جعبه فرمان خودرو چیست و عملکرد آن چگونه است؟

به گزارش مجله خبری نگار،ساده‌ترین چیزی که احتمالا همه ما از کودکی درباره رانندگی می‌دانیم آن است که فرمان وسیله هدایت خودرو است. اما برای اینکه راننده بتواند توسط فرمان، در واقع غربیلکی که ما در کابین می‌بینیم، مسیر خودرو را کنترل و آن را هدایت کند، نیازمند همکاری اجزای مختلفی از یک سیستم بزرگ است که شاهد آن نیستیم. این سیستم را سیستم فرمان خودرو می‌نامند.

جعبه فرمان یکی از بخش‌های فنی خودرو به شمار می‌رود. جعبه فرمان خودرو به عنوان اصلی‌ترین قسمت در سیستم فرمان اتومبیل وظیفه‌ی تبدیل حرکت دورانی غربیلک فرمان به حرکت خطی، افزایش گشتاوری اتومبیل و کاهش حرکت چرخشی دست راننده را بر عهده دارد.

سیستم فرمان خودرو

سیستم فرمان به عنوان یک سیستم در خصوص کنترل و هدایت خودرو کاربرد دارد. ساختار ساده‌ی 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 می‌آورد، محور چرخش به وسیله‌ی سیستم فرمان به حرکت افقی مبدل می‌گردد. سپس با انتقال پذیری به لاستیک خودرو روند فرمان پذیری را تکمیل می‌سازد.
بهتر است بدانید سیستم فرمان خودرو نیروی محرک در خصوص حرکت را به وسیله‌ی نیرویی که راننده به فرمان وارد می‌کند، تامین می‌سازد؛ لذا با عنوان سیستم فرمان دستی شناخته می‌شود.

سیستم فرمان خودرو متشکل از غربیلک فرمان، میل فرمان، پیتمن، میله درگ، جعبه فرمان، شغال دست و سگ دست می‌باشد.
در میان اجزاء‌های سازنده‌ی سیستم فرمان، جعبه فرمان عنوان مهمترین قطعه را به خود اختصاص داده است.

نقش جعبه فرمان در خودرو

به طور کلی جعبه فرمان موظف به تبدیل حرکت دورانی فرمان به حرکت خطی، ارتقای گشتاور و مبدل سازی صفحه‌ی دوران غربیلک فرمان به صفحه‌ی مکانیزم فرمان می‌باشد.
در واقع جعبه فرمان به عنوان مهمترین قطعه در سیستم هدایت و کنترل اتومبیل، بر روی اتاق خودرو تعبیه می‌گردد. این قسمت، عمل دوران فرمان و گشتاور را به وسیله‌ی سیبک‌های سیستم فرمان و مفصل‌های موجود به سگ دست انتقال می‌دهد.

به عبارتی دیگر زمانی که راننده غربیلک فرمان را به چرخش در می‌آورد، حرکت دورانی حاصل از نیروی راننده به جعبه فرمان انتقال می‌یابد. جعبه فرمان نیز حرکت دورانی غربیلک را به وسیله‌ی جعبه فرمان به حرکت خطی مبدل می‌سازد و به واسطه‌ی میله بندی فرمان نیروی حرکتی را به سگ دست هدایت می‌کند.

در طی این روند، سگ دست براساس نوع حرکت خطی به سمت داخل یا خارج به چرخش در می‌آید و منجر به چرخش چرخ خودرو به سمت چپ و راست می‌گردد.
بهتر است بدانید سگ دست بر روی سیبک سیستم فرمان تعبیه می‌شود.

انواع مختلف جعبه فرمان خودرو

به موجب برخورداری از اهمیت بسزایی که جعبه فرمان در سیستم فرمان خودرو ایفا می‌کند، کمپانی‌های تولید کننده، در راستای تولید جعبه فرمان در گونه‌های مختلف اقداماتی انجام داده اند.

به طور کلی جعبه فرمان خودرو در دو گونه‌ی جعبه فرمان مکانیکی و جعبه فرمان با توان کمکی طراحی می‌گردد. هر کدام از جعبه فرمان‌های مذکور دارای زیر مجموعه‌های متعددی هستند، که در ادامه‌ی بحث آن‌ها را شرح می‌دهیم.

جعبه فرمان مکانیکی

عنوان ساده‌ترین جعبه فرمان به جعبه فرمان مکانیکی اختصاص دارد. در این نوع جعبه فرمان سیستم شانه‌ای و پینیون تعبیه شده است.
در جعبه فرمان مکانیکی پینیون در حال انجام حرکت دورانی و دنده شانه‌ای با حرکت خطی روند هدایت خودرو را تکمیل می‌سازند. در واقع پینیون عملکرد دورانی غربیلک فرمان را به دنده شانه‌ای هدایت می‌کند. سپس دنده شانه‌ای به وسیله‌ی مفصل‌های خودرو حرکت خطی را به چرخ‌های اتومبیل انتقال می‌دهد.

در سیستم فرمان دارای جعبه فرمان مکانیکی منبع انرژی نیرو دست راننده محسوب می‌شود. بدین جهت راننده موظف است در خصوص حرکت غربیلک و کنترل خودرو به وسیله‌ی فرمان نیروی چشمگیری را صرف نماید. این امر سبب خستگی راننده می‌گردد.
جعبه فرمان مکانیکی در انواع مختلفی اعم از حلزونی با دنده تاج خروسی، حلزونی انگشتی، حلزونی غلتکی، چرخ دنده شانه‌ای و ساچمه‌ای با دنده تاج خروسی طراحی می‌شود.

جعبه فرمان چرخ دنده‌ی شانه‌ای

متداول‌ترین و پر کاربرد‌ترین جعبه فرمان، گونه‌ی چرخ دنده‌ی شانه‌ای می‌باشد. این جعبه فرمان که به جعبه فرمان راک اند پینیون یا کشویی شناخته می‌شود، متشکل از یاتاقان پینیون، پوسته، گرد گیر، پینیون، دنده شانه ای، بازوی فرمان، بست اتصال، پیچ و مهره‌های تنظیم لقی می‌باشد.
لازم به ذکر است اصلی‌ترین اجزای تشکیل دهنده‌ی جعبه فرمان چرخ دنده‌ای شانه ای، پینیون و راک یا دنده شانه‌ای می‌باشد.

پینیون و دنده شانه‌ای در سیستم فرمان به صورت عمود بر هم تعبیه می‌شوند که دارای فرمی دندانه دار هستند. پینیون با قرارگیری در ارتباط با مارپیچ فرمان، حرکت چرخشی غربیلک را از مارپیچ دریافت می‌کند. سپس با درگیر سازی دنده‌های موجود در دنده‌های راک، نیروی دورانی را به حرکت عمودی مبدل می‌سازد.

بهتر است بدانید پینیون اهرم عمودی و دنده شانه هرم عرضی جعبه فرمان چرخ دنده‌ی شانه‌ای به شمار می‌روند.
علت گسترش و کاربرد مداوم جعبه فرمان چرخ دنده‌ی شانه‌ای در سیستم فرمان خودرو‌های نوین، به سبک بودن و اشغال فضای کمتر جعبه فرمان اختصاص دارد.

در واقع سبک بودن جعبه فرمان چرخ دنده‌ای شانه‌ای سبب شده است تا گزینه‌ی مناسبی برای قرار گیری در خودرو‌های سبک محسوب شود. علاوه بر این، خودرو‌های دیفرانسیل جلو نسبت به خودرو‌های دیفرانسیل عقب از فضای کمی برخوردار هستند.
بدین جهت جعبه فرمان مذکور به موجب اشغال فضای کم در خصوص تعبیه در خودرو‌های دیفرانسیل جلو مناسب است.

لازم به ذکر است جعبه فرمان چرخ دنده‌ای شانه‌ای از قیمت کمتری نیز برخوردار است که به صورت مستقیم در کاهش هزینه‌ی تعمیرات نقش دارد.

از سری مزایا و معایب جعبه فرمان چرخ دنده‌ی شانه‌ای می‌توان 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 ساچمه‌ای
• مقرون به صرفه

جعبه فرمان ساچمه‌ای با دنده تاج خروسی

جعبه فرمان ساچمه‌ای در راستای تولید خودرو‌های سنگین به مراتب بیشتر از خودرو‌های سبک کاربرد دارد. این جعبه فرمان به عنوان یک جعبه فرمان مکانیکی دارای قطعات اصلی اعم از شفت خروجی، ساچمه، دنده تاج خروسی، مهره‌ی انتقال و پیچ می‌باشد.

روند کارایی جعبه فرمان ساچمه‌ای با حرکت مارپیچ فرمان آغاز می‌گردد. با حرکت چرخشی مارپیچ فرمان، نیروی حرکتی به ساچمه‌های موجود در اطراف مارپیچ، انتقال پیدا می‌کند. سپس به وسیله‌ی ساچمه‌ها به حرکت خطی مبدل می‌گردد.

تبدیل حرکت دورانی نیرو به حرکت خطی به واسطه‌ی دنده‌های موجود بر روی دیواره‌ی مهره انتقال در میان دنده تاج خروسی، ساچمه و مارپیچ شکل می‌گیرد.
دنده تاج خروسی حرکت خطی را به شفت خروجی و بازوی هزار خان فرمان هدایت می‌کند.

نیروی حرکتی پس از عبور از بازوی هزار خان فرمان به میل فرمان راه می‌یابد و روند کنترل خودرو را تکمیل می‌سازد.
به موجب برخورداری جعبه فرمان ساچمه‌ای از وزن بالا، حجم عمومی سیستم فنی نیز افزایش پیدا می‌کند.

در ادامه برخی از مزایا و معایب جعبه فرمان ساچمه‌ای با دنده تاج خروسی را بیان می‌کنیم:

• ایمنی بالا
• قابلیت تجهیز به سیستم هیدرولیکی یا الکتریکی
• استهلاک و اصطکاک کم

جعبه فرمان حلزونی انگشتی

در میان انواع مختلف جعبه فرمان مکانیکی ساده‌ترین نوع، حلزونی انگشتی است. جعبه فرمان حلزونی انگشتی متشکل از قطعاتی نظیر انگشتی، حلزونی و پوسته‌ای جعبه‌ای مربعی شکل است.

در این نوع جعبه فرمان روند انتقال حرکت از جانب غربیلک به سوی چرخ به وسیله‌ی انگشتی و حلزونی میسر است. علاوه بر این، این دو قطعه نیروی حرکتی دورانی را به خطی مبدل می‌سازند.
معایب متعدد بهره گیری از جعبه فرمان حلزونی انگشتی سبب شده است تا در طی سالیان متمادی در راستای تولید خودرو‌های 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 قطعه‌ای دندانه دار که وجه شباهت‌های بسیاری که با تاج خروس دارد، با عنوان تاج خروسی شناخته شده است.
قطعه‌ی 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 شباهت‌های متعددی وجود دارد. در واقع در جعبه فرمان حلزونی غلتکی، روند انتقال نیروی حرکتی به وسیله‌ی غلتک صورت می‌گیرد. این در حالی است که در جعبه فرمان تاج خروسی روند انتقال نیرو به وسیله‌ی قطعه‌ی تاج خروسی میسر است.
با وجود تغییر در مکانیزم جعبه فرمان حلزونی غلتکی، این جعبه فرمان از رده‌ی تولید خارج شده است.

جعبه فرمان با توان کمکی

جعبه فرمان با توان کمکی دارای نیروی الکتریکی یا هیدرولیکی می‌باشد. این نوع جعبه فرمان نیروی مورد نیاز در خصوص به حرکت در آوردن غربیلک را تماما از جانب راننده دریافت نمی‌کند.
نرمی سیستم‌های فرمان مجهز به جعبه فرمان با توان کمکی در طول پارک کردن اتومبیل و فرمان گیری‌های تیز بروز پیدا می‌کند.
جعبه فرمان با توان کمکی دارای سه زیر مجموعه‌ی متمایز می‌باشد که در ادامه آن‌ها را شرح می‌دهیم.

جعبه فرمان هیدرولیکی

جعبه فرمان هیدرولیکی متشکل از مخزن روغن، تسمه هیدرولیک، جک هیدرولیک، پمپ، شیر و لوله‌های رفت و برگشت روغن است. ساختار این نوع جعبه فرمان به گونه‌ای طراحی شده است که با هدف کاهش نیروی کمکی راننده برای حرکت کردن دنده شانه ای، به تولید فشار هیدرولیکی می‌پردازد.

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 سرعت‌های بالا

جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی

در جعبه فرمان الکتروهیدرولیکی نیروی مورد نیاز پمپ به وسیله‌ی یک موتور الکتریکی تامین می‌شود؛ لذا به موجب عدم بهره گیری از نیروی موتور، فشار غیر قابل جبرانی به موتور تحمیل نمی‌گردد.
در این نوع جعبه فرمان یک سنسور سنجش سرعت تعبیه می‌گردد که بر اساس سنجش سرعت خودرو فشار روغن هیدرولیک را تنظیم می‌سازد.
با تنظیم روغن، زمینه‌ی کنترل فرمان توسط راننده در سرعت‌های بالا فراهم می‌گردد که منجر به افزایش پایداری خودرو می‌گردد.

جعبه فرمان الکتریکی

جعبه فرمان الکتریکی پیشرفته‌ترین نوع جعبه فرمان با توان کمکی است. در این نوع جعبه فرمان نیروی حرکتی فرمان در کنار نیروی دست راننده، به وسیله‌ی موتور الکتریکی تامین می‌گردد.
در جعبه فرمان الکتریکی پمپ، مخزن و لوله‌های هیدرولیک کاربردی ندارد. در مقابل به مجموعه‌ای 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

نشانه‌های 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