کاربرد جعبه فرمان خودرو

فرمان خودرو یکی از ساده‌ترین بخش‌های خودرو است که حرکت خودرو به وسیله آن ممکن می‌شود. راننده برای اینکه بتواند با حرکت دادن فرمان، خودرو را حرکت دهد، نیازمند همکاری بخش‌های متعددی است. جعبه فرمان و سایر اجزا دست به دست هم می‌دهند تا راننده خودرو را به مسیر دلخواه هدایت کند. اجزای مختلفی که نیرو را به چرخ‌ها هدایت می‌کنند سیستم فرمان نامیده می‌شود، اما این سیستم چگونه کار می‌کند و وظیفه اصلی آن چیست؟

ساده‌ترین و پیچیده‌ترین خودروها باید توسط راننده کنترل شوند. هرچند خودروهای خودران وارد بازار شده‌اند اما همچنان خودروهایی که توسط راننده کنترل می‌شوند در صدر لیست خودروهای پر فروش قرار دارند و تا ورود این نوع خودروها به بازار خودرو ایران زمان زیادی باقی مانده است. فرمان خودرو در طی زمان تغییرات بسیار زیادی داشته است و از ساده‌ترین سیستم‌ها به سیستم‌های پیچیده‌ای تبدیل شده است. جعبه فرمان وظیفه مهمی در خودرو به عهده دارد و بدون وجود آن نمی‌توان چرخ‌های خودرو را به جهت‌های مشخص حرکت داد.

وظیفه جعبه فرمان خودرو

جعبه فرمان اصلی‌ترین بخش سیستم فرمان به شمار می‌رود. این بخش از فرمان گشتاور دست راننده را به چرخ‌ها هدایت می‌کند و گشتاور آن را افزایش می‌دهد. جعبه فرمان که روی اتاق خودرو نصب می‌شود گشتاور تولید شده را توسط مفصل‌ها و سیبک به سگ دست انتقال می‌دهد. این قسمت از سیستم فرمان انواع مختلفی دارد و از اجزای گوناگونی تشکیل شده است. از مهمترین وظایف جعبه فرمان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تبدیل حرکت چرخشی فرمان به حرک خطی اهرم بندی فرمان
• افزایش گشتاور و کاهش حرکت چرخشی
• تغییر صفحه دوران غربیلک به صفحه مکانیکی

تنوع جعبه فرمان سبب تغییر در کیفیت وظایف آن می‌شود. هرچه کیفیت جعبه فرمان بیشتر باشد، کنترل فرمان برای راننده راحت‌تر خواهد بود. به طور کلی نحوه عملکرد انواع جعبه فرمان یکی است و زمانی که راننده غربیلک فرمان را می‌چرخاند گشتاور دورانی به جعبه فرمان منتقل می‌شود. جعبه فرمان این حرکت دورانی را به حرکت خطی تبدیل می‌کند و این نیرو از طریق میله بندی فرمان به سگدست می‌رسد. نیروی رسیده به سگدست روی سیبک‌ها به داخل و خارج می‌چرخد و این حرکت سبب پیچیدن چرخ‌ها به چپ و راست می‌شود.

اجزای تشکیل دهنده جعبه فرمان

غربیلک فرمان

غربیلک فرمان یکی از ساده‌ترین اجزای فرمان است که نیروی دست راننده را به میل فرمان انتقال می‌دهد. البته گشتاور وظیفه افزایش گشتاور را نیز به عهده دارد. هرچه قطر غربیلک فرمان بیشتر باشد، گشتاور اعمال شده نیز بیشتر می‌شود. فرمان خودرو در طول زمان تغییرات بسیار زیادی داشته داشته و غربیلک‌های جدید قابلیت تغییر ارتفاع و زاویه را دارند.

میل فرمان

میل فرمان به عنوان پل ارتباطی بین غربیلک و جعبه فرمان عمل می‌کند و چرخش غربیلک را به جعبه فرمان انتقال می‌دهد. این میل که شکل خرطومی دارد، انعطاف پذیر است و این امر سبب افزایش ایمنی راننده در هنگام تصادف می‌شود.

جعبه فرمان

جعبه فرمان یکی از مهمترین قطعات سیستم فرمان است که وظیفه افزایش گشتاور، تبدیل حرکت دورانی به خطی و تغییر صفحه دوران غربیلک به صفحه مکانیزم را به عهده دارد. جعبه فرمان انواع و اقسام مختلفی دارد که بسته به نوع آن کیفیت عملکرد متفاوتی از خود نشان می‌دهند.

بازوی پیتمن

در انتهای شفت خروجی جعبه فرمان یک هزار خاری وجود دارد که بازوی پیتمن روی آن نصب می‌شود. با دوران شفت خروجی، این بازو حرکت دورانی را به حرکت زاویه‌ای تبدیل می‌کند. انتهای این بازو با یک سیبک به میله درگ متصل است.

میله درگ

این میله مانند یک اهرم بین بازوی پیتمن و شغال دست ارتباط برقرار می‌کند. نقطه اتصال هر دو سر میله درگ، سیبک است.

شغال دست

علت نام گذاری این قطعه به دلیل شکل ظاهری آن است. شغال دست یا Steering Arm یک اهرم خمیده است که نیرو را به سگ دست منتقل می‌کند. با حرکت شغال دست، سگدست شروع به چرخیدن می‌کند و در نتیجه چرخ‌ها تغییر جهت می‌دهند.

سگ دست

سگدست یک قطعه U شکل است که با یک پین بزرگ به محور وصل شده است و قابلیت گردش دارد. با چرخاندن فرمان، شغال دست شروع به حرکت می‌کند و در نتیجه آن سگدست می‌چرخد که چرخش چرخ‌ها را به همراه دارد.

 انواع جعبه فرمان

• جعبه فرمان مکانیکی
• جعبه فرمان با نیروی کمکی

جعبه فرمان‌ مکانیکی

امروزه این نوع جعبه فرمان بسیار کم مورد استفاده قرار می‌گیرد و بسیاری از آنها به سیستم نیروی کمکی تجهیز می‌شود. برخی از این جعبه فرمان‌ها به کلی فراموش شده‌اند. جعبه فرمان مکانیکی اجزای متفاوتی دارد و تنها در پوسته جعبه با یکدیگر مشترک هستند.

جعبه فرمان حلزونی انگشتی

این نوع از جعبه فرمان یکی از ساده‌ترین جعبه‌ فرمان‌های مکانیکی است که قطعاتی به نام انگشتی و حلزونی دارد. تغییر حرکت غربیلک فرمان از دورانی به خطی توسط این دو قطعه انجام می‌شود. این نوع جعبه فرمان به دلیل معایب بسیاری که داشت از خط تولید خارج شده است و مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

جعبه فرمان حلزونی با دنده‌ تاج خروسی

این نوع جعبه فرمان به دلیل قطعه دندانه‌داری که به تاج خروس شباهت دارد به این نام شناخته می‌شود. این قطعه تاج خروسی به جای انگشتی استفاده می‌شود که حرکت مارپیچ غربیلک را سمت میل فرمان و حلزونی هدایت می‌کند. این جعبه فرمان نیز به دلیل معایبی که دارد امروزه مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

جعبه فرمان حلزونی غلتکی

تنها تفاوت این جعبه فرمان با مدل‌های دیگر در غلتکی است که جای تاج خروس را گرفته است. این جعبه فرمان نیز به دلیل معایب بسیاری که داشت از رده تولید خارج شده و امروزه مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

جعبه فرمان ساچمه‌ای با دنده‌ تاج خروسی

در این نوع از جعبه فرمان یک چرخ دنده تاج خروسی در کنار دنده تاج خروسی کار می‌کند. جعبه فرمان ساچمه‌ای بیشتر در خودروهای سنگین مورد استفاده قرار می‌گیرد. ساچمه‌ها و لوله‌های گردش این نوع از جعبه فرمان جای حلزونی را می‌گیرند. عملکرد این نوع جعبه فرمان با حرکت مارپیچ فرمان آغاز می‌شود و این حرکت به ساچمه‌های دور مارپیچ می‌رسد و ساچمه‌ها آن را به حرکت خطی تبدیل می‌کنند. از مزایای این نوع جعبه فرمان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• نگهداری راحت
• استهلاک کم
• ایمنی بالا
• امکان تجهیز به سیستم توان کمکی
• اصطکاک کم بین قطعات

اصطکاک کم در بین قطعات این نوع جعبه فرمان باعث می‌شود که راننده برای چرخش غربیلک فرمان از نیروی کمتری استفاده کند. همچنین این ویژگی سبب کاهش سایش قطعات و در نتیجه بالا رفتن لقی فرمان می‌شود و امکان خلاصی آن را کاهش می‌دهد. از معایب این نوع جعبه فرمان می‌توان به وزن بالا و هزینه بالای تعمیر آن اشاره کرد.

جعبه فرمان چرخ‌دنده شانه‌ای

جعبه فرمان چرخ‌دنده شانه‌ای در بین جعبه فرمان‌های مکانیکی بیشترین استفاده را دارد و با نام‌های راک اند پینیون و کشویی نیز شناخته می‌شود. جعبه فرمان چرخ دنده شانه‌ای به دلیل سبک بودن و فضای کمی که اشغال می‌کند مورد استفاده قرار می‌گیرد. پوسته این جعبه دنده به سیلندر فلزی تبدیل می‌شود. قطعاتی مانند گردگیر، پینیون، یاتاقان پینیون بازوی فرمان و دنده شانه‌ای این جعبه فرمان را تشکیل می‌دهند.

پینیون و دنده‌شانه‌ای از مهمترین بخش‌های جعبه فرمان چرخ دنده‌شانه‌ای هستند. پینیون حرکت چرخشی را از غربیلک فرمان می‌گیرد و با درگیر کردن دنده‌ها آن را به حرکت عمودی تبدیل می‌کند.

از مزایای این جعبه فرمان می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• قیمت پایین
• هزینه تعمیر و نگهداری پایین
• اشغال فضای کم
• وزن کم
• اصطکاک کم
• استهلاک پایین

معایب فرمان چرخ دنده‌شانه‌ ای

• محدودیت در افزایش گشتاور
• محدودیت در افزایش پایداری خودرو

جعبه فرمان با نیروی کمکی

این جعبه فرمان از راننده نیروی زیادی برای به حرکت درآورن غربیلک فرمان نمی‌گیرد بلکه نیروی الکتریکی در جعبه فرمان به کمک راننده می‌آید. نرمی این سیستم هنگام پارک خودرو و گرفتن فرمان مشخص می‌شود.

جعبه فرمان هیدرولیکی

این جعبه فرمان ساختاری شبیه به جعبه فرمان مکانیکی دنده شانه‌ای دارد و از یک فشار هیدرولیکی برای به حرکت درآمدن دنده شانه‌ای کمک می‌‌گیرد تا راننده نیروی کمتری به غربیلک فرمان وارد کند. این جعبه فرمان از اجزای زیر تشکیل شده است:

• پمپ هیدرولیکی
• شیر هیدرولیکی
• تسمه هیدرولیک
• جک هیدرولیک
• لوله‌های رفت و برگشت روغن
• مخزن روغن

در این سیستم پمپ هیدرولیکی نیروی دورانی خود را از تسمه موتور دریافت می‌کند و روغن را با فشار قوی روانه لوله‌های رفت می‌کند و این لوله‌ها روغن را به پشت شیر هیدرولیک هدایت می‌کنند. شیر هیدرولیک دارای سوراخ‌هایی است که با چرخش فرمان باز می‌شوند و با ورود روغن حرکت فرمان راحتتر می‌شود. روغن مجددا از جک عبور می‌کند و از لوله‌های برگشت به مخزن برمی‌گردد.

مزایای جعبه فرمان هیدرولیکی

• افزایش پایداری خودرو
• کاهش لرزش فرمان
• کاهش حساسیت فرمان در سرعت‌های بالا
• کاهش نیروی دست راننده برای حرکت فرمان

معایب جعبه فرمان هیدرولیک

• قیمت بالا
• قیمت بالای تعمیر و نگه داری
• استهلاک بالا
• نیاز به گشتاور بالا
• افزایش مصرف سوخت

جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی

این جعبه فرمان عملکردی مشابه با جعبه فرمان هیدرولیکی دارد و تنها تفاوت آن در این است که پمپ این جعبه فرمان نیروی خود را از موتور دریافت نمی‌کند. به همین دلیل کاهش توان موتور را به همراه ندارد. یک موتور الکتریکی در پشت پمپ قرار دارد که نیروی آن را تامین می‌کند. برخی از این جعبه فرمان‌ها یک سنسور سنجش سرعت دارند که به کامپیوتر خودرو متصل است تا با سنجش سرعت خودرو فشار روغن هیدرولیک را تنظیم کند.

تنظیم روغن سبب می‌شود که راننده در سرعت‌های بالا بتواند فرمان را کنترل کند که این سبب افزایش پایداری خودرو در سرعت‌های بالا می‌شود.

مزایای جعبه فرمان الکتریکی

• وزن کم
• کاهش مصرف سوخت
• افزایش پایداری خودرو
• افزایش عملکرد فرمان
• کنترل راحت فرمان
• افزایش ایمنی خودرو
• اشغال فضای کم
• هزینه تعمیر و نگهداری پایین

معایب جعبه فرمان الکتریکی

• عدم هماهنگی با شرایط محیطی
• حساسیت بالای سیستم برقی
• قمیت تمام شده بالا
• هزینه بالای ساخت
• مناسب نبودن برای خودروهای سنگین

جعبه فرمان الکتریکی

یک موتور الکتریکی در این جعبه فرمان جایگزین روغن هیدرولیک می‌شود و نیروی آن را تامین می‌کند. این نوع جعبه فرمان از نمونه‌های پیشرفته است که استفاده آن در بین خودروسازان رواج بسیاری دارد.

نویسنده: شقایق صفی خانی