سیستم فرمان

در این مقاله به بررسی اجزای مختلف سیستم فرمان مکانیکی می پردازیم. این نوع سیستم فرمان، دارای مکانیزم اهرم بندی می باشد که تغییر جهتی که توسط راننده به غربیلک فرمان اعمال می شود به چرخ ها منتقل می کند و باعث تغییر جهت آن ها و گردش خودرو می شود.

برای هدایت خودرو در مسیر دلخواه، چرخ ها باید جهت پذیر باشند. مکانیزمی به نام سیستم فرمان این تغییر جهت را اعمال می کند. که ممکن است مکانیکی ، هیدرولیکی و یا حتی الکترونیکی باشد.

اجزای مکانیزم سیستم فرمان عبارتند از:

1-   غربیلک فرمان (فلکه فرمان)

2-   میل فرمان (ستونی فرمان)

3-   جعبه فرمان

4-   بازوی پیتمن

5-   میل درگ

6-   شغال دست (بازوی فرمان)

7-   سگ دست

8-   میل فرمان وسط

9-   اهرم تای راد

سیستم فرمان خودرو

سیستم فرمان خودرو

در این قسمت به بررسی و معرفی هر یک از این بخش های سیستم فرمان می پردازیم.

غربیلک فرمان( Steering Wheel ):

قطعه ای دایره ای شکل از جنس پلاستیکی با اسکلت فلزی است که نیروی دست راننده را به اهرم بندی فرمان منتقل می کند.
سیستم فرمان و هدایت خودرو

میل فرمان (Steering Shaft):

میله ای است که به غربیلک فرمان توسط یک هزار خاری یا پیچ متصل شده است و گردش غربیلک فرمان را به جعبه فرمان منتقل می کند.

سیستم فرمان و هدایت خودرو

جعبه فرمان (Steering Box):

گشتاوری که توسط دست راننده به غربیلک فرمان اعمال شده، توسط ستونی فرمان به جعبه فرمان انتقال می یابد. جعبه فرمان گشتاور کم دست راننده را به گشتاور نسبتاً بزرگی تبدیل می کند، جعبه فرمان قدرت نیروی گشتاور را اضافه می کند.

سیستم فرمان و هدایت خودرو

سیستم فرمان و هدایت خودرو

بازوی پیتمن(Pitman Arm):

در انتهای شفت خروجی جعبه فرمان، یک هزار خاری وجود دارد که بازوی پیتمن روی آن نصب شده است. با دوران شفت خروجی جعبه فرمان، این بازو حرکت زاویه ای انتجام دهد و انتهای پیتمن توسط یک سیبک به میله ی درگ متصل می شود.

سیستم فرمان و هدایت خودرو

( سیبک یک مفصل کاسه ساچمه ای است که یک طرف آن به مفصل ساچمه ای و سمت دیگر آن به شکل یک پیچ رزوه دار است. )

میله درگ(Drag Link):

این درگ اهرمی است که بین بازوی پیتمن و شغال دست ارتباط ایجاد می کند، اتصال هر دو سر میله ی درگ توسط سیبک است. (شکل زیر را مشاهده کنید.)

شغال دست(Steering Arm):

علت نام گذاری این قطعه مربوط به شکل ظاهری این اهرم است که خمیده است. انتقال نیرو به سگ دست توسط این بخش انجام می شود. (شکل زیر را مشاهده کنید.)

سگ دست (Knuckle):

قطعه ای u شکل است که توسط یک پین بزرگ نسب به محور، لولا شده و قابلیت گردش نسبت به آن را دارد. اگر مکانیزم فرمان شغال دست را به حرکت در آورد، سگ دست می چرخد و از این طریق چرخ ها نیز تغییر جهت می دهند.

بررسی انواع مختلف سیستم فرمان و هدایت خودرو

جعبه فرمان دنده شانه‌ای‌:

فرمان دنده شانه‌ای، کشویی یا راک‌ اند‌ پینیون، از شناخته‌شده‌ترین و رایج‌ترین انواع سیستم‌های فرمان مورد استفاده در خودرو‌های امروزی هستند. این نوع جعبه فرمان که دارای سیستم ساده‌ای نیز هست، از ۲قسمت اصلی تشکیل می‌شود؛ یک اهرم که در عرض خودرو قرار دارد و راک یا شانه نامیده می‌شود و اهرم دیگری که به ستون فرمان و غربیلک متصل است و پینیون یا دنده نام دارد. با چرخش میل فرمان و پینیون، انتهای آن که دارای چرخ دنده است، روی دندانه‌های شانه می‌چرخد و باعث می‌شود تا شانه به چپ یا راست هدایت شود. انتهای شانه به وسیله قطعاتی دیگر به چرخ‌ها متصل ‌شده و باعث فرمان‌پذیری آنها می‌شود. این سیستم مزایا و معایبی نیز دارد. مهم‌ترین خاصیت آن ارزانی و ساختمان ساده‌اش است. این شکل از فرمان‌ها به دلیل ساده‌بودن، تعمیر و نگهداری کمتری نیاز داشته و ضریب اطمینان بالاتری دارند. ساختمان ساده آن باعث می‌شود تا وزن کمتری داشته باشد و فضای اشغال شده توسط آن نیز نسبت به سایر سیستم‌ها کمتر باشد. ضمن اینکه می‌توان به‌راحتی انواع ضربه‌گیر‌ها را در میله فرمان و پینیون و شانه تعبیه کرد که انتقال ضربه به دست راننده نیز کمتر شود.

جعبه فرمان شانه ای

جعبه فرمان شانه ای

سیستم راک اند پینیون یا فرمان کشویی به علت تماس مستقیم دنده و شانه، از حساسیت بسیار مناسبی نسبت به دستور راننده نیز برخوردار است. معایب این سیستم را می‌توان در کم بودن زاویه چرخش چرخ‌ها به دلیل محدودیت در طول شانه و همچنین سفت‌بودن فرمان در نمونه‌های غیر‌هیدرولیکی و غیر‌برقی، به علت کم بودن میزان نسبت فرمان و آسیب‌پذیر بودن در تصادفات به علت طول شانه تا بغل از دو طرف اتاق خودرو خلاصه کرد. از معایب دیگر آن می‌توان به انتقال مستقیم ضربه به فرمان و دست راننده نیز اشاره کرد که در صورت استفاده از ضربه‌گیر در میل فرمان، این نقص کاهش محسوسی می‌باید.

جعبه فرمان حلزونی تاج خروسی‌:

جعبه فرمان حلزونی تاج خروسی‌

جعبه فرمان حلزونی تاج خروسی‌

اگر به شکل این نوع جعبه دنده‌ها نگاه کنیم، می‌توان سیستم آن را شبیه نوع دنده شانه‌ای بدانیم. در این جعبه فرمان، قسمتی که به میله چرخ‌ها متصل می‌شود، شبیه به تاج خروس است و قسمتی که به میله فرمان وصل می‌شود، به شکل مارپیچ حلزونی است. تاج خروسی به اهرم دیگری متصل است که از طرف دیگر به میله چرخ‌ها متصل است. با چرخش مارپیچ توسط غربیلک فرمان، حلزونی نیز می‌چرخد و دسته متصل به خود را وادار به چرخش می‌کند. از آنجا که دسته از یک طرف ثابت است تمایل به حرکت به چپ و راست پیدا می‌کند و میله فرمان را به چپ و راست حرکت می‌دهد و باعث چرخش تایر‌ها می‌شود.

جعبه فرمان ساچمه‌ای:

این جعبه دنده ساختاری شبیه به نوع حلزونی تاج خروسی دارد، با این تفاوت که در بین حلزونی و تاج خروسی آن، تعداد مشخصی ساچمه قرار دارد که وجود همین ساچمه‌ها، مزایای زیادی را به همراه می‌آورد و در اینجا دندانه شکل ساده‌ای دارد. در این جعبه فرمان، دور محور دندانه‌ای یک محفظه قرار گرفته که ساچمه‌ها در داخل آن و روی محور دندانه‌دار قرار می‌گیرند که وقتی غربیلک فرمان چرخیده می‌شود، ساچمه‌ها روی محور دندانه‌دار‌، حرکت می‌کنند و بسته به جهت چرخش فرمان، از یک انتهای مسیر خود روی دندانه خارج‌می‌شوند که توسط میله‌های راهنما، از سمت دیگر دوباره وارد مسیر کاری خود می‌شوند.

جعبه فرمان ساچمه‌ای

جعبه فرمان ساچمه‌ای

در انتهای تاج خروسی نیز، اهرمی توسط هزار‌خار قرار گرفته که با چرخش تاج خروسی، این میله نیز به طرفین چرخش می‌کند و باعث جابه‌جا شدن میله بین چرخ‌ها به سمت چپ و راست می‌شود و تایر‌ها زاویه می‌گیرند. وجود ساچمه‌ها در بین دندانه و پیچ متصل به تاج خروسی باعث می‌شود تا فرمان نرم‌تر عمل کند چرا که ساچمه‌ها عمل تماس بین دندانه و قسمت پیچی مرتبط با تاج خروسی را راحت‌تر می‌کند. ضمن اینکه ساچمه‌ها به خوبی فضای بین میله دندانه‌دار و محفظه دور آن را پر می‌کنند که در نتیجه، لقی بین آنها نیز بسیار کمتر‌می‌شود. کاهش اصطکاک بین دندانه و قسمت پیچی در ارتباط با تاج خروسی نه‌تنها چرخش فرمان را راحت‌تر می‌کند بلکه از استهلاک ساختار جعبه فرمان نیز می‌کاهد. از محاسن این جعبه فرمان می‌توان به نرمی فرمان، زاویه پیچش بیشتر چرخ‌ها و انتقال نیروهای بیشتر به چرخ‌ها را گفت که استفاده از این سیستم را در خودرو‌های با وزن بیشتر ممکن می‌سازد. اما از عیب‌های این نوع جعبه فرمان نیز می‌توان به سایز بزرگ‌تر آن نسبت به مدل‌های دیگر و مشکل بودن جاسازی آن در خودرو‌های دیفرانسیل جلو نام برد. ضمن اینکه این جعبه دنده قیمت بالاتری نیز دارد.

جعبه فرمان حلزونی غلتکی‌:

جعبه فرمان حلزونی غلتکی‌

جعبه فرمان حلزونی غلتکی‌

جعبه فرمان حلزونی غلتکی، ساختمان کاری شبیه به حلزونی تاج خروسی دارد و در آن از ارتباط یک مارپیچ و چرخ دنده که به علت شکل خاصش به غلتک شبیه شده است، ساخته شده. در اینجا هم میله مارپیچی در اتصال با میله فرمان است و در نهایت به غربیلک دست راننده می‌رسد. این میله مارپیچی نیروی چرخشی دریافت می‌کند و در داخل جعبه فرمان، آن را به غلتک منتقل می‌کند. غلتک نیز به دلیل ارتباط با این پیچ در حال چرخش، می‌چرخد و از آنجا که این دو میله به صورت مارپیچی هستند، چرخش همراه با جابه‌جا شدن گام پیچ‌ها خواهد بود. در کنار غلتک، یک مارپیچ دیگر نیز قرار دارد که عمود بر محور آن قرار گرفته و در پایین به دسته متصل به میله چرخ‌هاست. با جابه‌جایی گام به گام پیچ غلتک، این پیچه نیز حول محور خود می‌چرخد. برای درک بهتر موضوع می‌توان این ارتباط را شبیه به رابطه کرانویل و پینیون در دیفرانسیل دانست. با چرخش پیچه کنار غلتک حول محور خود، دسته میل فرمان که با هزارخاری به آن متصل است، به چپ و راست حرکت می‌کند و موجب جابه‌جایی میله فرمان و در نتیجه چرخش تایر‌ها می‌شود.

جعبه فرمان انگشتی:

جعبه فرمان انگشتی

جعبه فرمان انگشتی

این جعبه فرمان یکی از ساده‌ترین و ابتدایی‌ترین ساختار‌ها را در بین دیگر انواع جعبه فرمان‌ها دارد. در انتهای میله فرمان یک پیچه قرار گرفته است که شبیه به محور دندانه‌ای دیگر انواع جعبه فرمان‌هاست. داخل گام‌های این پیچه که دندانه وجود دارد، یک انگشتی قرار می‌گیرد که در انتهای آن مثل جعبه فرمان‌های تاج خروسی و غلتکی، یک دسته متصل به میله فرمان قرار گرفته است. وقتی فرمان از داخل خودرو چرخیده می‌شود، میله فرمان نیز می‌چرخد و در نتیجه پیچه دندانه‌دار آن نیز شروع به چرخش می‌کند. میله فرمان و پیچه روی آن که ثابت هستند، نمی‌توانند حرکتی داشته باشند، در نتیجه چون انگشتی در داخل گام‌های پیچ قرار دارد، داخل آن می‌لغزد و به بالا و پایین حرکت می‌کند. این جابه‌جایی باعث حرکت میله متصل به فرمان می‌شود و چرخ‌ها را نیز می‌چرخاند.

 

(منبع – donyayekhodro.com / tebyan.net)