خودروهای مدرن با موتورهای احتراقی درون‌سوز از همان ابتدایی‌ترین مراحل ساخت در سال ۱۸۷۹ میلادی، دارای چند بخش ثابت بودند. یکی از این بخش‌ها، سیستم انتقال قدرت بود. چرا که انتقال قدرت لازمه حرکت خودرو است. این سیستم در اتومبیل‌ها اهمیت بسیاری دارد و از حساس‌ترین بخش‌های فنی آنها محسوب می‌شود. تعمیراتش پرهزینه و دردسرساز است و نگهداری از آن نیاز به دقت فراوان دارد. قطعا تعمیر آن هم یک کار کاملا تخصصی است و از عهده هر کسی برنمی‌آید.
بد نیست بدانید که سیستم انتقال قدرت در طول تاریخ صنعت خودروسازی تغییرات فراوانی کرده است و از مهم‌ترین بخش‌های فنی خودرو به شمار می‌رود. هنگام معرفی و کارشناسی اتومبیل‌ها ساخته شده توسط شرکت‌های خودروسازی، سیستم انتقال قدرت آنها معمولا پس از موتور مورد بررسی قرار می‌گیرد و نوع و ویژگی‌هایشان مطرح می‌شود که این نشان از اهمیت این سیستم در خودرو دارد. امروزه سیستم انتقال قدرت انواع مختلفی دارد که با توجه به کارایی خودرو مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ادامه درباره عملکرد، اجزاء و انواع سیستم انتقال قدرت خودرو بحث خواهیم کرد.
سیستم انتقال قدرت چیست و چه وظایفی دارد؟
سیستم انتقال قدرت خودرو به زبان ساده وظیفه مهم انتقال قدرت تولید شده توسط موتور به چرخها جهت چرخش آنها و در نتیجه حرکت خودرو را بر عهده دارد. یعنی نیروی مکانیکی تولید شده توسط پیشرانه اتومبیل را به چرخها انتقال می‌دهد. بنابراین قطعات و بخش‌های مختلف این سیستم در کنار هم ارتباط بین موتور و چرخها را برقرار می‌کنند. به عبارت دیگر می‌توان گفت هر قطعه‌ای که بین موتور و چرخها قرار دهد جزو سیستم انتقال قدرت به حساب می‌آید. قطع و وصل قدرت، تغییر توان موتور و تنظیم دور چرخها هم از جمله وظایف مهم سیستم انتقال قدرت است که در ادامه با جزئیات بیشتر به این وظایف خواهیم پرداخت.
اهمیت سیستم انتقال قدرت خودرو
اهمیت سیستم انتقال قدرت خودرو از این جهت بیشتر می‌شود که باید انتقال قدرت و توان تولیدی موتور با کمترین کاهش و هدر رفت به چرخها برسد. همچنین سیستم انتقال قدرت در واقع همزمان با انتقال توان موتور، سرعت و شتاب خودرو را کنترل می‌کند. اما این سیستم وظایف دیگری نیز بر عهده دارد که عبارتند از:
قطع و وصل قدرت: این سیستم همچنین باید بتواند عمل انتقال قدرت را در مواقع لازم قطع و وصل کند.
تغییر توان موتور: سیستم انتقال قدرت باید بتواند قدرت تولیدی موتور(توان و گشتاور) را تغییر دهد و با شرایط متفاوت رانندگی تنظیم کند. سپس این قدرت را به چرخها منتقل سازد.
تنظیم دور چرخها: چرخها نیز باید با توجه به شرایط متفاوت جاده و از نظر پیچ‌ها، ناهمواری‌ها و اصطکاک دورهای متفاوتی داشته باشند. وظیفه تنظیم این دورها بر اساس توان خروجی موتور نیز با سیستم انتقال قدرت است.
هریک از این وظایف را یکی از اجزای گیربکس برعهده دارند که در کنار هم انتقال قدرت را در خودرو به صورت کامل و بی‌نقص انجام می‌دهند. اما شرح وظایف سیستم انتقال قدرت، خود گویای اهمیت این سیستم خواهد بود. بنابراین جلوگیری از استهلاک و خرابی آن نیز در درجه بالای اهمیت در بین لیست مراقبت‌های معمول خودرو قرار دارد. شناخت اجزای سیستم انتقال قدرت و حساسیت‌های آنها به این مراقبت و رعایت نکاتی که باید کمک خواهد کرد.
اجزای سیستم انتقال قدرت
سیستم انتقال قدرت از کنار هم قرار گرفتن بخش‌ها و قطعات فراوانی در حد فاصل موتور و چرخها تشکیل می‌شود. اما این سیستم در کل دارای چند جزء اصلی است که این اجزا خود ممکن است قطعات ریز‌تر و جزئی‌تری داشته باشند. اجزای اصلی سیستم انتقال قدرت عبارتند از:
- کلاچ
- گیربکس
- گاردان
- دیفرانسیل
- پلوس
در ادامه این اجزا را به تفصیل بررسی می‌کنیم.
کلاچ؛ وظایف و انواع آن
این دستگاه که خود می‌تواند به عنوان یک سیستم جدا مورد بررسی قرار گیرد وظیفه قطع ارتباط جعبه دنده با موتور را برعهده دارد. به این ترتیب که ممکن است با وجود کار کردن موتور، درگیری بین کلاچ و جعبه دنده وجود نداشته باشد و خودرو حرکت نکند. کنترل سیستم کلاچ توسط پدال زیر پای چپ راننده امکان پذیر است. این سیستم خود از قطعات متعددی تشکیل شده است. اصلی‌ترین قطعات آن شامل این موارد می‌شوند:
∗ پوشش کلاچ
∗ صفحه کلاچ (صفحه کلاچ خیس یا روغنی، صفحه کلاچ خشک)
∗ فلایویل
∗ صفحه فشار
حتما بخوانید: معرفی سیستم تعلیق خودرو، انواع و اجزای آن
نحوه‌ی کار کلاچ به این ترتیب است که نیروی اولیه این بخش توسط فشار پای راننده به پدال تامین می‌شود و این نیرو به ترتیب به دوشاخه کلاچ، بلبرینگ کلاچ و صفحه خورشیدی دیسک کلاچ منتقل می‌شود. در نتیجه صفحه فشار دهنده به عقب رانده شده و صفحه کلاچ از فلایویل جدا می‌شود. به این ترتیب ارتباط موتور با گیربکس قطع می‌شود. برای برقراری مجدد ارتباط این عمل به صورت عکس و با رهاسازی پدال اتفاق می‌افتد. کلاچ انواع مختلفی دارد که با توجه به نوع سیستم انتقال نیرو مورد استفاده قرار می‌گیرد. نیروی وارد آمده به پدال با توجه به نوع کلاچ از طرف اهرم یا فشار هیدرولیکی به دو شاخه منتقل می‌شود. این انواع عبارتند از:
۱. کلاچ مکانیکی
۲. کلاچ الکترومغناطیسی
۳. کلاچ هیدرولیکی
۴. کلاچ گریز از مرکز
۲. گیربکس؛ وظایف و انواع آن
وظیفه تغییر نیرو (توان و گشتاور) خروجی موتور پیش از انتقال آنها به چرخها برعهده گیربکس یا جعبه دنده است. به این ترتیب که با توجه به نیاز راننده یا وضعیت جاده، دور موتور را پایین آورده و گشتاور را بالا می‌برد یا بالعکس. برای مثال در سربالایی‌ها نیاز است که دور موتور کم و گشتاور بالا برود یا در مواقعی که خودرو در سرعت و با شتاب بالا در حال حرکت است نیاز به دور موتور بالا و گشتاور کم است. جعبه دنده را می‌توان یک دستگاه پیچیده دانست که از تعداد زیادی قطعات ریز و درشت در درجه اهمیت‌ها متفاوت تشکیل شده است. اما اصلی‌ترین قطعات آن عبارتند از:
∗ شفت ورودی: خروجی کلاچ
∗ شفت خروجی: پایه قرارگیری دنده‌ها به صورت هرز
∗ برنجی: از قطعات اصلی جهت تعویض دنده
∗ کشویی: با قفل شدن روی دنده‌ها به تعویض آنها کمک می‌کند
∗ توپی: بخشی که حرکت رفت و برگشت کشویی روی آن انجام می‌شود
∗ ماهک: وظیفه انتقال حرکت دسته دنده را به کشویی دارد
∗ محور زیر: پایه قرارگیری دنده‌ها به صورت ثابت
∗ چرخ دنده‌ها: دنده‌های ۱، ۲ و ۳ دارای چرخ دنده هستند ولی دنده ۴ چرخ دنده ندارد
حتما بخوانید: آشنایی با طرز کار سیستم جرقه‌زنی خودرو و اجزای آن
گیربکس نیز انواع مختلفی دارد که با توجه به نوع سیستم انتقال قدرت نیرو استفاده خواهد شد. همچنین نحوه کار گیربکس با توجه به نوع آن تغییر خواهد کرد. انواع گیربکس به این شرح است؛
۱. گیربکس دستی (MT)
خود شامل دو نوع جعبه دنده سنکرون و غیر سنکرون می‌شود.
۲. گیربکس خودکار (AT)
در این نوع گیربکس، کلاچ جای خود را به مبدل گشتاور می‌دهد. گیربکس‌های خودکار خود یک زیر مجموعه با عنوان تیپ‌ترونیک دارند. این جعبه دنده‌ها به صورت خودکار عمل می‌کنند اما برای راننده امکان انتخاب دنده سبک یا سنگین را ایجاد می‌کنند.
۳. گیربکس نیمه خودکار (AMT)
در این نوع گیربکس، کلاچ به صورت خودکار عمل می‌کند اما کنترل دنده در دستان راننده است. این گیربکس‌ها به جعبه دنده‌های دستی بدون کلاچ یا دستی اتوماتیک شده معروف هستند. گیربکس‌های دو کلاچه، الکترو هیدرولیکی و SMG از این دسته هستند.
– گیربکس با دنده پیوسته (CVT)
این گیربکس‌ها فاقد چرخ‌دنده هستند و شتاب خودرو در آنها تا رسیدن به سرعت نهایی ثابت است. در گیربکس‌های CVT نسبت به گیربکس‌های تمام اتوماتیک افت توان کمتری را شاهد هستیم.
۳. گاردان؛ وظایف و اجزای آن
گاردان یا کاردان، در سیستم انتقال قدرت نقش رابط بین گیربکس و دیفرانسیل را به عهده دارد. در عین این ایجاد ارتباط طولی، گشتاور چرخشی گیربکس را به دیفرانسیل منتقل می‌کند. گاردان البته تنها در خودروهای دیفرانسیل عقب برای این انتقال کاربرد دارد و در خودروهای دیفرانسیل جلو که مولد نیرو و سیستم انتقال قدرت همه در جلوی اتومبیل قرار دارند کاربردی ندارد. گاردان به موازای محور طولی خودرو کشیده می‌شود. اجزای این بخش شامل سه قسمت اصلی می‌شوند که به این ترتیب است:
∗ قفل‌های گاردان: خود شامل مفصل هوک و مفصل سرعت ثابت می‌شود.
∗ میل گاردان: محور اصلی گاردان که گشتاور را منتقل می‌کند.
∗ اتصال کشویی: این اتصال وظیفه تغییر طول گاردان را در مواقع لازم بر عهده دارد.
حتما بخوانید: طرز کار دینام خودرو چگونه است؟
۴. دیفرانسیل؛ وظایف و انواع آن
تقریبا بخش انتهایی سیستم انتقال قدرت است و با تقسیم گشتاور رسیده از موتور بین دو یا چهار چرخ، آنها را به حرکت در می‌آورد. دیفرانسیل گاهی بین دو چرخ عقب، جلو و یا هردو قرار می‌گیرد که این مساله در تعیین کردن نوع سیستم انتقال قدرت نقش کلیدی دارد. دیفرانسیل همچنین وظیفه دارد که سرعت حرکت چرخها را در شرایط مختلف تنظیم کند و این سرعت در شرایط مختلف در بین چرخها به میزان مناسب تقسیم شود. به این ترتیب که هر چرخ میزان لازم از گشتاور را دریافت کرده و دور مناسب خود را داشته باشد. برای مثال هنگام عبور از پیچ‌ها، برای جلوگیری از چپ شدن خودرو، هر چرخ باید سرعت لازم خود را داشته باشد. دیفرانسیل نیز مانند دیگر بخش‌های سیستم انتقال قدرت خود دارای اجزا و قطعات ریز و درشت است. مهم‌ترین آنها شمال این موارد می‌شود:
∗ هوزینگ
∗ واشر مسی
∗ دنده پلوس
∗ هرزگرد
∗ کرانویل
دیفرانسیل نیز دارای انواع مختلفی است که بسته به نوع سیستم انتقال قدرت مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین کمپانی‌های مختلف براساس عملکرد خودروی خود از این انواع بهره می‌برند.
حتما بخوانید: علل استارت نخوردن ماشین و نحوه برطرف کردن آن
۱. دیفرانسیل باز
گشتاور خروجی موتور و منتقل شده از جعبه دنده را در دو جهت با توان چرخش مختلف تقسیم می‌کند اما قدرت تنظیم گشتاور را ندارد. معایب این نوع دیفرانسیل با کمک سیستم ترمز ESP برطرف می‌شود.
۲. دیفرانسیل لغزش محدود کلاچی
این سیستم تعدادی کلاچ مخصوص خود را دارد که سرعت چرخها را در شرایط مختلف تنظیم می‌کنند.
۳. کوپلینگ ویسکوز
بیشتر در خودروهای چهار چرخ متحرک استفاده می‌شود و معمولا بین محور عقب و جلو قرار دارد.
۴. دیفرانسیل قفل شدنی
نوعی سیستم هیدرولیکی الکتریکی است در مسیرهای خاکی عملکرد مناسبی دارد.
۵. پلوس؛ وظایف و قطعات آن
مرحله نهایی انتقال نیروی موتور به چرخها از طریق پلوس صورت می‌گیرد. پلوس میله‌ای است که بین دیفرانسیل و چرخها قرار گرفته و ضمن اتصال آنها انتقال نیروی چرخشی رسیده به دیفرانسیل را به چرخها برعهده دارد. این میله در دو سمت دیفرانسیل و برای برقراری ارتباط با هر چرخ به صورت جداگانه تعبیه می‌شود. انتقال انرژی چرخشی به چرخها پیشتر توسط ساچمه‌هایی که در سر پلوس طراحی می‌شد صورت می‌گرفت. اما امروزه یک سه شاخه جای آن ساچمه‌های قدیمی را گرفته است. استفاده از این سه شاخه‌ها ضریب انتقال نیرو را بالاتر برده و هدررفت آن را کاهش داده است.
در کنار پلوس قطعه‌ای به نام پلوس خلاص‌کن قرار دارد که درصورت غیر فعال بودن سیستم انتقال قدرت این قطعه را از محل اتصالش به چرخها آزاد می‌کند و با فعالیت مجدد، سیستم پلوس را به محل مورد نظر قفل می‌سازد. استفاده از پلوس خلاص کن به منظور کاهش استهلاک این قطعه است. در خودروهای تمام چرخ محرک(AWD) که در ادامه به آنها خواهیم پرداخت از پلوس خلاص کن استفاده نمی‌شود. پلوس در بخش اتصال به چرخها فرمی متحرک و مفصل گونه دارد و از قطعات با استهلاک بالای سیستم انتقال نیرو و به طور کلی خودرو محسوب می‌شود. قطعات پلوس عبارتند از:
∗ سر پلوس
مفصل ابتدایی پلوس است که حرکت چرخشی آن را هنگام عبور از پیچ‌ها ممکن می‌سازد.
∗ مشعلی پلوس
سه شاخه پلوس را در خود جای می‌دهد.
∗ گردگیر پلوس
از ورود گرد و خاک به سر پلوس جلوگیری می‌کند. از آنجا که پلوس در قسمتی قرار دارد که نفوذ گرد و خاک به داخل آن بسیار زیاد است و این گرد و خاک در عملکرد صحیحش تاثیر بسزایی دارد باید در سرویس‌های دورهای خودرو سلامت این قطعه لاستیکی مورد بررسی قرار گیرد تا از خرابی احتمالی سرپلوس جلوگیری شود.
∗ سه شاخه پلوس
سه شاخه که با چرخها درگیر است و موجب چرخش آنها می‌شود در صورت خرابی در خودروی در حال حرکت ایجاد لرزش می‌کند. سه شاخه پلوس امکان حرکت طولی آن را در زمان عبور خودرو از ناهمواری‌ها را نیز فراهم می‌کند.
∗ میل پلوس
میله‌ای که بین دو سر پلوس قرار دارد و انعطاف لازم را در این قطعه ایجاد می‌کند.
پلوس هم انواع مختلفی دارد که بنابر نوع سیستم انتقال قدرت و محل استفاده آنها تغییر می‌کند. به این ترتیب که پلوس مورد استفاده در سمت چپ یا راست خودرو با یکدیگر تفاوت دارند.
انواع سیستم انتقال قدرت
با توجه به وظایف سیستم انتقال قدرت، نیاز به تنوع در این سیستم با توجه به کارایی خودرو احساس می‌شد. بنابراین در این سیستم نیز مانند دیگر سیستمهای اصلی تشکیل دهنده خودروهای مدرن، تغییرات بسیاری در طول تاریخ ساخت آنها اعمال و تنوع‌هایی بر حسب کارایی‌شان ایجاد شده است. نتیجه این تلاش‌ها وجود ۴ نوع سیستم انتقال قدرت است که امروزه استفاده از آنها در صنعت خودروسازی رواج دارد. اکنون به بررسی این چهار نوع سیستم انتقال نیرو می‌پردازیم؛
۱. سیستم انتقال قدرت محرک جلو (FWD)
در این سیستم تمام توان خروجی موتور به چرخ‌های جلو منتقل می‌شود. بر همین اساس همه بخش‌های سیستم انتقال خودرو نیز در بخش جلوی خودرو تعبیه شده‌اند. در این سیستم گاردان کارایی ندارد و از سیستم انتقال قدرت حذف می‌شود.
این سیستم که رایج‌ترین نوع انتقال قدرت در سدان‌ها، هاچ‌بک‌ها، شاسی‌بلندهای مینی و به طور کلی خودروهای کوچک و میان‌سایز شهری است، فضای کابین کمتر مورد اشغال سیستم انتقال قدرت قرار می‌گیرد. خودروهایی که از این سیستم برای به حرکت در آوردن چرخ‌های محور جلوی خود استفاده می‌کنند اصطلاحا دیفرانسیل جلو گفته می‌شود. سیستم انتقال قدرت در خودروهای دیفرانسیل جلو به صورت عمودی زیر کاپوت و در کنار موتور جای می‌گیرد. هنوز هم بسیاری از خودروها موجود در خیابان‌ها همین سیستم را دارند.
۲. سیستم انتقال قدرت محرک عقب (RWD)
در این سیستم توان موتور که به صورت انرژی چرخشی در آمده است به چرخ‌های عقب خودرو منتقل می‌شود. این توان توسط گاردان که از یک سو به جعبه دنده و از سوی دیگر به دیفرانسیل متصل است صورت می‌گیرد. این سیستم در کنار موتور، به صورت موازی با محور طولی خودرو، زیر آن جای می‌گیرد. امروزه استفاده از این سیستم به دلیل هزینه بیشتر تولید در خودروهای شهری چندان رایج نیست. این سیستم که در اصطلاحات خودرویی به دیفرانسیل عقب موسوم است قابلیت فرمان‌پذیری خودرو را بالاتر می‌برد اما به دلیل فرم و محل قرارگیری سیستم، فضای داخلی کابین در صورت به کارگیری آن کوچک‌تر شده و همچنین مصرف سوخت بالاتر می‌رود.
۳. سیستم انتقال قدرت چهار چرخ متحرک (۴WD)
این سیستم که در اصطلاح عامیانه دو دیفرانسیل خوانده می‌شود در خودروهای آفرودی کاربرد فراوان دارد و در آن سیستم انتقال قدرت، توان خروجی موتور را به هر ۴چرخ خودرو منتقل می‌کند. در این سیستم از دو جعبه دنده مجزا و دو دیفرانسیل استفاده می‌شود با این قابلیت که توانایی استفاده از هر دیفرانسیل به تنهایی و هر دو همزمان برای خودرو محفوظ است. یعنی تصمیم با خود راننده است که قدرت موتور به هر چهار چرخ منتقل شود یا به دو چرخ.
این سیستم کنترل خودرو را در شرایط سخت جاده به دلیل انتقال و توزیع توان موتور بین چهار چرخ و ایجاد نیروی کشش لازم در آنها، بسیار ساده و راحت می‌کند. به همین دلیل این سیستم در خودروهای نظامی مانند جیپ مورد استفاده بیشتری دارد. لازم به ذکر است حالت چهار چرخ متحرک در این خودروها فقط در سرعت‌های پایین فعال است و در سرعت‌های بالا، به دلیل انحراف خودرو با حرکت چرخ‌های عقب، گشتاور تنها به چرخ‌های جلو منتقل می‌شود.
حتما بخوانید: آشنایی با سیستم اگزوز و عملکرد آن
۴. سیستم انتقال قدرت تمام چرخ محرک(AWD)
این سیستم که مانند سیستمهای دو دیفرانسیل، توان خودرو را به هر چهار چرخ منتقل می‌کنند به روزتر و مدرن‌تر از آن است اما پیچیده‌تر. عملکرد ۴WD و AWD یکسان است اما تفاوت آنها در این است که سیستم تمام چرخ متحرک همیشه برای خودرو فعال است و امکان استفاده از حالت‌های دیفرانسیل جلو و دیفرانسیل عقب به صورت مجزا در آنها وجود ندارد.
این سیستم دو نوع مکانیکی و الکترونیکی دارد که در مدل الکترونیکی از سه دیفرانسیل برای انتقال قدرت به چرخها استفاده می‌شود. در این سیستم کامپیوتر خودرو، میزان گشتاور لازم برای چرخ‌های مختلف را مشخص کرده و سپس این نیرو توسط دیفرانسیل‌ها به هر چرخ منتقل می‌شود. بنابراین معضل انحراف و کنترل خودرو در سرعت‌های بالا از بین می‌رود. اتومبیل‌های مدرن امروزی از همین سیستم انتقال قدرت استفاده می‌کنند.