برای كنترل جهت حركت خودرو به صورت مطلوب و پايدار از سیستم فرمان استفاده می‌شود .جهت دستيابی به اين امر مهم ، مطابق شكل (1)، خودرو بايد حول يك مركز آنی دوران، دوران نمايد .
شكل 1-مركز آنی دوران خودرو و اصل آكرمان
چنانچه روابط رياضی حاكم بر شكل (1) نوشته شود ، قانون آكرمان[1] مطابق رابطه (1-4) استخراج می شود . [1] Ackermann
با توجه به شكل (1) و رابطه (1-4) ، ملاحظه می شود كه در زوايای سیستم فرمان زياد و به جهت پايدار حركت كردن خودرو روی مسيرهای منحنی ، زاويه گردش چرخ داخل پيچ ( دلتا i) بيشتر از زاويه گردش چرخ خارج پيچ دلتا A,O مي باشد .
رابطه آكرمان اصلی ترين معيار طراحی مكانيزم سیستم فرمان می باشد و منجر به طراحی و ساخت دو نوع مختلف از مكانيزم فرمان مطابق شكل های (2) و (3) می شود.
1-میله واسط فرمان (ميل فرمان بلند) 2-مفصل بازوي هرزگرد 3-بازوي هرزگرد4-ميله قابل تنظيم سیستم فرمان(ميل فرمان كوتاه) 5-غربيلك فرمان 6-ستون فرمان 7-جعبه فرمان 8-بازوی هزارخار يا Pitman 9-طبق 10-بازوي فرمان Knuckle Arm ( شغالدست ) 11-محور گردش چرخ (king pin)
شكل 2- مكانيزم سیستم فرمان با استفاده از جعبه فرمان ساچمه درگردش
با توجه به شكل (2-4) ، از جعبه دنده نوع ساچمه در گردش[1] استفاده شده است ، كه تقريبا بهترين نوع جعبه فرمان مي باشد . مكانيزم استفاده شده در سيستم فرمان نيز داراي ميله ها و مفاصل زياد بوده بنابراين داراي عملكرد بسيار مطلوبي مي باشد و پايداري خودرو با اين نوع مكانيزم فرمان بسيار مطلوب و مورد قبول مي باشد . اين مكانيزم در خودرو های پيكان ، شولت ، نيسان وانت ، مزدا وانت و با كمي تغييرات در تمامي كاميون ها و اتوبوس ها استفاده شده است . [1] Recirculating Ball
1- غربيلك فرمان 2- ستون فرمان 3- مفصل چهار شاخه اي بالايي 4- شفت فرمان 5- مفصل چهار شاخه ای پايينی 6- شفت پينيون 7- چرخ دنده شانه اي[1] 8- پوسته جعبه فرمان 9- ميله قابل تنظيم فرمان 10- محل اتصال جعبه فرمان به بدنه خودرو 11- بازوی فرمان (شغالدست) 12- طبق 13- محور گردش چرخ 14-محور چرخ (سگدست) (Knuckle Arm)
شكل 3- مكانيزم سيستم فرمان با استفاده از جعبه فرمان چرخ دنده شانه‌اي (Rack and pinion)
با توجه به شكل (3) ، كه از جعبه فرمان شانه ای استفاده شده است ، ملاحظه مي گردد كه عضو شانه اي به عنوان يكي از ميله هاي مكانيزم فرمان عمل كرده و بنابراين مكانيزم ساده تر و ارزان تر شده ، ضمن آنكه فضاي زيادي نيز اشغال نمي كند . از اينرو در خودروهاي امروزي اين مكانيزم به صورت فراگيري در خودروهاي مختلف مانند پرايد ، پژو ، زانتيا و … استفاده شده است .
شکل (4) ساختمان داخلی جعبه فرمان ساچمه در گردش را نشان می‌دهد.
1- ساچمه 2- لوله هاي برگشت ساچمه ها 3- خار حلقوي 4- كاسه نمد 5- مهره قفلی 6- مهره تنظيم 7- بلبرينگ یا ياتاقان های مارپيچ 8- پيچ تنظيم 9- دنده هاي مخروطی تاج خروسی 10- مارپيچ 11- مهره به صورت چرخ دنده شانه اي ( قرقری) 12- تاج خروسی 13- شفت Pitman -14 ياتاقان غلتكی سوزني 15- كاسه نمد 16- بازوی Pitman
شكل 4- ساختار جعبه فرمان ساچمه در گردش
مطابق شكل (4) ، با دوران غربيلك فرمان توسط راننده ، مارپيچ فرمان دوران نموده و از آنجايي كه توانايی حركت محوري ندارد ، كل حركت خود از طريق ساچمه ها (10) به مهرة (11) منتقل مي‌کند . از آنجايي كه مهره توانايی چرخش ندارد، با دريافت حركت دوراني از مارپیچ ، مهره فقط حركت خطي مي كند . حركت خطي مهره از طريق دندانه‌هاي ايجاد شده برروي سطح خارجي مهره (9) به شفت (Pitman ) (13) منتقل مي شود . شفت (Pitman) (13) دوران كرده و حركت دوراني خود را به بازوی هزارخار يا بازوی (pitman) (16) داده و از آنجا نيرو و جابجايي به مكانيزم فرمان اعمال شده و باعث دوران چرخ ها مي‌گردد .
در اين جعبه فرمان با استفاده از ساچمه بين مارپيچ و مهره ، نيروي اصطكاك به حداقل ممكن رسيده و بازده جعبه فرمان افزايش مي يابد . همانگونه كه ذكر شد ، اين جعبه فرمان يكی از بهترين جعبه فرمان های مورد استفاده در خودروهای سواری و تجاری[1](كاميون ، اتوبوس و …) می باشد .
شکل (5) ساختمان داخلی جعبه فرمان ساچمه در گردش را نشان می دهد . [1] Commercial vehicle
1- محفظه يا هوزينگ شانه اي 2- محل اتصال جعبه فرمان به بدنه خودرو 3- هوزينگ پينيون 4- پينيون 5- شانه ای 6- تكيه گاه قابل تنظيم براي كنترل لقي بين پينيون و شانه ای 7- گردگير 8- فنر 9- نشيمنگاه كروی 10-مفصل كروی 11- هوزينگ و مهره مفصل كروی 12- فنر 13- شيم يا واشر با ضخامت های متفاوت جهت كنترل لقی بين پينيون و شانه اي 14-درپوش 15- ميله قابل تنظيم فرمان 16- ياتاقان شانه ای از نوع بوش 17- مجراي عبور هوا 18- انتهای ديگر محفظه يا هوزينگ
شكل5- ساختمان جعبه فرمان چرخ دنده شانه ای
با توجه به شكل (5) ، با دوران غربيلك فرمان ، پينيون (4) دوران كرده و بنابراين چرخ دنده شانه‌ای (5) حركت خطي به سمت چپ و راست انجام مي دهد . حركت خطي شانه اي از طريق ميله هاي قابل تنظيم فرمان (15) به بازوي فرمان ( شغالدست ) و از آنجا به محور چرخ (سگدست) منتقل شده و چرخها به سمت چپ و راست دوران مي‌كنند .
اين نوع جعبه فرمان بسيار ساده و ارزان قيمت بوده و فضای كمی را اشغال مي كند ، از اينرو برای خودروهای محرك جلو كه موتور نيز به صورت عرضي نصب شده است و با محدوديت فضای محفظه موتور وجود دارد ، بسيار مناسب مي باشد . از اين رو در اكثر خودروهای امروزی ، از این نوع جعبه فرمان استفاده می شود .
سیستم فرمان(بخش دوم)
نویسنده صیاد نصیری
گروه فنی مهندسی اِیمِگ
