· سیستم انتقال قدرت و وظایف آن
وظیفۀ مهم انتقال قدرت تولید شده توسط موتور به چرخها جهت چرخش آنها و در نتیجه حرکت خودرو، برعهدۀ این سیستم است. این سیستم بهطور مؤثر نیروی احتراق تولید شده توسط موتور را به حرکت فیزیکی (حرکت چرخها) تبدیل میکند؛ یعنی نیروی مکانیکی تولید شده توسط پیشرانه اتومبیل را به چرخها انتقال میدهد.
قطعات و بخشهای مختلف این سیستم در کنار هم، ارتباط بین موتور و چرخها را برقرار میکنند. میتوان گفت هر قطعهای که بین موتور و چرخها قرار گیرد، جزو سیستم انتقال قدرت به حساب میآید. قطع و وصل قدرت، تغییر توان موتور و تنظیم دور چرخها، از جمله وظایف مهم سیستم انتقال قدرت است.
روند کار موتور به این صورت است:
v سوخت در محفظه احتراق موتور خودرو مشتعل میشود.
v گاز و گرمای منبسط شده ناشی از انفجار، مجموعهای از پیستونها در داخل سیلندرهای موتور را به حرکت در میآورد.
v پیستونها به سمت بالا و پایین حرکت میکنند و میل لنگ موتور را میچرخانند.
v میل لنگ باعث به حرکت در آمدن چرخهای خودرو میشود. از طریق این مکانیزم، انرژی انفجاری به انرژی مکانیکی تبدیل میشود.
· وظیفۀ سیستم انتقال قدرت
سیستم انتقال قدرت، سه وظیفۀ عمده اعم از قطع و وصل قدرت، انتقال قدرت از موتور به چرخهای محرک و تغییر مقدار گشتاور را برعهده دارد. هر خودرو بدون سیستم انتقال قدرت، نمیتواند نیروی موتور را مهار کند و سرعت خودرو را محدود کند.
وجود سیستم انتقال قدرت دو مزیت کاهش مصرف سوخت و جلوگیری از هدر رفت توان تولیدی موتور را دارد.
· نحوۀ کار سیستم انتقال قدرت
در زمانی که راننده کلاچ را با پای چپ خود میفشارد و به دندۀ مورد نظر میرود، نیرو با خارج شدن از گیربکس به میل گاردان میرسد و از میل گاردان به مجموعۀ دیفرانسیل منتقل میشود.
در دیفرانسیل، نیروی موتور از طریق پلوسهای سمت چپ و راست به توپی چرخها منتقل میشود.
جعبه دنده از تعدادی چرخ دندۀ ساده و مارپیچی شکل تشکیل شده است که روی تعدادی شفت (میله) قرار گرفتهاند. بین موتور و گیربکس، کلاچ قرار دارد که کنترل قطع و وصل کردن نیرو به گیربکس را برعهده دارد.
با فشردن پدال کلاچ، صفحه کلاچ آزاد میشود و ارتباط بین موتور و گیربکس قطع میشود. راننده با حرکت دادن اهرم دنده روی مقدار مورد نظر (مثلاً از دندۀ 2 به دندۀ 3)، میزان شتاب و سرعت خودرو را تنظیم میکند. سپس راننده با برداشتن پای خود از روی کلاچ، باعث اتصال دوباره صفحه کلاچ با دیسک میشود.
· اهمیت سیستم انتقال قدرت خودرو
اهمیت سیستم انتقال قدرت خودرو از این جهت بیشتر میشود که باید انتقال قدرت و توان تولیدی موتور با کمترین هدر رفت به چرخها برسد. سیستم انتقال قدرت در واقع همزمان با انتقال توان موتور، سرعت و شتاب خودرو را کنترل میکند.
وظایف سیستم انتقال قدرت خودرو عبارتند از:
v قطع و وصل قدرت:
این سیستم باید بتواند عمل انتقال قدرت را در مواقع لازم قطع و وصل کند.
v تغییر توان موتور:
سیستم انتقال قدرت باید بتواند قدرت تولیدی موتور (توان و گشتاور) را تغییر دهد و با شرایط متفاوت رانندگی تنظیم کند. سپس این قدرت را به چرخها منتقل سازد.
v تنظیم دور چرخها:
چرخها نیز باید با توجه به شرایط متفاوت جاده و از نظر پیچها، ناهمواریها و اصطکاک، دورهای متفاوتی داشته باشند. وظیفۀ تنظیم این دورها بر اساس توان خروجی موتور نیز، با سیستم انتقال قدرت است.
· اجزای سیستم انتقال قدرت
سیستم انتقال قدرت از کنار هم قرار گرفتن بخشها و قطعات فراوان، در حد فاصل موتور و چرخها تشکیل میشود؛ اما این سیستم در کل دارای چند جزء اصلی است که این اجزا خود ممکن است قطعات ریزتر و جزئیتری داشته باشند.
اجزای اصلی سیستم انتقال قدرت عبارتند از:
v کلاچ
نحوۀ کار کلاچ به این صورت است که راننده برای تغییر دنده، به روی پدال کلاچ فشار وارد میکند و نیروی حاصل از فشار به قسمتهای دوشاخه کلاچ، بلبرینگ کلاچ و دیسک کلاچ منتقل میشود.
صفحۀ فشار دهنده به عقب رفته و صفحه کلاچ از فلایویل جدا میشود. این فرآیند باعث قطع شدن ارتباط بین موتور و گیربکس میشود. وقتی راننده پای خود را از پدال کلاچ بر میدارد، ارتباط موتور و جعبه دنده دوباره برقرار میشود.
این دستگاه وظیفۀ قطع ارتباط جعبه دنده با موتور را برعهده دارد. به این ترتیب که ممکن است با وجود کار کردن موتور، درگیری بین کلاچ و جعبه دنده وجود نداشته باشد و خودرو حرکت نکند.
اصلیترین قطعات آن شامل موارد پوشش کلاچ، صفحه کلاچ (صفحه کلاچ خیس یا روغنی، صفحه کلاچ خشک)، فلایویل و صفحه فشار میشوند. نیروی وارد آمده به پدال با توجه به نوع کلاچ از طرف اهرم یا فشار هیدرولیکی به دو شاخه منتقل میشود.
v گیربکس
مقدار گشتاوری که توسط موتور تولید میشود، باید براساس نیاز خودرو به چرخها منتقل شود. جعبه دنده یا گیربکس، قسمتی از سیستم انتقال قدرت است که میزان گشتاور یا توان تولید موتور را بر حسب نیازهای خودرو کنترل میکند.
جعبه دنده این امکان را برای راننده فراهم میکند که اتومبیل را بتواند با سرعتهای متفاوت کنترل کند. جعبه دنده کاری میکند که راننده بتواند بدون افزایش دور موتور، به سرعت دلخواه خود برسد.
گیربکس وظایفی دیگری مانند پیشگیری از سرعتهای ناخواسته، تنظیم جهت حرکت خودرو، کار کردن موتور بدون حرکت خودرو را برعهده دارد.
انواع گیربکس به این شرح است:
1) گیربکس دستی (MT): خود شامل دو نوع جعبه دنده سنکرون و غیر سنکرون میشود.
2) گیربکس خودکار (AT): در این نوع گیربکس، کلاچ جای خود را به مبدل گشتاور میدهد. گیربکسهای خودکار خود یک زیر مجموعه با عنوان تیپترونیک دارند. این جعبه دندهها بهصورت خودکار عمل میکنند اما برای راننده امکان انتخاب دنده سبک یا سنگین را ایجاد میکنند.
3) گیربکس نیمه خودکار (AMT): در این نوع گیربکس، کلاچ بهصورت خودکار عمل میکند اما کنترل دنده در دستان راننده است. این گیربکسها به جعبه دندههای دستی بدون کلاچ یا دستی اتوماتیک شده معروف هستند. گیربکسهای دو کلاچه، الکتروهیدرولیکی و SMG از این دسته هستند.
4) گیربکس با دنده پیوسته (CVT): این گیربکسها فاقد چرخدنده هستند و شتاب خودرو در آنها تا رسیدن به سرعت نهایی ثابت است. در گیربکسهای CVT نسبت به گیربکسهای تمام اتوماتیک افت توان کمتری را شاهد هستیم.
v گاردان
سومین عضو از سیستم انتقال قدرت خودرو است که حرکت را از انتهای گیربکس به انتهای دیفرانسیل منتقل میکند. فاصله بین گیربکس و دیفرانسیل ممکن است زیاد باشد، به همین دلیل از میل گاردان برای پر کردن این خلاء استفاده میشود.
میل گاردان به موازات محور طولی خودرو کشیده میشود و وظیفۀ انتقال گشتاور پیچشی از گیربکس به دیفرانسیل را بر عهده دارد.
گاردان در سیستم انتقال قدرت، نقش رابط بین گیربکس و دیفرانسیل را به عهده دارد. اجزای این بخش شامل سه قسمت اصلی میشوند:
1) قفلهای گاردان: خود شامل مفصل هوک و مفصل سرعت ثابت میشود.
2) میل گاردان: محور اصلی گاردان که گشتاور را منتقل میکند.
3) اتصال کشویی: این اتصال وظیفۀ تغییر طول گاردان را در مواقع لازم برعهده دارد.
v دیفرانسیل
دیفرانسیل نقش تعیین کنندهای را در انتخاب نوع سیستم انتقال قدرت بازی میکند. دیفرانسیل بین دو چرخ عقب یا دو چرخ جلو قرار میگیرد تا گشتاور رسیده از موتور را بین چرخها تقسیم کند.
هر چرخ به اندازه لازم، گشتاور مورد نیاز خود را دریافت میکند. عملکرد دیگری که توسط دیفرانسیل انجام میشود، تغییر در سرعت چرخهای داخلی و خارجی هنگام چرخش خودرو در پیچها است.
دیفرانسیل تقریباً بخش انتهایی سیستم انتقال قدرت است و با تقسیم گشتاور رسیده از موتور بین دو یا چهار چرخ، آنها را به حرکت در میآورد. دیفرانسیل گاهی بین دو چرخ عقب، جلو و یا هر دو قرار میگیرد.
دیفرانسیل وظیفه دارد که سرعت حرکت چرخها را در شرایط مختلف تنظیم کند و این سرعت در شرایط مختلف در بین چرخها به میزان مناسب تقسیم شود.
v پلوس
وظیفۀ انتقال گشتاور به چرخها برعهدۀ پلوس یا اکسل دوار (Live axle) است. پلوس میلهای است که بین دیفرانسیل و چرخها قرار گرفته است. این قسمت دو وظیفۀ عمده دارد، یکی اینکه دیفرانسیل را به چرخها متصل میکند و دیگری اینکه گشتاور چرخشی که از موتور به دیفرانسیل رسیده است را به چرخها منتقل میکند.
پلوس در دو طرف دیفرانسیل قرار گرفته است تا ارتباط با هر چرخ را بهصورت جداگانه تأمین کند. مرحلۀ نهایی انتقال نیروی موتور به چرخها از طریق پلوس صورت میگیرد. پلوس میلهای است که بین دیفرانسیل و چرخها قرار گرفته و ضمن اتصال آنها، انتقال نیروی چرخشی رسیده به دیفرانسیل را به چرخها برعهده دارد. این میله در دو سمت دیفرانسیل و برای برقراری ارتباط با هر چرخ بهصورت جداگانه تعبیه میشود.
در کنار پلوس قطعهای به نام پلوس خلاصکن قرار دارد که درصورت غیر فعال بودن سیستم انتقال قدرت این قطعه را از محل اتصالش به چرخها آزاد میکند و با فعالیت مجدد، سیستم پلوس را به محل مورد نظر قفل میسازد.
· انواع سیستم انتقال قدرت
وجود ۴ نوع سیستم انتقال قدرت است که امروزه استفاده از آنها در صنعت خودروسازی رواج دارد. اکنون به بررسی این چهار نوع سیستم انتقال نیرو میپردازیم:
v سیستم انتقال قدرت محرک جلو (FWD)
محور جلو یا دیفرانسیل جلو، به این معنا است که نیروی حاصل از موتور به چرخهای جلوی وسیله نقلیه منتقل میشود. چرخهای جلو ماشین را به حرکت در میآورد و چرخهای عقب هیچ نیرویی دریافت نمیکنند. مزیت یک وسیله نقلیه FWD این است که بهطور معمول مصرف سوخت بهینهای دارد و گاز دی اکسید کربن کمتری منتشر میکند و همچنین در زمین برفی، میتواند چسبندگی بهتر با جاده داشته باشد.
در این سیستم تمام توان خروجی موتور به چرخهای جلو منتقل میشود. بر همین اساس همه بخشهای سیستم انتقال خودرو نیز در بخش جلوی خودرو تعبیه شدهاند. این سیستم که رایجترین نوع انتقال قدرت در سدانها، هاچبکها، شاسیبلندهای مینی و بهطور کلی خودروهای کوچک و میانسایز شهری است، فضای کابین کمتر مورد اشغال سیستم انتقال قدرت قرار میگیرد.
سیستم انتقال قدرت در خودروهای دیفرانسیل جلو، بهصورت عمودی زیر کاپوت و در کنار موتور جای میگیرد. هنوز هم بسیاری از خودروها در خیابانها همین سیستم را دارند.
v سیستم انتقال قدرت محرک عقب (RWD)
خودرو با دیفرانسیل عقب یا محور عقب، نیروی حاصل از موتور به چرخهای عقب منتقل میشود. چرخهای جلو هیچ قدرتی دریافت نمیکنند و در مانور خودرو آزاد هستند. با توجه به اینکه وزن یک وسیلۀ نقلیۀ دیفرانسیل عقب نسبت به ماشین دیفرانسیل جلو بهطور یکنواختی پخش شده است، تعادل وزنی بهتری ایجاد میکند.
توان موتور که بهصورت انرژی چرخشی در آمده است، به چرخهای عقب خودرو منتقل میشود. این توان توسط گاردان که از یک سو به جعبه دنده و از سوی دیگر به دیفرانسیل متصل است صورت میگیرد.
این سیستم در کنار موتور، بهصورت موازی با محور طولی خودرو، زیر آن جای میگیرد. این سیستم که در اصطلاحات خودرویی به دیفرانسیل عقب موسوم است، قابلیت فرمانپذیری خودرو را بالاتر میبرد اما بهدلیل فرم و محل قرارگیری سیستم، فضای داخلی کابین در صورت بهکارگیری آن کوچکتر شده و همچنین مصرف سوخت بالاتر میرود.
v سیستم انتقال قدرت چهار چرخ متحرک (WD4)
ماشین چهار چرخ محرک، به این معناست که نیروی موتور به هر چهار چرخ میرسد و برای صرفۀ جویی در مصرف سوخت گزینهای عالی است. بزرگترین مزیت یک وسیلۀ نقلیه، چهار چرخ محرک این است که قابلیت انعطاف پذیری و قدرت را برای استفاده در هر نوع زمین یا شرایط آب و هوایی فراهم میکند.
این سیستم که در اصطلاح عامیانه دو دیفرانسیل خوانده میشود، در خودروهای آفرودی کاربرد فراوان دارد و در آن سیستم انتقال قدرت، توان خروجی موتور را به هر 4 چرخ خودرو منتقل میکند.
این سیستم کنترل خودرو را در شرایط سخت جاده به دلیل انتقال و توزیع توان موتور بین چهار چرخ و ایجاد نیروی کشش لازم در آنها، بسیار ساده و راحت میکند. حالت چهار چرخ متحرک در این خودروها فقط در سرعتهای پایین فعال است و در سرعتهای بالا، بهدلیل انحراف خودرو با حرکت چرخهای عقب، گشتاور تنها به چرخهای جلو منتقل میشود.
v سیستم انتقال قدرت تمام چرخ محرک (AWD)
این سیستم از دیفرانسیل جلو، عقب و مرکز برای تأمین نیرو در هر چهار چرخ خودرو استفاده میکند. در عمل دو نوع پیشرانه وجود دارد که AWD نامیده میشوند.
1) حالت اول:
اینکه همۀ چرخها بهطور مداوم حرکت میکنند و از آن بهعنوان چهار چرخ متحرکِ تمام وقت (Full-Time 4WD) یاد میشود.
2) حالت دوم:
اغلب بهصورت چهار چرخ موقت یا AWD اتوماتیک نامیده میشود. چنین خودرویی بیشتر اوقات در حالت دو چرخ محرک کار میکند و تنها در صورت نیاز به کنترل کشش اضافی، نیرو به هر چهار گوشه تحویل داده میشود.
این سیستم که مانند سیستمهای دو دیفرانسیل، توان خودرو را به هر چهار چرخ منتقل میکنند، به روزتر و مدرنتر از آن است. امکان استفاده از حالتهای دیفرانسیل جلو و دیفرانسیل عقب به صورت مجزا در آنها وجود ندارد.
این سیستم دو نوع مکانیکی و الکترونیکی دارد که در مدل الکترونیکی، از سه دیفرانسیل برای انتقال قدرت به چرخها استفاده میشود. در این سیستم، کامپیوتر خودرو میزان گشتاور لازم برای چرخهای مختلف را مشخص کرده و سپس این نیرو توسط دیفرانسیلها به هر چرخ منتقل میشود.
