انتقال قدرت پيوسته (CVT)
- توضیحات
- دسته: مجموعه شماره 2
- منتشر شده در دوشنبه, 18 دی 1391 21:54
- نوشته شده توسط Mehdi Jahanbakhsh
انتقال قدرت پيوسته (CVT)
نويسنده : مهران قنبري
انتقال قدرت پيوسته (CVT) كه لئوناردو داوينچي 500 سال پيش انديشه‌اش را در سر داشت، در حال حاضر جاي انتقال قدرت اتوماتيك را در برخي خودروها گرفته است.
از اولين CVT كه در 1886 ثبت شد تاكنون، تكنولوژي آن بهبود بسياري پيدا كرده و امروزه چندين خودروساز بزرگ از جمله جنرال‌موتورز، آئودي، هوندا و نيسان، در حال طراحي و توسعه CVTهاي خود هستند.
|
|
اگر درباره ساختار و طرز كار انتقال قدرت اتوماتيك اطلاعاتي داشته باشيد، مي‌دانيد كه وظيفه انتقال قدرت، تغيير دادن نسبت سرعت چرخ و موتور است. در واقع بدون يك جعبه دنده، خودرو فقط يك دنده خواهد داشت كه به آن اجازه دهد تا با سرعت مناسب حركت كند. لحظه‌اي تصور كنيد در حال رانندگي با خودرويي هستيد كه فقط دنده يك يا دنده سه دارد. در حالت اول، خودرو با شتاب خوبي از حالت سكون حركت مي‌كند و مي‌تواند از يك تپه با شيب تند بالا رود، اما بيشترين سرعت آن به چند كيلومتر در ساعت محدود مي‌شود. در حالت دوم، خودرو با سرعت 100 كيلومتر در ساعت در يك بزرگراه حركت خواهد كرد، اما هنگام شروع حركت تقريباً شتابي نداشته و نمي‌تواند از تپه بالا برود.
|
|
جعبه‌دنده، از تعدادي چرخ دنده استفاده مي‌كند تا با تغيير شرايط رانندگي، از گشتاور موتور استفاده‌اي مؤثر و مناسب شود. دنده‌ها مي‌توانند به‌طور دستي و يا اتوماتيك تغيير كنند.
در جعبه‌دنده‌هاي اتوماتيك قديمي، چرخ دنده‌ها وظيفه انتقال و تغيير گشتاور و حركت دايره‌اي را برعهده داشتند. تركيبي از چرخ‌دنده‌هاي سياره‌اي، تمامي نسبت‌هاي دنده‌هاي مختلف مورد نياز را به وجود مي‌آورند. رايج‌ترين نوع گيربكس، داراي 4 دنده جلو و يك دنده، معكوس است. وقتي اين نوع جعبه‌دنده اقدام به تعويض دنده مي‌كند، ضربه ناشي از درگيري دنده‌ها با هم، احساس مي‌شود.
اصول CVT
برخلاف سيستم انتقال قدرت اتوماتيك، در سيستم انتقال قدرت با قابليت تغيير پيوسته، جعبه‌دنده‌اي با تعداد مشخص چرخ دنده وجود ندارد. يعني در CVT، چرخ‌دنده‌هاي دندانه‌داري كه با هم درگير شوند وجود ندارد. متداولترين نوعCVT براساس سيستم «پولي» كار مي‌كند كه بي‌نهايت تغيير بين بالاترين و پايين‌ترين دنده را بدون گسستگي، ممكن مي‌سازد.
|
|
اگر از اين نكته كه هنوز هم درباره CVT از واژه دنده استفاده مي‌شود، تعجب كرده‌ايد، به خاطر بياوريد كه منظور از دنده، نسبت سرعت موتور به سرعت محور چرخ‌هاست. گرچهCVT اين نسبت را بدون استفاده از چرخ‌دنده‌هاي سياره‌اي انجام مي‌دهد، اما باز هم از واژه دنده براي آن استفاده مي‌شود.
CVTهاي مبتني‌بر پولي
اگر به جعبه‌دنده اتوماتيك توجه كنيد، دنيايي پيچيده از چرخ‌دنده‌ها، ترمزها، كلاچ‌ها و دستگاه‌هاي كنترل را در آن خواهيد ديد. اين در حالي است كه CVT به سادگي قابل مطالعه است. بيشتر CVTها فقط سه جزء اساسي دارند:
- يك تسمه محكم فلزي يا لاستيكي
- يك پولي متغير محرك (ورودي)
- يك پولي خروجي
|
|
گرچه CVTها شامل انواع مختلفي از ريزپردازنده‌ها و حسگرها هستند، اما سه جزئي كه در بالا نام برده شد، اجزاي اصلي هستند كه به اين سيستم اجازه كار مي‌دهند.
|
|
پولي‌هاي داراي شعاع متغير، قلب CVT تلقي مي‌شوند. هر پولي، از دو مخروط با زاويه رأس 20 درجه كه رو در روي يكديگر قرار دارند، تشكيل شده است. تسمه‌اي در شيار بين دو مخروط قرار دارد. در صورت لاستيكي بودن تسمه‌ها، از تسمه‌هاي V شكل استفاده مي‌شود. تسمه‌هاي V شكل، سطح مقطع V شكلي دارند كه باعث افزايش اصطكاك تسمه با پولي مي‌شود.
|
|
وقتي دو مخروط پولي از هم فاصله بگيرند، يعني ضخامت پولي بيشتر شود، تسمه به شكاف پايين‌تر مي‌رود و شعاع تسمه حلقه شده دور پولي كاهش مي‌يابد. وقتي دو مخروط پولي به هم نزديك مي‌شوند، يعني ضخامت پولي كاهش مي‌يابد، تسمه به شكاف بالاتر رفته و شعاع تسمه حلقه شده دور پولي افزايش مي‌يابد. CVT مي‌تواند از فشارهاي هيدروليكي، نيروي گريز از مركز و يا كشش فنر به منظور توليد نيروي مورد نياز براي تنظيم دو نيمه پولي استفاده كند.
پولي‌هاي داراي قطر متغير، هميشه به صورت زوجي به كار مي‌روند. يكي از پولي‌ها كه پولي محرك شناخته مي‌شود، به ميل‌لنگ موتور متصل است. پولي محرك، پولي ورودي هم ناميده مي‌شود زيرا جايي قرار دارد كه انرژي موتور وارد سيستم انتقال قدرت مي‌شود. پولي دوم، پولي گردنده يا متحرك ناميده مي‌شود زيرا پولي اول آن را مي‌چرخاند. پولي گردنده به مثابه پولي خروجي، انرژي را به محور چرخ‌ها منتقل مي‌كند.
|
|
وقتي يك پولي، در راستاي محوري ضخامت خود را افزايش مي‌دهد، دومي از ضخامت خود مي‌كاهد تا تسمه در حالت كشيده باقي بماند. زماني كه دو پولي ضخامت خود را نسبت به يكديگر تغيير مي‌دهند، بي‌نهايت نسبت دنده از كم به زياد و شامل همه نسبت‌هاي مابين به وجود مي‌آيد. مثلاً، وقتي شعاع تسمه در پولي محرك كم و در پولي خروجي زياد باشد، سرعت دوران پولي خروجي كاهش مي‌يابد و نسبت دنده پايين‌تري را ايجاد مي‌كند. وقتي شعاع تسمه در پولي محرك زياد و در پولي خروجي كم باشد، سرعت دوران پولي خروجي افزايش مي‌يابد و نسبت دنده بالاتري را ايجاد مي‌كند. بنابراين، يك CVT از لحاظ نظري شامل بي‌نهايت نسبت دنده مي‌شود و مي‌تواند در هر زماني و با هر دور موتوري كار كند.
طبيعت ساده و بدون گسستگي CVTها، آنها را به سيستم انتقال قدرت ايده‌آلي براي تمام ماشين‌ها و دستگاه‌ها- نه صرفاً خودروها- تبديل كرده است. CVTها سال‌هاي متمادي در ابزار قدرتي و مته‌ها به‌كار رفته‌اند. از آنها در وسايل نقليه مختلفي اعم از تراكتورها و ماشين‌هاي برف رو گرفته تا اسكوترهاي موتوري استفاده مي‌شود. در تمام اين كاربردها، از تسمه‌هايي با لاستيك فشرده در نوع سيستم انتقال قدرت استفاده مي‌شود كه ممكن است كشيده شده يا سر بخورد و در نتيجه، باعث هدر رفتن انرژي و كاهش كارايي شود.
توليد و ساخت ماده‌هاي جديد، CVTها را مطمئن‌تر و كارامدتر از قبل كرده است. يكي از مهمترين پيشرفت‌ها، طراحي و توسعه تسمه‌هاي فلزي براي متصل كردن دو پولي بوده است. اين تسمه‌ها انعطاف‌پذير از چندين (عموماً 9 يا 12) نوار نازك فولادي كه تكه‌هاي فلزي پاپيوني شكل بسيار مقاوم را كنار هم نگه مي‌دارد، ساخته شده‌اند. تسمه‌هاي فلزي به اين دليل كه سر نمي‌خورند و بسيار با دوامند اجازه انتقال گشتاور بيشتري را به CVT مي‌دهند. در ضمن، اين تسمه‌ها مناسب‌تر از تسمه‌هاي لاستيكي هستند.
ديگر انواع CVT
CVT مارپيچي
نوع ديگري از CVT است كه در آن، تسمه و پولي‌ها با ديسك‌ها و غلطك‌ها جايگزين شده است.
|
|
گرچه اين سيستم بسيار متفاوت به نظر مي‌رسد، اما تمامي اجزاي آن قابل مقايسه با تسمه و پولي بوده و نتيجه‌اي يكسان دارد. ترتيب طرز كار اين سيستم عبارت است از:
-ديسكي به موتور متصل شده كه معادل پولي محرك است.
- ديسك ديگري به ميل گاردان متصل شده كه معادل پولي مقاوم يا متحرك است.
- غلطك‌ها و يا چرخ‌ها، بين دو ديسك قرار داشته و همانند تسمه، نيرو را از ديسكي به ديسك ديگر منتقل مي‌كنند.
|
|
چرخ‌ها مي‌توانند در دو جهت، حول محور افقي و به سمت بالا و پايين، حركت كنند. اين حالت، به چرخ‌ها اجازه مي‌دهد تا در وضعيت‌هاي مختلف، با ديسك تماس داشته باشند. وقتي چرخ‌ها با ديسك محرك در نزديكي مركز در تماس باشند، با ديسك مقاوم در نزديكي لبه آن در تماس هستند. اين امر باعث كاهش سرعت وافزايش گشتاور مي‌شود (دنده سنگين). وقتي چرخ‌ها با ديسك محرك در لبه آن تماس داشته باشند، بايد با ديسك مقاوم نزديك مركز در تماس باشند كه اين امر باعث افزايش سرعت و كاهش گشتاور مي‌شود (دنده سبك). به اين ترتيب، حركت ساده چرخ‌ها نسبت دنده را به صورت لحظه‌اي و ملايم تغيير مي‌دهد.
CVTهاي هيدرواستاتيكي
هر دو نوع CVT پولي- تسمه‌اي و مارپيچي، از گروه CVTهاي اصطكاكي هستند كه با تغيير دادن شعاع نقطه بين تماس دو بخش چرخنده يا دوار، كار مي‌كنند. نوع ديگر CVTها، هيدرواستاتيكي است كه در آن، از پمپ‌هاي جابه‌جايي متغير استفاده شده تا جريان مايع ورودي به موتور هيدرواستاتيكي را تغيير دهد. در اين نوع انتقال قدرت، حركت چرخشي موتور، يك پمپ هيدرواستاتيكي را در طرف محرك به كار مي‌اندازد. پمپ، حركت چرخشي را به جريان سيال تبديل مي‌كند. سپس، يك موتور هيدرواستاتيكي كه در طرف مقاوم قرار دارد، جريان سيال را دوباره به حركت چرخشي تبديل مي‌كند.
|
|
انتقال قدرت هيدرواستاتيكي معمولاً با يك دسته دنده سياره‌اي و كلاچ‌ها تركيب مي‌شود تا يك سيستم دوگانه به نام انتقال قدرت هيدرومكانيكي را تشكيل دهد. انتقال قدرت هيدرومكانيكي نيرو را به سه روش ذيل به چرخ‌ها منتقل مي‌كند:
1. در سرعت‌هاي پايين به صورت هيدروليكي
2. در سرعت‌هاي بالا به صورت مكانيكي
3. بين اين دو حد، به صورت هيدروليكي- مكانيكي
انتقال قدرت هيدروليكي، براي كارهاي سنگين مناسب است و به همين علت، معمولاً در تراكتورهاي كشاورزي و وسايل نقليه‌اي كه روي هر سطحي حركت مي‌كنند، به كار مي‌رود.
مزاياي استفاده از CVT
- كاهش ذرات آلاينده
- كاهش مصرف سوخت
- كاركرد موتور در دما و دور موتور پايين‌تر
- افت توان كمتر و برخورداري از شتاب بيشتر
- مطابقت با انواع مكانيزم‌هاي رايج كلاچ
- يكنواختي حركت و رانندگي آرام از توقف كامل تا سرعت‌هاي بالا
