جعبه فرمان در خودرو چیست و چه وظایفی دارد؟

جعبه فرمان اهمیت بسیار بالایی در سیستم فرمان دارد

جعبه فرمان در خودرو

سیستم فرمان از مهم ترین سیستم هایی محسوب میشود که کنترل و هدایت خودرو را بر عهده دارد. ساختار سیستم چرخش فرمان خودرو به خصوص فرمان های قدیمی، بسیار ساده است و حتی از چند میله و چرخ دنده ساده بوجود آمده است. در زمان چرخاندن فرمان خودرو به روبه روی خود، این چرخش، تبدیل به حرکت افقی از طریق اتصالات مربوطه میشود و در نتیجه باعث پیچیدن لاستیک های خودرو و فرمان پذیری آن می گردد.

جزئیات سیستم های اولیه فرمان، کم بود؛ به همین دلیل، معمولاً فشار گردش چرخ ها به راحتی درون فرمان و خستگی دست راننده احساس می شد. هدایت چرخ ها در این سیستم ها، با استفاده از نیروییست که راننده به فرمان خودرو وارد می کند؛ به همین علت، به آن سیستم فرمان دستی گفته میشود.

وظایف جعبه فرمان در اتومبیل

اصلی ترین قسمت خودرو، جعبه فرمان نام دارد که ضمن انتقال گشتاور دست راننده به چرخ ها، وظیفه ی انجام فرآیند افزایش این گشتاور را بر عهده دارد. جعبه فرمان تعبیه شده بر روی اتاق خودرو، با استفاده از مفصل ها و سیبک های سیستم فرمان، گشتاور و دَوَران فرمان را به سگ دست  انتقال می دهد. انواع مختلفی در این قسمت از سیستم فرمان وجود دارد و هر نوع، متشکل از اجزای مخصوصی میباشد ولی جعبه فرمان برای همه ی آن ها وظایف یکسانی دارد که در ادامه آورده شده است:

- از وظایف جعبه فرمان می توان به افزایش گشتاور و کاهش حرکت چرخشی و جا به جایی دَوَرانی دست راننده اشاره کرد.

- جعبه فرمان درخودرو موظف است که صفحه دوران غربیلک فرمان را به صفحه مکانیکی فرمان، تغيير دهد.

- جعبه فرمان وظیفه دارد که حرکت چرخشی و دورانی غربیلک را به حرکت خطی اهرم بندی فرمان تبدیل کند.

میل فرمان رابط بین غربیلک و جعبه فرمان در خودرو میباشد

تنوع جعبه فرمان، تأثير به سزایی در کیفیت ارائه ی این وظایف دارد. درصورت بیشتر بودن کیفیت خدمات جعبه فرمان، راننده راحت تر می تواند کنترل فرمان را بدست بگیرد اما همه ی انواع جعبه فرمان در عین حال، عملکرد یکسانی دارند. به این ترتیب که راننده پس از چرخاندن غربیلک فرمان، گشتاور و حرکت دورانی را به جعبه فرمان منتقل می کند. جعبه فرمان با تبدیل حرکت دورانی غربیلک به حرکت خطی و به سگ دست از طریق میله بندی فرمان یا شغال دست های چپ و راست منتقل می شود. درصورت چرخیدن سگ دست روی سیبک ها، به داخل یا خارج باعث پیچیدن چرخ ها به چپ یا راست می شود.

انواع سیستم فرمان خودرو

با توجه به اهمیت جعبه فرمان در سیستم فرمان، کمپانی های سازنده در این زمینه تحقیقات بسیاری انجام داده اند و موفق به طراحی و تولید چند نوع مختلف جعبه فرمان شده اند. در حالت کلی جعبه فرمان ها متشکل از دو دسته زیر می باشند:

۱. جعبه فرمان های مکانیکی: 

جعبه فرمان های مکانیکی دارای ساده ترین سیستم می باشند و کاربرد آن ها برای زمان گذشته است؛ به این صورت که این جعبه فرمان از طریق مجموعه ای از چرخ دنده ها و بازوها، عمل افزایش گشتاور دست راننده و انتقال آن به چرخ ها را انجام می دهد. تنها منبع انرژی سیستم در سیستم های فرمان مجهز به جعبه فرمان مکانیکی، نیروی دست راننده است که راننده بخاطر صرف نیروی زیاد برای کنترل و حرکت غربیلک، خسته میشود. امروزه کاربرد این نوع جعبه فرمان ها کم تر شده است و حتی پیشرفته ترین آنها مجهز به سیستم نیروی کمکی هستند. برخی از آنها نیز در صنعت خودروسازی بطور کامل منسوخ شده اند. اجزای متفاوتی از مدل های مختلف جعبه فرمان مکانیکی وجود دارد و تنها نقطه ی اشتراکشان در برخی از قطعات مانند پوسته جعبه است. انواع جعبه فرمان های مکانیکی عبارتند از:

>> جعبه فرمان حلزونی انگشتی:

از جعبه فرمان حلزونی انگشتی به عنوان ساده ترین جعبه فرمان در بین انواع مکانیکی یاد میشود و متشکل از قطعاتی به نام های انگشتی و حلزونی و یک پوسته جعبه مربع شکل می باشد. این دو قطعه وظیفه دارند که حرکت را از غربیلک به چرخ ها انتقال دهند و دوران آنرا به خطی، تغيير دهند. سالها است که این نوع جعبه دنده به دلیل معایب بسیار، منسوخ و از چرخ تولید خودروسازی خارج شده است.

>> جعبه فرمان حلزونی با دنده تاج خروسی:

از قطعه ای دندانه دار در این نوع جعبه فرمان به جای انگشتی استفاده می شود که به آن تاج خروسی می گویند و به تاج خروس نیز شباهت دارد و وظیفه اش اینست که حرکت مارپیچ را به سمت حلزونی و میل فرمان ها انتقال دهد. موقعیت قرارگیری این نوع  جعبه فرمان در بین قطعات از دور خارج شده است.

>> جعبه فرمان حلزونی غلتکی:

جعبه فرمان حلزونی غلتکی به جعبه فرمان حلزونی با دنده تاج خروسی شباهت دارد و تنها تفاوتشان در اینست که یک غلتک، جایگزین دنده تاج خروسی در آن شده است. غلتک این نوع جعبه فرمان، همچنان معایب مدل های قبلی را دارد. از این رو جعبه فرمان حلزونی غلتکی منسوخ شده است.

>> جعبه فرمان چرخ دنده شانه ای:

از رایج ترین نوع جعبه فرمان مکانیکی می توان به جعبه فرمان چرخدنده شانه ای اشاره کرد که هنوز هم کاربرد دارد. سبک بودن و اشغال کردن فضای کم از دلایل اصلی مورد استفاده قرار گرفتن آن به شمار می رود. پوسته  جعبه دنده در این نوع به یک سیلندر فلزی تبدیل شده است. این نوع جعبه فرمان، متشکل از قطعاتی همچون بست اتصال، بازوی فرمان، پوسته، پیچ و مهره های تنظیم لقی، پینیون،  گردگیر، یاتاقان پینیون و دنده شانه ای می باشد. اصلی ترین اجزای این نوع جعبه فرمان، پینیون و دنده شانه( راک) هستند.

۲. جعبه فرمان های با توان کمکی: 

تجهیزات الکتریکی و هیدرولیکی دیگری در این نوع جعبه فرمان ها، علاوه بر قطعات مکانیکی، وجود دارد که موجب کمک به افزایش گشتاور دست راننده میشود.  این دسته جعبه ها دارای زیرمجموعه ها و انواع مختلفی مانند انواع مکانیکی می باشند. 

تنوع جعبه فرمان سبب تغییر در کیفیت وظایف آن می‌شود

> جعبه فرمان هیدرولیکی:

ساختار جعبه فرمان هیدرولیکی به جعبه فرمان مکانیکی دنده شانه ای، شباهت دارد و برای به حرکت درآمدن دنده شانه ای از یک فشار هیدرولیکی کمک می گیرد تا راننده به غربیلک فرمان، نیروی کمتری وارد کند.

> جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی:

عملکرد جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی، شبیه به جعبه فرمان هیدرولیکی است و جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی نسبت به هیدرولیکی از این نظر فرق دارد که نیروی پمپ این جعبه فرمان از موتور دریافت نمی شود و علت عدم کاهش توان موتور آن همین مورد می باشد. در پشت پمپ، یک موتور الکتریکی به منظور تامین نیروی آن قرار گرفته است. یک سنسور سنجش سرعت در برخی از این جعبه فرمان ها وجود دارد که با اتصال به کامپیوتر خودرو، وظیفه ی تنظیم فشار روغن هیدرولیک را با استفاده از سنجش سرعت خودرو بر عهده دارد. تنظیم روغن باعث می شود که راننده، قادر به کنترل فرمان در سرعت های بالا باشد و در نتیجه موجب میشود که پایداری خودرو در سرعت های بالا افزایش یابد.

> جعبه فرمان الکتریکی:

یک موتور الکتریکی، توان کمکی این نوع جعبه فرمان که به کمک نیروی دست راننده رفته را تکمیل می کند. درواقع یک موتور الکتریکی در این سیستم به جای نیروی روغن هیدرولیک و اجزای تامین کننده این نیرو قرار گرفته است. خودروسازان از این سیستم، استقبال بسیاری کرده اند؛ به این خاطر که آخرین و جدید ترین تکنولوژی جعبه فرمان محسوب میشود. قطعاتی همچون مخزن، پمپ، شیر و لوله های هیدرولیک، در این نوع جعبه فرمان، حذف شده است و بجای آن مجموعه ای شامل موتور الکتریکی با جریان مستقیم، سنسور گشتاور و ECU اضافه شده است. دنده شانه به عنوان ساختار اصلی جعبه فرمان محسوب میشود که این بخش ها به آن اضافه شده است. در این سیستم، قطعاتی همچون موتور الکتریکی، سنسور و ECU بر روی ستون فرمان نصب می شود.

اجزای سیستم فرمان خودرو

وظیفه ی سیستم فرمان، انتقال چرخش دست راننده به چرخ ها میباشد که متشکل از قطعات ذیل است:

* غربیلک فرمان:

ساده ترین اجزای فرمان، غربیلک فرمان نام دارد که موظف به انتقال نیروی دست راننده به میل فرمان است. البته افزایش گشتاور بر عهده ی گشتاور است. درصورت بیشتر بودن قطر غربیلک فرمان، گشتاور اعمال شده نیز بیشتر می شود. در طول زمان، فرمان خودرو دچار تغییرات بسیار زیادی شده است و قابلیت تغيير ارتفاع و زاویه به غربیلک های جدید، اضافه شده است.

* میل فرمان:

بین غربیلک و جعبه فرمان، میل فرمان قرار گرفته است و وظیفه ی آن انتقال چرخش غربیلک به جعبه فرمان است. شکل ظاهری این میل فرمان، حالت خرطومی دارد و علت انعطاف پذیر بودنش، همین امر است که در زمان تصادف باعث افزایش ایمنی راننده میشود. اگر چنین نبود احتمال ورود میل فرمان به داخل کابین در زمان تصادف و آسیب زدنش به راننده وجود داشت.

* جعبه فرمان:

از وظایف جعبه فرمان می توان به افزایش گشتاور، تغيير صفحه دوران غربیلک به صفحه مکانیزم و تبدیل حرکت دورانی به خطی اشاره نمود. انواع و اقسام مختلفی از جعبه فرمان وجود دارد که کیفیت عملکرد آن ها بسته به نوعشان متفاوت است.

* بازوی پیتمن:

پیتمن یا بازوی پیتمن تعبیه شده بر روی شفت خروجی جعبه فرمان، قادر به تبدیل حرکت دورانی شفت به حرکت زاویه ای است. اتصال انتهای پیتمن به میله درگ از طریق یک سیبک، صورت گرفته است.

* میله درگ:

میله درگ، مانند یک اهرم به عنوان رابط بین بازوی پیتمن و شغال دست می باشد. سیبک موجب اتصال هر دو سر میله درگ شده است.

* شغال دست:

علت انتخاب نام شغال دست برای این قطعه بخاطر شکل ظاهری اش می باشد؛ به این صورت که نیرو را مانند یک اهرم خمیده به سگ دست منتقل می کند. سگدست با حرکت شغال دست می چرخد و باعث تغيير جهت چرخ ها می شود.

* سگ دست:

شکل ظاهری سگدست، مشابهU  است و به محور، از طریق یک پین بزرگ وصل شده است و می تواند بچرخد. شغال دست، هم زمان با چرخاندن فرمان حرکت می کند و با چرخش سگدست، چرخ ها می چرخد.

هرچه کیفیت جعبه فرمان بیشتر باشد، کنترل فرمان برای راننده راحت‌تر میشود

گردآوری: بخش خودرو سرپوش