جعبه فرمان ماشین ها چگونه کار می کنند

مجموعه: اصول تعمیر و نگهداری خودرو

یکی از بخش های فنی خودرو، جعبه فرمان است 

جعبه فرمان چیست و چه وظیفه‌ای در خودرو دارد؟

سیستم فرمان خودرو 

سیستم فرمان به عنوان یک سیستم در خصوص کنترل و هدایت خودرو کاربرد دارد. ساختار ساده ی سیستم سبب شده است تا راننده به راحتی با چرخش دست، مسیر دلخواه حرکت اتومبیل را مشخص سازد. 

زمانی که راننده اهرم فرمان را به چرخش در می آورد، محور چرخش به وسیله ی سیستم فرمان به حرکت افقی مبدل می گردد. سپس با انتقال پذیری به لاستیک خودرو روند فرمان پذیری را تکمیل می سازد. 

بهتر است بدانید سیستم فرمان خودرو نیروی محرک در خصوص حرکت را به وسیله ی نیرویی که راننده به فرمان وارد می کند، تامین می سازد. لذا با عنوان سیستم فرمان دستی شناخته می شود. 

سیستم فرمان خودرو متشکل از غربیلک فرمان، میل فرمان، پیتمن، میله درگ، جعبه فرمان، شغال دست و سگ دست می باشد. 

در میان اجزاء های سازنده ی سیستم فرمان، جعبه فرمان عنوان مهمترین قطعه را به خود اختصاص داده است. 

مهم ترین قطعه در سیستم فرمان، جعبه فرمان می باشد

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. 

جعبه فرمان در خودرو نقش تبدیل حرکت دورانی فرمان به حرکت خطی را بر عهده دارد 

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 فرمان مکانیکی

عنوان ساده ترین جعبه فرمان به جعبه فرمان مکانیکی اختصاص دارد. در این نوع جعبه فرمان سیستم شانه ای و پینیون تعبیه شده است. 

در جعبه فرمان مکانیکی پینیون در حال انجام حرکت دورانی و دنده شانه ای با حرکت خطی روند هدایت خودرو را تکمیل می سازند. در واقع پینیون عملکرد دورانی غربیلک فرمان را به دنده شانه ای هدایت می کند. سپس دنده شانه ای به وسیله ی مفصل های خودرو حرکت خطی را به چرخ های اتومبیل انتقال می دهد. 

در سیستم فرمان دارای جعبه فرمان مکانیکی منبع انرژی نیرو دست راننده محسوب می شود. بدین جهت راننده موظف است در خصوص حرکت غربیلک و کنترل خودرو به وسیله ی فرمان نیروی چشمگیری را صرف نماید. این امر سبب خستگی راننده می گردد. 

جعبه فرمان مکانیکی در انواع مختلفی اعم از حلزونی با دنده تاج خروسی، حلزونی انگشتی، حلزونی غلتکی، چرخ دنده شانه ای و ساچمه ای با دنده تاج خروسی طراحی می شود. 

جعبه فرمان مکانیکی در مدل های مختلفی نظیر حلزونی انگشتی تعبیه می شود

جعبه فرمان چرخ دنده ی شانه ای

متداول ترین و پر کاربرد ترین جعبه فرمان، گونه ی چرخ دنده ی شانه ای می باشد. این جعبه فرمان که به جعبه فرمان راک اند پینیون یا کشویی شناخته می شود، متشکل از یاتاقان پینیون، پوسته، گرد گیر، پینیون، دنده شانه ای، بازوی فرمان، بست اتصال، پیچ و مهره های تنظیم لقی می باشد. 

لازم به ذکر است اصلی ترین اجزای تشکیل دهنده ی جعبه فرمان چرخ دنده ای شانه ای، پینیون و راک یا دنده شانه ای می باشد. 

پینیون و دنده شانه ای در سیستم فرمان به صورت عمود بر هم تعبیه می شوند که دارای فرمی دندانه دار هستند. پینیون با قرارگیری در ارتباط با مارپیچ فرمان، حرکت چرخشی غربیلک را از مارپیچ دریافت می کند. سپس با درگیر سازی دنده های موجود در دنده های راک، نیروی دورانی را به حرکت عمودی مبدل می سازد. 

 بهتر است بدانید پینیون اهرم عمودی و دنده شانه هرم عرضی جعبه فرمان چرخ دنده ی شانه ای به شمار می روند. 

علت گسترش و کاربرد مداوم جعبه فرمان چرخ دنده ی شانه ای در سیستم فرمان خودرو های نوین، به سبک بودن و اشغال فضای کمتر جعبه فرمان اختصاص دارد. 

در واقع سبک بودن جعبه فرمان چرخ دنده ای شانه ای سبب شده است تا گزینه ی مناسبی برای قرار گیری در خودرو های سبک محسوب شود. علاوه بر این، خودرو های دیفرانسیل جلو نسبت به خودرو های دیفرانسیل عقب از فضای کمی برخوردار هستند. 

بدین جهت جعبه فرمان مذکور به موجب اشغال فضای کم در خصوص تعبیه در خودرو های دیفرانسیل جلو مناسب است. 

لازم به ذکر است جعبه فرمان چرخ دنده ای شانه ای از قیمت کمتری نیز برخوردار است که به صورت مستقیم در کاهش هزینه ی تعمیرات نقش دارد. 

از سری مزایا و معایب جعبه فرمان چرخ دنده ی شانه ای می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• درصد استهلاک و اصطکاک پایین

• قابل تجهیز به سیستم توان کمکی

• محدودیت در ارتقا دهندگی پایداری خودرو 

• محدودیت در ارتقا دهندگی گشتاور نسبت به جعبه فرمان ساچمه ای

• مقرون به صرفه

جعبه فرمان ساچمه ای با دنده تاج خروسی

جعبه فرمان ساچمه ای در راستای تولید خودروهای سنگین به مراتب بیشتر از خودرو های سبک کاربرد دارد. این جعبه فرمان به عنوان یک جعبه فرمان مکانیکی دارای قطعات اصلی اعم از شفت خروجی، ساچمه، دنده تاج خروسی، مهره ی انتقال و پیچ می باشد. 

روند کارایی جعبه فرمان ساچمه ای با حرکت مارپیچ فرمان آغاز می گردد. با حرکت چرخشی مارپیچ فرمان، نیروی حرکتی به ساچمه های موجود در اطراف مارپیچ، انتقال پیدا می کند. سپس به وسیله ی ساچمه ها به حرکت خطی مبدل می گردد. 

تبدیل حرکت دورانی نیرو به حرکت خطی به واسطه ی دنده های موجود بر روی دیواره ی مهره انتقال در میان دنده تاج خروسی، ساچمه و مارپیچ شکل می گیرد. 

دنده تاج خروسی حرکت خطی را به شفت خروجی و بازوی هزار خان فرمان هدایت می کند.

نیروی حرکتی پس از عبور از بازوی هزار خان فرمان به میل فرمان راه می یابد و روند کنترل خودرو را تکمیل می سازد. 

به موجب برخورداری جعبه فرمان ساچمه ای از وزن بالا، حجم عمومی سیستم فنی نیز افزایش پیدا می کند. 

در ادامه برخی از مزایا و معایب جعبه فرمان ساچمه ای با دنده تاج خروسی را بیان می کنیم:

• ایمنی بالا

• قابلیت تجهیز به سیستم هیدرولیکی یا الکتریکی

• استهلاک و اصطکاک کم

جعبه فرمان حلزونی انگشتی

در میان انواع مختلف جعبه فرمان مکانیکی ساده ترین نوع، حلزونی انگشتی است. جعبه فرمان حلزونی انگشتی متشکل از قطعاتی نظیر انگشتی، حلزونی و پوسته ای جعبه ای مربعی شکل است. 

در این نوع جعبه فرمان روند انتقال حرکت از جانب غربیلک به سوی چرخ به وسیله ی انگشتی و حلزونی میسر است. علاوه بر این، این دو قطعه نیروی حرکتی دورانی را به خطی مبدل می سازند. 

معایب متعدد بهره گیری از جعبه فرمان حلزونی انگشتی سبب شده است تا در طی سالیان متمادی در راستای تولید خودرو های نوین، از چرخ تولید خودروسازان خارج گردد. 

جعبه فرمان حلزونی با دنده تاج خروسی

جعبه فرمان حلزونی با دنده تاج خروسی به موجب برخورداری از قطعه ای دندانه دار که وجه شباهت های بسیاری که با تاج خروس دارد، با عنوان تاج خروسی شناخته شده است. 

قطعه ی دندانه دار جعبه فرمان حلزونی موظف به انتقال حرکت مارپیچی به سمت میل فرمان و حلزونی سیستم است. 

جعبه فرمان حلزونی غلتکی

میان جعبه فرمان حلزونی غلتکی با جعبه فرمان تاج خروسی وجه شباهت های متعددی وجود دارد. در واقع در جعبه فرمان حلزونی غلتکی، روند انتقال نیروی حرکتی به وسیله ی غلتک صورت می گیرد. این در حالی است که در جعبه فرمان تاج خروسی روند انتقال نیرو به وسیله ی قطعه ی تاج خروسی میسر است. 

با وجود تغییر در مکانیزم جعبه فرمان حلزونی غلتکی، این جعبه فرمان از رده ی تولید خارج شده است. 

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

یکی از مزیت های برجسته جعبه فرمان هیدرولیکی، کاهش لرزش فرمان است

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

مهم ترین مزیت جعبه فرمان الکتریکی، کاهش مصرف سوخت است 

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 

گردآوری: بخش مجله خودرو بیتوته