه را کنترل کند.
۲. فرمان پایداری خودرو را در جاده فراهم می کند.
۳. ساییدگی و پارگی خودرو را به حداقل می رساند.
۴. از واردشدن شوک های جاده ای به راننده پیشگیری می کند.
۵. فرمان پس از چرخش، اثر خود را اصلاح می کند.
تنظیم (تراز) چرخ ها
تراز چرخ ها تحت عنوان تنظیم صحیح محورهای اصلی که چرخ ها را کنترل می کند، تعریف می شود؛ بنابراین، تراز چرخ ها به موقعیت صحیح چرخ های جلو و مکانیزم فرمان برای ارتقاء سهولت فرمان، کاهش سایش تایر به کمترین مقدار ممکن و همچنین ایجاد ثبات خودرو اشاره دارد.
تراز مناسب چرخ های جلو باعث می شود که:
۱. کنترل فرمان راحت باشد.
۲. سایش لاستیک ها یکنواخت باشد.
۳. مصرف سوخت (انرژی) را به حداقل می رساند.
۴. ارتعاشات و لرزه ها را به حداقل می رساند.
۵. لرزش چرخ ها را از بین برود.
۶. زحمت راننده را برای چرخاندن چرخ ها کاهش می دهد.
۷. در حین رانندگی با سرعت بالا، ثبات جهت وسیله نقلیه را فراهم می آورد.
انواع سیستم های فرمان خودرو
۱. فرمان دوچرخه ای.
۲. فرمان گردان یا محوری مرکزی.
۳. فرمان آکارمن یا محوری جانبی.
توضیح موارد بالا به‌تفصیل:
۱. فرمان دوچرخه ای
در این نوع از سیستم های فرمان، چرخ کمیاب ثابت است، درحالی‌که چرخ جلو هدایت می شود. برای چرخش ایمن، ضروری است که دو چرخ حول یک محور بچرخند. در این حالت، عمود چرخ جلو در هنگام حرکت، عمود بر چرخ عقب را قطع می کند و آن نقطه را مرکز آنی می نامیم.
۲. فرمان گردان یا محوری مرکزی
در وسایل نقلیه چهارچرخ، دو چرخ جلو روی محور نصب می شوند و محور نیز به نوبه خود روی به یک صفحه گردان با یک محور، ثابت می شود. وقتی چرخه ای جلو می چرخند، کل محور جلو حول محور مرکزی می چرخد. در این حالت نیز عمودهای همه چرخ ها در هر پیچ، به نقطه ای می رسند که چرخش چرخ ها ایمن باشد و چرخ ها آزادانه بچرخند. این نوع سیستم معمولاً در کالسکه های اسبی استفاده می شود. این برای وسایل نقلیه خودرویی مناسب نیست، چرا که در سرعت های بالا پایدار نیست. علاوه بر این، چیدمان فرمان محوری مرکز به فضای زیادی نیاز دارد و کل محور می چرخد.
۳. فرمان آکارمن یا محوری جانبی
این طرح فرمان مدرن، تقریباً در همه خودروها وجود دارد. در این نوع سیستم فرمان، هر چرخ جلو به‌صورت جداگانه در اطراف محور کناری چرخانده می شود. محور جلو در هر دو طرف محورها می چرخد و به‌عنوان محورهای کوچک، چرخ ها سوار آن می شوند. محورهای کوچک به‌وسیله بازوهای فرمان متصل به میله اتصال چرخانده می شوند. بازوهای فرمان موازی نیستند، بلکه مورب هستند. خط ساخته شده از بازوهای شیب‌دار در مرکز محور عقب قرار می گیرد و زاویه ای به نام «زاویه آکرمن» را تشکیل می دهد.
برای این که چرخ ها به‌خوبی تراز باشند، بایستی فاکتورهای زیر را در نظر داشته باشید:
۱. کمبر (چنگک زدن چرخ یا زاویه کمبر).
۲. کستر (Caster).
۳. شاه پین مورب.
۴. انگشتی داخل (Toe in).
۵. انگشتی بیرون (Toe out).
توضیح موارد بالا در زیر آمده است:
۱. کمبر
زاویه بین خط مرکزی تایر و خط عمودی، اگر که از جلوی خودرو دیده شود، به‌عنوان کمبر شناخته می شود. هنگامی که چرخ ها در بالا به سمت بیرون متمایل شوند، آن را کمبر مثبت و اگر به سمت داخل هدایت شود، آن را کمبر منفی می نامند. زاویه کمبر به طور برابر در هر دو چرخ جلو ایجاد شده است.
در حالت کمبر مثبت، چرخهای تحت بار لاستیک به‌صورت عمودی در می آیند و با جاده تماس کامل خواهند داشت، بنابراین سایش تایر یکنواخت خواهد بود. اگر کمبر بیش از حد مثبت باشد، لبه بیرونی لاستیک ها سریعتر فرسوده می شوند و اگر کمبر بیش از حد منفی باشد، لبه داخلی لاستیک سریعتر فرسوده می شود.
۲. کستر
محور شاه پین یا محور فرمان ممکن است از خط عمودی به جلو یا عقب متمایل شود. این شیب با عنوان کستر شناخته می شود. زاویه کستر: زاویه ای است که از شیب به جلو یا عقب، هنگام مشاهده از کنار چرخ، تشکیل می شود.
اهداف و استفاده های کستر عبارت‌اند از: حفظ ثبات و کنترل جهت، افزایش ثبات فرمان، کاهش زحمت راننده ها برای هدایت وسیله نقلیه.
۳. شاه پین مورب
زاویه بین خط وسیله و مرکز شاه پین یا محور فرمان، اگر که از جلوی خودرو مشاهده شود، به‌عنوان شاه پین شناخته می شود. شیب شاه پین در خودروهای مدرن از 7 تا 8 درجه متغیر است و باید از هر دو طرف برابر باشد. اگر یک طرف بزرگ‌تر از طرف دیگر باشد، وسیله نقلیه تمایل دارد به سمت زاویه بیشتر کشیده شود. کاربردهای اصلی شاه پین مورب عبارت‌اند از: به بازگشت چرخ ها به محور اصلی کمک می کند، به ثبات جهت کمک می کند و زحمت استفاده از فرمان را کاهش می دهد.
۴. انگشتی داخلی
چرخ های جلو کمی به سمت داخل متمایل می شوند و فاصله بین چرخ های جلو در جلوی (A) کمتر از فاصله چرخ های جلو (B) است که در ارتفاع سطح توپی و در مرکز عاج چرخ اندازه گیری میشود. تفاوت فاصله A تا B را، انگشتی داخلی می نامند که معمولاً ۲ تا ۳ میلیمتر است. هدف از انگشتی داخلی غلبه بر اثر بد کمبر است.
۵. انگشتی بیرونی
هر زمان که وسیله نقلیه با هندسه فرمان آکرمن بپیچد، چرخ داخلی نسبت به چرخ بیرونی به میزان بیشتری می چرخد، به‌طوری‌که عمودهای هر چهارچرخ در یک نقطه زمانی عمل می کنند. این نقطه مرکز آنی نامیده می شود، به‌طوری‌که در آن تمام چرخ ها به‌راحتی و بدون اصطکاک می چرخند.
در مجله رینگو بخوانید : رانا پلاس بخریم یا ۲۰۶ صندوقدار؟ | بررسی مزایا و معایب دو خودروی پرطرفدار
انواع جعبه فرمان
در ادامه هشت نوع جعبه فرمان مشهور آمده است:
۱. جعبه فرمان توپی چرخشی.
۲. جعبه فرمان راک و پینیون.
۳. جعبه فرمان حلزونی و سکتور.
۴. جعبه فرمان حلزونی و غلتکی.
۵. جعبه فرمان مهرهای حلزونی و بلبرینگ دار.
۶. جعبه فرمان غلتکی و بادامک.
۷. جعبه فرمان میخی و بادامک.
۸. جعبه فرمان دو اهرمی و بادامک.
۱. جعبه فرمان توپی چرخشی
چرخ‌دنده این جعبه فرمان شبیه به جعبه فرمان حلزونی و بلبرینگ است. توپها در نیم مهره و یک لوله انتقال قرار دارند. همان‌طور که بادامک یا حلزون می چرخد، توپها ازیک‌طرف مهره به لوله انتقال طرف مقابل عبور می کنند. از آن جایی که مهره نمی تواند بچرخد، و حرکت توپ ها در امتداد مسیر بادامک، مهره را با خود حمل می کند و میله راکر را می چرخاند.
۲. جعبه فرمان راک و پینیون
در جعبه فرمان راک و پینیون، یک پینیون در انتهای شفت فرمان نصب شده است. با راکی که در هر انتها دارای یک مفصل توپی است درگیر می شود تا امکان بالا و پایین رفتن چرخ ها را فراهم کند. جاده ها مفاصل توپی را به اکسل های کوچک متصل می کنند. حرکت چرخشی فرمان، پینیونی را که راک را به طرفین حرکت می دهد، می چرخاند. این حرکت راک به حرکت چرخ ها مبدل می شود.
۳. جعبه فرمان حلزونی و سکتور
در جعبه فرمان حلزونی و مقطع، حلزون در انتهای شفت فرمان با یک سکتور نصب شده بر روی شفت سکتور، مشبک می شود. هنگامی که حلزون با چرخش فرمان چرخانده می شود، سکتور نیز همراه شفت می‌چرخد و حرکت آن از طریق یک اتصال، به چرخ ها منتقل می شود.
۴. جعبه فرمان حلزونی و غلتکی
در جعبه فرمان حلزونی و غلتکی یک غلتک دو دندانه، به سکتور یا شفت غلتکی بسته می شود تا با رزوه های چرخ‌دنده حلزونی یا شفت در انتهای میله یا لوله فرمان، مشبک شود. زمانی که شفت حلزونی چرخانده می شود، باعث می شود که غلتک در یک کمان (قوس) حرکت کند تا محور غلتک را بچرخاند و هم‌زمان پین اتصال آن را به شفت برخورد کند.
۵. جعبه فرمان مهرهای حلزونی و بلبرینگ دار
در جعبه فرمان مهره ای و بلبرینگ دار، یک مهره ساچمه ای بر روی حلزونی میله فرمان نصب شده است. حلزونی و مهره دارای شیارهای مارپیچی جفتی هستند که در آنها ساچمه های فولادی به گردش در می آیند تا یک حرکت بدون اصطکاک بین حلزونی و مهره صورت بگیرد. در این ساختار دو مجموعه ساچمه استفاده می شود که هرکدام مستقل از دیگری عمل می کند. یک راهنمای برگشت ساچمه، به سطح بیرونی مهره وصل شده است. هنگامی که شفت فرمان به راست یا چپ می چرخد، مهره ساچمه ای توسط توپ هایی که بین حلزونی و مهره می چرخند، به سمت بالا و پایین حرکت می کند.
۶. جعبه فرمان غلتکی و بادامک
در این جعبه فرمان، یک بادامک با غلتک مشبک می شود. همان‌طور که بادامک می چرخد، غلتک مجبور به دنبال‌کردن بادامک می شود و این کار باعث می شود شفت راکر بچرخد و در نتیجه، بازوی دراپ را به حرکت درآورد. حاشیه بادامک به‌گونه‌ای طراحی شده است که با قوس شکل‌گرفته توسط غلتک مشبک شده و عمق شبکه ثابت بماند و بار و سایش به طور یکنواخت بر روی قطعات جفتی توزیع شود.
۷. جعبه فرمان میخی و بادامک
در این جعبه فرمان یک بازوی راکر به یک میخ مخروطی متصل است که در بادامک درگیر می شود. هنگامی که بادامک می چرخد، میخ در امتداد شیارها حرکت می کند و باعث می شود شفت راکر بچرخد.
۸. جعبه فرمان دو اهرمی و بادامک
در این جعبه فرمان، یک حلزونی مخصوص به نام بادامک جایگزین حلزونی مورداستفاده در دو نوع جعبه فرمان حلزونی و سکتوری و جعبه فرمان حلزونی و غلتکی می شود. بادامک به شکل یک استوانه است و قسمت محرک آن شیاری از یک درجه متغیر است که در مرکز باریک تر در انتهای آن قرار دارد. این امر عدم برگشت‌پذیری را در قسمت مرکزی بادامک که عمده فعالیت هدایت فرمان خودرو در آن انجام می شود، فراهم می کند.
کلام آخر
در این مقاله از مجله رینگو به‌طورکلی جعبه فرمان، ساختار و انواع آن را به‌تفصیل شرح دادیم. مطالعه این نوشته به خواننده کمک می کند تا آشنایی ابتدایی با ساختار جعبه فرمان پیدا کند و در صورت بروز مشکل در این وسیله، قبل از واردشدن صدمه های سنگین به خودرو مشکل را حل کنید. امیدواریم که از مطالعه مقاله لذت و بهره کافی برده باشید.
