سيستم انتقال قدرت اتوماتيك cvt

[Asghar2000]

چون دستيابي به يک سيستم انتقال نرم و بدون صدا با استفاده ازجعبه دنده هاي دستي مرسوم که در بالا اشاره شد،امکان پذير نمي باشد،بنابراين در جعبه دنده هاي اتوماتيک نيز همانند آنچه قبلاً براي اوردرايو گفته شداز سيستم چرخدنده خورشيدياستفاده مي شود. علاوه بر آن، اين نوع سيستم جعبهدنده اي مزاياي زيادي دارد:

1 تمام اعضا مجموعه خورشيدي برروي يک محور اصليقرار دارند و در نتيجه همه آنها در يک مجموعه قرار گرفته اند.

2- دنده هايخورشيدي هميشه بطور ثابت با هم در گير مي باشند و امکان حذف دنده و يا شکستن و سروصدا کمتر وجود دارد و همچنين تعويض دنده، سريع و بطور خودکار و بدون افتقدرت انجام مي گردد.

3- دنده هاي خورشيدي نسبت به جعبه دنده هاي استانداردمي توانند سخت تر و قويتر باشند و بارهاي گشتاوري را بطور سريع منتقلنمايند و داراي حجم کمتري باشند. به اين دليل که گشتاور از ميان دنده هايسياره اي عبور مي نمايند و نيرو بين چند دنده سياره ايتقسيم مي گردد، قدرتانتقال افزايش مي يابد.

4- موقعيت اعضا مجموعه سياره اي براي نگهداشتن يادرگيري و قفل نمودن آنها با يکديگر براي تعويض دنده ها نسبت به هم رابطه سادهاي دارند.

در جعبه دنده هاي اتوماتيک حتماً بايد از کلاچ هيدروليکيو مبدل گشتاور بجاي کلاچ اصطکاکي استفاده کرد. ساختمان و نحوه عمل اينمبدلها در قسمت کلاچها توضيح داده شد.

اغلب اين جعبه دنده هايخودکار سه يا چهار دنده براي حرکت رو به جلو دارند. اين جعبه دنده ها در وضعيتهايپارک، خلاص و دنده عقبنيز قرار مي گيرند. در اين خودروها دنده چهارمعمولاً اوردرايو است. در بعضي از جعبه دنده هاي خودکار که شش دنده اند، دنده پنجاوردرايو است. خودروهايي که جعبه دنده خودکار دارند، معمولاً با دنده يک بهراه مي افتند. سپس جعبه دنده به دنده هاي دو، سه و چهارمي رود. تعويض دندهها و قفل شدن مبدل گشتاور بدون کمک راننده انجام مي شود. با افزايش سرعت خودرو،دنده ها تعويض مي شود وبار موتور کاهش مي يابد. راننده براي کاهش سرعتخودرو و متوقف کردن آن پايش را از روي پدال گاز برمي دارد و در صورت نياز ترمز ميگيرد. در اين حالت جعبه دنده مبدل گشتاور را خلاص مي کند و به صورت خودکاردنده معکوس مي رود؛ هنگامي که خودرو متوقف ميشود، جعبه دنده در دنده يکاست. در اين حالت به کلاچي که با پا بکار مي افتد نيازي نيست. بکسواد کردن مبدلگشتاور اين امکان رامي دهد که حتي حين درگيري جعبه دنده نيز موتور درجاکار کند.
شکل کلي نمونه اي از اين جعبه دنده ها را در پايين مشاهده مي کنيد. همانطور که ملاحظه ميشود براي دستيابي به دنده موردنظر بايد تعدادياز دنده هاي خورشيدي، پينيونها، بازوها يا رينگها ثابت يا بهم قفل شوند. براي بوجودآمدن اين شرايط، يکسري عملگر (مانند کلاچهاي يکطرفه، بستهاي قفل کننده وکلاچهاي چند صفحه اي) وجود دارد که با قفل شدن يا آزاد شدن هريک از آنها توسطسيستم کنترلي، تعدادي از دنده ها قفل شده و اتومبيل در دنده مورد نظر قرارمي گيرد.
در شکل2-15 نمونه اي از اين گيربکسهاي اتوماتيک بهمراه عملگرهاي آنرا مشاهده مي کنيد. بعنوان مثال براي قرار گرفتن گيربکس دردنده يک، بايدکلاچهاي DC و FC و همچنين کلاچ يکطرفه OWC قفل شوند. براي ديگر دنده ها نيز به همينترتيب عملگرهاي ديگر عملمي کنند.



شکل2-15شکل شماتيکي ازگيربکسهاي اتوماتيک بهمراه عملگرهایآن

سيستم کنترل هيدروليکي جعبه دندهاتوماتيک

سيستم هيدروليکي، سيال تحت فشارلازم براي بکار انداختن جعبه دنده خودکار را تامين مي کند. کلاً سيستم هيدروليکيکارهاي زير را انجام مي دهد:
سيال را به مبدل گشتاور ميرساند.
سيال تحت فشار را بسوي پمپ بست قفل کننده و کلاچهاي چند صفحه ايهدايت مي کند.
قطعات داخلي را روغنکاري مي کند.
مبدل گشتاور و سايرقطعات را خنک مي کند.
همانطور که ديديم عمل تعويض دنده يا تغيير کارکردعملگرها در اين نوع جعبه دنده ها به صورت خودکار و بدون دخالت راننده انجام ميپذيرد. جهت نيل به اين مقصود بايد اطلاعاتي از وضعيت حال حاضر خودرو دردسترس باشد، تا سيستم کنترلي بتواند بر اساس ايناطلاعات تصميم گيري نمايد. اين اطلاعات که در واقع زمان تعويض دنده را مشخص مي کنند از سه طريق بدست مي آيند :

دور خروجي جعبه دنده
دور موتور
بار موتور (ميزانگشودگي دريچه گاز(

هر کدام از اين عوامل فشارهاي متغيري رادر مسيرهيدروليکي سيستم کنترلي ايجاد مي کنند که در نتيجه تاثير اين فشارها بررويشيرهاي هيدروليکي در سر راه و نهايتاً برروي بستهاي قفل کننده و کلاچهايچند صفحه اي و تغيير وضعيت هر يک از آنها، مي تواند دندهخودرو عوض شود.

در شکل 2-16 شماي کلي از اين سيستم کنترل را بهمراه اجزاي عمل کننده آنمشاهده مي کنيد.


شکل2-16 اجزاي سيستم کنترل در ارتباط با يکديگر و نحوه عملعملگرها

بست قفل کننده (band brake)

بست قفل کننده در واقع کفشک ترمزي است که دور يککاسه کلاچ فلزي مي پيچد. بست قفل کنده با ماده اي از جنسلنت ترمز پوشانيدهمي شود. وقتي اين بست روي کاسه کلاچ فشرده مي شود، کاسه کلاچ و چرخدنده خورشيدي ازچرخش باز ميايستند و ثابت مي شوند. يک سر بست قفل کننده به پوسته جعبهدنده متصل است و سر ديگر آن با يک پمپ در ارتباط است. شکل217-
پمپ وسيلهاي در سيستم هيدروليک است که فشار هيدروليکي را به حرکت مکانيکي تبديل مي کند. وقتيفشار هيدروليکي سيالتحت فشار به پشت پيستون پمپ هدايت مي شود، پيستون بهحرکت در مي آيد. پيستون بر نيروي فنر پمپ غلبه کرده و به ضامنبست، فشاروارد مي آورد. در نتيجه بست قفل کننده به کار مي افتد. جهت آزاد کردن بست نيز فشارروغن از پشت پيستون برداشته ميشود


شکل2-17 بست قفل کننده

کلاچ چند صفحهاي (multiple clutch)

اين کلاچ که شاملچند صفحه کلاچ مي باشد در داخل کاسه کلاچ قرار دارد. اين صفحه ها يک در ميان فولاديو اصطکاکياند. صفحه هاي فولادي لختند اما هر دو طرف صفحه هاي اصطکاکي لنتکوبي شده اند. صفحه هاي فولادي با هزارخاربه کاسه کلاچمتصلند. صفحه هايلنت کوبي شده با هزارخار به يک توپي در کلاچ متصلند تا مجموعه چرخدنده سياره اي راکنترل کند. (شکل2-18(
براي درگير کردن کلاچ، فشار روغن به پشت پيستون کلاچهدايت مي شود، در نتيجه پيستون به حرکت در مي آيد و صفحه ها را به همميفشارد. صفحه ها چرخدنده خورشيدي را به بازو قفل مي کنند. در اين حالت مجموعهچرخدنده سياره اي بصورت واحدي يکپارچه ميچرخد.



شکل2-18کلاچ چند صفحه اي

گاورنر

گاورنر وسيله اي حساس به سرعت است که فشار هيدروليکي را متناسببا سرعت محور خروجي تغيير مي دهد. فشارگاورنر تعويض دنده را متناسب باسرعت خودرو کنترل مي کند. گاورنر حرکت خود را از محور خروجي جعبه دنده مي گيرد. فشار لوله اصليتوسط پمپ به گاورنر مي رسد. وقتي محور خ آهسته مي چرخد،نيروي گريز از مرکز تاثير اندکي بر وزنه هاي گاورنر دارد. در اين
حالتگاورنر فشار مختصري را به يکطرف شير راه دهنده وارد مي کند. با افزايش سرعت محورخروجي و خودرو، وزنه ها به طرف خارجمتمايل مي شوند. در نتيجه شير گاورنربيشتر باز شده و فشار گاورنر افزايش مي يابد.

سيستم انتقال قدرت پيوسته متغير (CVT)
ايده استفاده از سيستمهاي انتقال قدرت پيوسته متغير از سالهاقبل مطرح شده بود ولي تنها در چند سال اخير سازندگاناتومبيل به آن روآورده اند. بر خلاف سيستم هاي انتقال متداول دستي اتوماتيک درCVT ، نسبت دندههاي مجزا با نسبتهاي قابلتنظيم پيوسته جايگزين مي شود. سيستم CVT مي تواندبه طور ثابت نسبت دنده خود را براي بهبود راندمان موتور و ايجاد يک منحني

گشتاور- سرعت مناسب تغيير دهد. اين ويژگي باعث بهبود مصرف سوخت و نيز شتابگيري در مقايسه با سيستم هاي انتقال قدرتمتداول مي شود.
علي رغماينکه يک دهه است که سيستم CVT در اتومبيلها استفاده مي شود، ولي محدود بودن گشتاورو پايين بودن قابليت اطمينانآنها بکارگيري اين سيستم را محدود کرده است.

انواع CVT

اصولاً CVT ها سه جز اساسي دارند :

يک تسمه لاستيکي يافلزي با توان کششي بالا
يک قرقره متغير ورودي
يک قرقره متغيرخروجي

CVT ها همچنين ريزپردازنده ها و سنسورهايي نيز دارند اما اجزاي اصلي وکليدي آنها همان سه مورد بالا مي باشد. امروزه تحقيقاتزيادي بر روي انواعگوناگوني از سيستمهاي انتقال قدرت پيوسته متغير انجام شده که برخي از آنها عبارتنداز : CVT نوع تسمه فشاري ،
CVTنوعtoroidal يا محرک کششي ،CVT نوع تسمه ايالاستومر با قطر متغير ، CVT با هندسه متغير و CVT نوع محرک کششيانحرافي وانواع ديگري که تحقيقات روي آنها ادامه دارد.

CVT نوع تسمه فشاري

در اين نوع که پر کاربردترين نوع از سيستمهاي CVT است، يک تسمهتوان را بين دو قرقره مخروطي که يکي ثابت و ديگريمتحرک است منتقل مي کند. هر قرقره از دو مخروط با زوايايي حدود 20 درجه تشکيل مي شود که يک تسمه V شکل نيزروي شيار بيندو قرقره سوار مي شود. بسته به فاصله بين مخروطهاي هر قرقرهمقدار دور تسمه روي هر قرقره مشخص مي شود. (شکل2-19) چنانچه
دو مخروط به همنزديک باشند، قطر حلقه تسمه روي آن قرقره زياد و اگر خوا از هم دور شوند، قطرحلقه کم مي شود. وقتي قطر يکقرقره افزايش مي يابد، قطر طرف ديگر کاهش مييابد تا سفتي تسمه حفظ شود. جهت اعمال نيروي لازم براي تنظيم فاصله بينمخروطهاي هر قرقره مي توان از فشار هيدروليک، نيروي گريز از مرکز يا فنرهايکششي استفاده کرد.


شکل2-19 CVT نوع تسمه فشاري

همانطور که ديديم به صورت تئوري و با استفاده از اين روشبينهايت نسبت انتقال مي توان ساخت. در واقع مي توان گفتشايد بهترين گزينهبراي سيستم انتقال قدرت همين CVT باشد. اما بايد توجه داشت که تسمه مي تواند بلغزديا کش بيايد که اين خودسبب افت راندمان مي گردد. اما با استفاده از موادجديد در ساخت تسمه ها اين افت را حتي الامکان کاهش داده اند. يکي از مهمترينپيشرفتها در اين زمينه استفاده از تسمه هاي فولادي است. (شکل2-20) اين تسمههاي انعطاف پذير از چندين نوار باريک فلزي (بين 9(12-که بصورت محکمي رويهم قرار گرفته اند تشکيل شده است. اين تسمه هاي فلزي نمي لغزند و دوام بالايي دارندو امکان انتقالگشتاورهاي بزرگتري با استفاده از آنها وجود دارد. اين تسمهها همچنين کم سروصدا تر از تسمه هاي لاستيکي کار مي کنند.


شکل2-20 مدلي از تسمه هاي فولادي مورد استفاده در CVT نوع تسمهفشاري

در اين نوع CVT يک سنسور، خروجي موتوررا حس کرده و سپس يک مدار برقي فاصله بين قرقره ها و در نتيجه کششتسمه راافزايش يا کاهش مي دهد. تغيير پيوسته فاصله بين قرقره ها مشابه عمل تعويض دنده ميباشد.

CVT نوعtoroidal يا محرککششي

در اين نوع ازCVT قرقره ها و تسمه هاتوسط ديسکها و غلتکهاي انتقال قدرت جايگزين مي شوند. اگرچه اين سيستم کاملاًمتفاوت از سيستم قبل بنظر مي آيد، ولي همه اجزا آن قابل مقايسه با CVT ازنوع تسمه فشاري مي باشد. به اين صورت که :يک ديسک به موتور متصل است که درواقع معادل قرقره محرک است.ديسک ديگر به شفت متحرک متصل است که معادل قرقرهمتحرک است. غلتکها نيز بين ديسکها عمل مي کنند، همانند تسمه که در شيار بينقرقره ها قرار دارد.غلتکها در امتداد دو محور مي چرخند. آنها حول محور افقيگردش مي کنند و حول محور عمودي کج مي شوند که اين امر سبب مي شودکه غلتکهابا ديسک در سطوح مختلف تماس پيدا کنند و همين سبب ايجاد نسبتهاي انتقال گوناگون ميشود. مثلاً هنگاميکه يکي از لبههاي غلتکها با نقطه با قر کم دسک محرک درتماس باشد، لبه ديگر غلتکها بايستي نقطه با قطر زياد ديسک متحرک را لمس مي کند؛
که نتيجه آن کاهش در سرعت و افزايش گشتاور است و برعکس. شکل2-21




شکل2-21 CVT نوعtoroidal يا محرک کششي در حالتهای مختلف ازانتقال قدرت

CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطرمتغير

در اين نوع CVT ، از يک تسمه مسطحو انعطاف پذير که روي تکيه گاههاي متحرک قرار گرفته استفاده مي شود. اين تکيهگاهها مي توانند شعاع را تغيير داده و در نتيجه نسبت انتقال نيرو را عوضکنند. (شکل2-22) با اين وجود، در نسبتهاي دنده بالا تکيهگاهها جدا شده ويک مسير ناپيوسته دنده را ايجاد مي کنند که منجر به مشکلاتي نظير خزش و لغزش ميگردد.





شکل2-22 CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطر متغير

انواع ديگر CVT

انواعديگري از CVT نيز وجود دارد، ولي کاربرد آنها به اندازه نوع فشاري و Toroidal گسترشنيافته است. در نوع محرککششي انحرافي از يک محور مخروطي و لولا براي تعويضدنده در CVT استفاده مي شود و يا برعکس. به اين ترتيب يک نسبت دندهپيوستهايجاد مي شود.

در CVT با هندسه متغير از چرخ دنده هاي خورشيدي قابل تنظيمبراي تغيير نسبت دنده ها استفاده مي گردد. اين نوع CVT بيشتر شبيهCVTهايمتداول و سيستم انتقال قدرت معمولي قابل انعطاف مي باشد.

مزاياي CVT

رانندگاناغلب با تعويض نرم دنده مواجه نيستند، ولي در سيستم CVT عمل تغيير نسبت انتقال بهنرمي صورت مي گيرد،بنحوي که راننده يا مسافران تنها شتاب گرفتن اتومبيل رااحساس مي کنند. از نظر تئوري،CVT باعث خرابي کمتر موتور و انتقال مطمئنترتوان خواهد شد، در حاليکه تعويض سريع دنده و دنده هاي مجزا باعث مي شود که موتور درسرعتي غير از سرعت بهينه کار کند. علاوه

بر اين سيستم CVT راندمان و عملکردبهتري دارد. در شکل2-23 راندمان انتقال توان يک گيربکس پنج سرعته (درصد توان منتقلشدهموتور توسط سيستم انتقال) آورده شده است. راندمان متوسط اين گيربکس 86درصد و راندمان ط يک گيربکس دستي 97 درصدمي باشد. در شکل2-24 نيزمحدوده راندمان چند نوع سيستم CVT جهت مقايسه با راندمان گيربکس آورده شدهاست.



شکل2-23


شکل2-24 محدوده راندمان چند نوع سيستم CVT

مشاهده مي شود که راندمان سيستم هاي CVT نسبت به گيربکسهاياتوماتيک بهتر است. علاوه بر اين به دليل اينکهسيستمهاي CVT اين امکان رابراي موتور فراهم مي کنند که بتوانند صرف نظر از سرعت خودرو در نقطه طراحي کارکنند، مصرف سوختاتومبيل نيز کاهش يافته و در نقطه بهينه قرار مي گيرد. آزمايشات نشان مي دهد که مصرف سوخت با استفاده از CVT ، 10 درصد کمتر از
مصرف سوخت با استفاده از يک گيربکس چهار سرعته اتوماتيک مي باشد.

معايب CVT
توسعه سيستم هاي CVT به دلايل مختلفي کند بوده است. از جملهاينکه به دليل عملکرد مطلوب گيربکسهاي دستي واتوماتيک و کاهش مصرف سوخت بااستفاده از آنها نيازي به سيستم هاي CVT احساس نمي شد. يکي از معايب اصلي مدلهاياوليهCVT ، لغزش بين تسمه و غلت آنها بود، زيرا فاقد دندانه بوده و نميتوانستند يک اتصال مکانيکي صلب را ايجاد کنند. محرکهاياصطکاکي معمولاً درمعرض لغزش هستند، مخصوصاً در گشتاورهاي بزرگ. در مدلهايي از CVT که در سالهاي 1950و 1960 استفاده ميشد، موتورها براي جبران لغزش، در دورهاي بالاتري کار ميکردند، به خصوص هنگام شتاب گيري از حالت سکون و گشتاور ماکزيمم. يکياز راهحلهاي ساده براي اين مشکل، استفاده از CVT در اتومبيلهايي است که موتور آنها گشتاورکمي توليد مي کنند. شايد بيشتر از هر
علتي، هزينه اين نوع سيستمها مانع ازرشد و توسعه آنها شده است.

منبع : http://sayeboon.ir/forum/index.php?topic=692.0