یکی از سیستم‌های بسیار پر اهمیت در خودروها سیستم انتقال قدرت خودرو نام دارد. این سیستم در خودروها اهمیت بسیار زیادی دارد و از جمله حساس‌ترین بخش‌های فنی آنها به حساب می‌آید. از طرفی دیگر اگر این سیستم دچار خرابی شود می‌تواند تعمیرات دردسرساز و پرهزینه‌ای در پی داشته باشد و نگهداری از آنها نیز نیاز به دقت فراوانی دارد.
جالب است بدانید که سیستم انتقال قدرت خودرو در طول تاریخ خودروسازی تا به حال چندین بار دچار تغییرات فراوانی شده است. به طور معمول هنگام معرفی و کارشناسی خودروهای ساخته شده به وسیله شرکت‌های خودروسازی این سیستم پس از موتور مورد بررسی قرار می‌گیرد. این نشان دهنده این است که سیستم انتقال قدرت چقدر پر اهمیت است.
در ویدیو زیر نحوه عملکرد سیستم انتقال قدرت خودرو توضیح داده شده است.
سیستم انتقال قدرت خودرو چیست؟
به زبان ساده، سیستم انتقال قدرت (Transmission) وظیفه انتقال نیروی تولید شده از موتور به چرخ‌ها در جهت حرکت خودرو را بر عهده دارد. این سیستم به طور مؤثر نیروی احتراق تولید شده توسط موتور را به حرکت فیزیکی (حرکت چرخ‌ها) تبدیل می‌کند.
برای راحتی درک این موضوع به روند کار موتور دقت کنید:
- سوخت در محفظه احتراق موتور خودرو مشتعل می‌شود.
- با احتراق سوخت، گاز و گرمای منبسط شده ناشی از انفجار، مجموعه‌ای از پیستون‌ها در داخل سیلندرهای موتور را به حرکت در می‌آورد.
- پیستون‌ها به سمت بالا و پایین حرکت می‌کنند و میل لنگ موتور را می‌چرخانند.
- میل لنگ باعث به حرکت در آمدن چرخ های خودرو می‌شود. از طریق این مکانیزم، انرژی انفجاری به انرژی مکانیکی تبدیل می‌شود.
به عبارت دیگر، نیرویی که به وسیله سیستم انتقال قدرت از موتور به چرخ‌ها منتقل می‌شود، به کاربر امکان می‌دهد تا خودرو را کنترل و هدایت کند. به عبارتی، هر قطعه‌ای که بین موتور و چرخ‌ها قرار دارد، جزئی از سیستم انتقال قدرت محسوب می‌شود که هدف همۀ آنها به حرکت در آوردن خودرو است.
وظایف سیستم انتقال قدرت
- سیستم انتقال قدرت باید توانایی قطع و وصل انتقال توان بین موتور و گیربکس (جعبه دنده) را انجام دهد که این وظیفه بر عهده ی سیستم کلاچ می باشد.
- سیستم انتقال قدرت باید دور و گشتاور خروجی موتور را متناسب با شرایط رانندگی، تغییر و به چرخ های محرک خودرو منتقل کند که این عمل توسط جعبه دنده و دیفرانسیل صورت می پذیرد.
- چرخ های محرک خودرو، با توجه به دور ورودی یکسان به آنها، باید بتوانند دورهای متفاوتی، بنابر شرایط اصطکاک جاده و حرکت در مسیر پیچ جاده، داشته باشند و این یکی از وظایف سیستم دیفرانسیل می باشد.
اهمیت سیستم انتقال قدرت خودرو
عده ای تصور می کنند زمانی که صحبت از توان فنی یک خودرو می شود، تنها عواملی که باعث می شوند یک خودرو قدرتمند باشد، حجم پیشرانه و توان تولیدی آن است. این تفکر کاملاً اشتباه است. یکی از مهمترین مسائلی که در مشخصات خودرو باید در نظر گرفت نحوه انتقال قدرت آن است. این موضوع نقش مهمی را در عملکرد فنی خودرو ایفا می کند. کاری که سیستم انتقال قدرت خودرو انجام می دهد این است که نیروی تولید شده توسط پیشرانه را به چرخ ها منتقل می کند تا باعث حرکت و به راه افتادن خودرو شود.
اجزای سیستم انتقال قدرت
این سیستم پر اهمیت بدون شک از کنار هم قرار گرفتن قطعات و بخش‌های مختلفی بین موتور و چرخ ها تشکیل می‌شود. اما در کل سیستم انتقال قدرت خودرو دارای چند جزء اصلی است که عملکرد آن را ممکن می‌سازند. از جمله اجزای اصلی سیستم انتقال قدرت خودرو عبارت‌اند از:
کلاچ
کلاچ حتی می‌تواند به عنوان یک سیستم کاملاً جداگانه مورد بررسی قرار گیرد. وظیفه این قطعه ارتباط جعبه دنده با موتور خودرو است. به این صورت که ممکن است با وجود کار کردن موتور خودرو درگیری بین جعبه دنده و کلاچ وجود نداشته باشد و خودرو نتواند حرکت کند. کنترل کردن سیستم کلاچ به وسیله پدال توسط راننده امکان پذیر است.
سیستم کلاچ از قطعات مختلفی مانند صفحه کلاچ، صفحه فشار، پوشش کلاچ و فلایویل تشکیل می‌شود. از جمله انواع کلاچ‌ها می‌توان به کلاچ هیدرولیکی، کلاچ مکانیکی، کلاچ گریز از مرکز و کلاچ الکترومغناطیسی اشاره کرد.
گیربکس (Gearbox)
گیربکس یا جعبه دنده وسیله‌ای مکانیکی است که برای افزایش گشتاور خروجی یا تغییر سرعت (RPM) موتور استفاده می‌شود. موتورهای احتراق داخلی با سرعت بسیار بالایی کار می‌کنند و به همین دلیل انرژی بسیار زیادی تولید می‌کنند. این در حالی است که چرخ‌ها نیاز به این میزان انتقال قدرت برای حرکت عادی ندارند. به همین دلیل نیاز به واسطه‌ای است که بتواند سطح این انتقال قدرت را کنترل کند. وظیفه تغییر نیروی خروجی موتور پیش از انتقال آنها به چرخ‌ها برعهده گیربکس است. به این صورت که با توجه به نیاز، راننده دور موتور را پایین آورده و گشتاور را بالا می‌برد یا برعکس.
گیربکس انواع مختلفی دارد که عبارتند از:
- گیربکس دستی (MT)
- گیربکس خودکار (AT)
- گیربکس نیمه خودکار (AMT)
- گیربکس با دنده پیوسته (CVT)
جعبه دنده دستی
به نوع دستی گیربکس، جعبه دنده استاندارد نیز گفته می‌شود. جعبده دنده دستی باعث می‌شود راننده از کلاچ برای کنترل انتقال گشتاور از موتور به گیربکس استفاده کند و در صورت لزوم به صورت دستی بین دنده ها جابجا شود.
از نظر مکانیکی، گیربکس دستی ساده‌ترین نوع انتقال گشتاور است و اغلب بیشتر از نوع دیگر رایج است. تنها مشکل اصلی در گیربکس دستی، یادگیری است. یادگیری رانندگی با خودروی دنده ای نسبت به خودرو اتوماتیک به تمرکز و آموزش بیشتری نیاز دارد.
جعبه دنده اتوماتیک یا خودکار
جعبه دنده اتوماتیک همچنین دارای کلاچ اتوماتیک است. حسگرها، پردازنده ها و محرک های داخلی به جای کنترل انسانی، کلاچ را براساس سرعت فعلی، فشار شتاب دهنده و سایر عوامل در لحظه محاسبه می‌کنند.
این مهم به راننده اجازه می‌دهد تا بیشتر حواسش را معطوف به جاده کند تا تعویض دنده و گرفتن کلاچ! با پایین آوردن پدال گاز، مبدل گشتاور داخلی تغییر را حس می‌کند و به طور خودکار به دنده پایین تغییر می‌کند. تمام فرآیند کار به غیر از اعمال پدال گاز، به صورت خودکار انجام می‌شود.
در همین رابطه می توانید مقاله “دنده دستی بهتر است یا اتومات” را نیز مطالعه نمایید”
دیفرانسیل
دیفرانسیل نقش تعیین کننده‌ای را در انتخاب نوع سیستم انتقال قدرت بازی می‌کند (در ادامه مقاله در این مورد بحث خواهد شد). دیفرانسیل بین دو چرخ عقب یا دو چرخ جلو قرار می‌گیرد تا گشتاور رسیده از موتور را بین چرخ ها تقسیم کند.
بدین صورت هر چرخ به اندازه لازم گشتاور مورد نیاز خود را دریافت می‌کند. عملکرد دیگری که توسط دیفرانسیل انجام می‌شود، تغییر در سرعت چرخ های داخلی و خارجی هنگام چرخش خودرو در پیچ ها است.
گاردان
گاردان در سیستم انتقال قدرت خودرو نقش رابط بین دیفرانسیل و گیربکس را بر دوش دارد. البته این قطعه تنها در خودروهای دیفرانسیل عقب کاربرد دارند و در خودرو دیفرانسیل جلو که سیستم انتقال قدرت و مولد نیرو در جلوی خودرو قرار دارد کاربرد چندانی ندارد.
این قطعه به موازات محور طولی خودرو کشیده می‌شود. از جمله اجزای اصلی گاردان می‌توان به میل گاردان، قفل‌های گاردان و اتصال کشویی اشاره کرد.
پلوس (Axle)
در مرحله آخر انتقال نیروی موتور به چرخ‌ها، پلوس قرار دارد. پلوس میله‌ای است که بین دیفرانسیل و چرخ‌ها قرار گرفته و با اتصال آنها باعث انتقال نیروی چرخشی رسیده به دیفرانسیل به چرخ می‌شود. برای هر چرخ از یک پلوس استفاده می‌شود و در کنار هر کدام قطعه‌ای به نام پلوس خلاص‌کن قرار دارد. درصورت غیر فعال بودن سیستم انتقال قدرت این قطعه، پلوس را از محل اتصالش به چرخ‌ها جدا می‌کند و با فعالیت مجدد، پلوس را به محل مورد نظر بر می‌گرداند.
پلوس از قطعات مختلفی تشکیل شده که عبارتند از:
- سرپلوس
- گردگیر پلوس
- سه شاخه پلوس
- میل پلوس
- مشعلی پلوس
انواع سیستم انتقال قدرت خودرو
خودروها از این نظر که کدام چرخ‌ها با دیفرانسیل در ارتباط هستند، دارای چندین تقسیم‌بندی هستند. چهار نوع سیستم انتقال قدرت در خودروها وجود دارد که هر کدام مزایا و معایب خود را دارند. این چهار سیستم عبارتند از:
- دیفرانسیل جلو (FWD)
- دیفرانسیل عقب (RWD)
- تمام چرخ (AWD)
- چهار چرخ متحرک (۴WD)
سیستم انتقال قدرت محور جلو یا دیفرانسیل جلو (FWD)
محور جلو یا دیفرانسیل جلو به این معنا است که نیروی حاصل از موتور به چرخ‌های جلوی وسیله نقلیه منتقل می‌شود. با استفاده از سیستم محور جلو، چرخ‌های جلو ماشین را به حرکت در می‌آورند و چرخ‌های عقب هیچ نیرویی دریافت نمی‌کنند.
مزیت یک وسیله نقلیه FWD این است که به طور معمول مصرف سوخت بهینه‌ای دارد و دی اکسید کربن کمتری منتشر می‌کند. از آنجا که وزن موتور بر روی چرخ‌های جلو قرار دارد، خودرو با محور جلو می‌تواند در زمین برفی چسبندگی بهتر با جاده داشته باشد. با این حال، رانندگان حرفه‌ای ادعا کرده‌اند که ماشین با محور جلو لذت رانندگی کمتری دارد.
سیستم انتقال قدرت محرک عقب (RWD)
در سیستم انتقال قدرت محرک عقب، توان موتور به صورت چرخشی درمی‌آید و به چرخ های عقب خودرو انتقال داده می‌شود. این توان به وسیله گاردان ها که از یک سمت به جعبه دنده و سمت دیگر به دیفرانسیل متصل هستند انجام می‌شود. این سیستم در کنار موتور و به طور موازی با محور طولی خودرو در زیر آن قرار داده می‌شود. امروزه استفاده از این سیستم چندان در بین خودروهای شهری رایج نیست به این خاطر که هزینه تولید بیشتری دارد.
سیستم انتقال قدرت چرخ های دائم محرک یا 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.
- حالت اول: اینکه همۀ چرخ ها به طور مداوم حرکت می‌کنند و از آن به عنوان چهار چرخ متحرکِ تمام وقت (Full-Time 4WD) یاد می‌شود.
- حالت دوم: که اغلب به صورت 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 (Traction)، نیرو به هر چهار گوشه تحویل داده می‌شود.
دیفرانسیل چهار چرخ متحرک (۴WD)
با انتقال نیرو به هر چهارچرخ، یک خودرو می‌تواند مزیت هر دو نوع سیستم انتقال نیرو FWD و RWD را به همراه داشته باشد و در عین حال نقاط ضعف هر دو سیستم را پوشش دهد. در نتیجه با خودرویی مواجه خواهیم بود که نه تنها می‌تواند از دیدگاه استفاده روزمره مناسب عمل کند بلکه می‌تواند در کاربردهای سنگین و پرتوان نیز به کار گرفته شود.
سیستم انتقال نیرو ۴WD (یا همان ۴×۴) از زیرمجموعه‌های سیستم انتقال نیرو AWD است. به این معنا که ۴WD یکی از زیرشاخه‌های AWD به حساب می‌آید اما نکته جالب اینجا است که در ابتدا این سیستم انتقال نیرو ۴WD بود که در صنعت خودرو به صورت گسترده به کار گرفته شد و تنها چند دهه است که سامانه AWD به عنوان سرشاخه سیستم انتقال نیرو تمام چرخ متحرک شناخته می‌شود.
از نظر مکانیکی، سیستم‌های ۴WD از دیفرانسیل جلو، مرکزی و عقب و جعبه انتقال دو سرعته برای ارسال نیروی هر چهار چرخ استفاده می‌کنند. راننده می‌تواند تصمیم بگیرد که قدرت را در محور عقب نگه دارد یا درصدی از گشتاور را به چرخ‌های جلو نیز هدایت کند.
وسایل نقلیه‌ای که از سامانه ۴WD استفاده می‌کنند، برای کارهای سنگین بسیار مناسب هستند.
