بررسی گیربکس و سیستم انتقال قدرت پیوسته cvt بخش اول

[operator]

1-1- تاریخچه جعبه دنده
درسال 1889ودرسن 20سالگی لوئیس رنو سه چرخه ای را که خود با اضافه کردن یک چرخ ان رابه اتومبیلی با چهارچرخ تبدیل کرده بود برای اولین بار به یک جعبه دنده سه سرعته مجهز کرد . این خودرو اولین اتومبیل مجهز به جعبه دنده دردنیا بود.
در24دسامبرهمان سال اوکه تعطیلات کریسمس رادرنزد دوستانش میگذراند ادعا کرد که خودروی او می تواند ازشیب13درصدی خیابانی درمونت مارته پارسی بالا برود.
دوستان اوخیلی زود مجبور شدند انچه راکه درابتدا غیرممکن می دانستند یاچشمان خود باورکنند. لوئیس رنو نه تنها موفق شدزاویه 5/7درجه ای خیابان راباخودرو خودبالا برودبلکه توانست اولین سفارش کارخود رانیز برای ساخت 12 دستگاه خودرو دریافت کند.
چند ماه بعد اواین اختراع خودرا به نام ((Direct Drive به ثبت رساند.اختراع اوبه سرعت سیستم انتقال نیرو به کمک چرخ دنده خورشیدی وزنجیر را تا آن زمان به کارمی رفت ازدور خارج کرد وتحولی را درصنعت خودروسازی به وجودآورد.
تمامی خودروها برای اینکه هم قدرت لازم رابرای حمل بار وسرنشین وبالا رفتن از سربالائی ها و ...... داشته باشند و هم اینکه بتوانند درمواقع لزوم باسرعت مناسب حرکت کنند ، نیاز به یک سیستم تبدیل گشتاوربه نام جعبه دنده دارند. دراین جعبه دنده که ازمجموعه ای چرخ دنده با اندازه های مختلف تشکیل شده است ، اگرچرخ دنده کوچکتر چرخ دنده ای بزرگتر را بچرخاند ، دنده بزرگتر دارای قدرت بیشتر وسرعت کمتروبرعکس ، اگردنده ای بزرگتر ، دنده های کوچکتر را به گردش دراورد ، قدرت چرخدنده کوچکتر کمتر وسرعت آن بیشتر خواهد بود.
درخودروها این سیستم به گونه ای طراحی وساخته می شود که راننده بتواند نسبت های مختلف دنده را یا به طور دستی با جابجا کردن دسته دنده درجای خود ویا به طوراتوماتیک تغییردهد.
همان طورکه گفته شد جعبه دنده ها درخودروها به دودسته کلی ، دستی واتوماتیک تقسیم می گردند . دردنده های دستی، عمل تعویض دنده ها با کمک دست وبه وسیله ا هرمی که دسته دنده نامیده می شود صورت گرفته ولی درگیربکس های اتوماتیک این عمل به کمک یک مبدل گشتاورهیدرولیکی ویک مجموعه خورشیدی با نسبت دنده های مختلف انجام می گردد. انواع اولیه جعبه دنده ها تا سال 1920بیشترازنوع لغزنده بوده اندتا اینکه دراین سال بابه کارگرفتن دنده های هم سرعت شونده یا سنکرونیزه در خودروهای سواری گام بزرگ دیگری درجهت پیشرفت خودروها برداشته شد.
دردنده های سنکرونیزه که اکنون درتمامی جعبه دنده های تولیدی خودروهای دنیا مورداستفاده قرار می گیرند ، دوردنده ها با یکدیگر هما هنگ شده وبه این ترتیب تعویض دنده ها با یکدیگر به نرمی وبدون سروصدا انجام می گردد.

2-1-گیربکس های CVT
پس از پیشرفت چشمگیر جعبه دنده های دستی وا توماتیک و بواسطه انها پیشرفت اتومبیل ها درا ستفاده ازتوا ن های متفاوت نیاز به یک تحول در راستای ا سایش وراحتی مسا فرین وراننده برداشته شود . برای اولین باردرابتدای دهه 1970میلادی شرکت هلندی طرحی برای گیربکس داد که بعد ها به گیربکس هایVan Doorne شهرت یافت.
این گیربکس بزرگترین ایراد جعبه دنده های معمولی (اعم ازاتوماتیک یا دستی) را مرتفع می کرد . این گیربکس انتقال قدرت را به کمک یک تسمه فولادی بین دوقرقره (پولی) انجام می دهد.
این جعبه دنده به گونه ای بود که بسیاری از شرکت های خودروسازی را مقهور خود کرد. بسیاری ازشرکت ها به دنبال بکار گیری این تکنولوژی خیره کننده بودند.
اما هرگاه لغت CVTرابیان می کنید به طورنا خوداگاه نام شرکت Nissanبه ذهن انسان جاری می شود. شرکت خودروسازی Nissan ازاولین شرکت هایی بود که به سمت این تکنولوژی گرایش پیدا کرد. ا لبته به پیروی از این شرکت دیگرشرکت های ژاپنی نیز به این سو کشیده شدند ، مانند شرکتهای Audi،Kavazaki، Mitsobishiنام برد اما نام نیسان نام دیگری است.
این شرکت ازابتدای دهه1970 شروع به مطالعه گسترده برروی این جعبه دنده کرد. ا لبته درادامه انواع مختلف CVTرا برایتان نمایش می دهیم چرا که CVTدارای انواع بسیاری می باشد وهرشرکت به نوعی خاص ازاین تکنولوژی دست پیداکرده است.
بین سالهای 1970 تا1991با تحقیقات گسترده ای که نیسان انجام داد توانست CVT ارائه کند که بتواند از همه جوانب خواسته های شرکت سازنده را براورده کند وتوجیه اقتصادی نیزداشته باشد.شکل1-1نمایش این نوع است.
پیشرفت تکنولوژی در ساختار متالوژی قطعات و روشهای تولید ، را ندمان مکانیکی این نوع گیربکس ها را از نظر طرح ومکانیزم افزایش داده است . اصلی ترین شاخصه این نوع گیربکس ها در بین گیربکس های اتوماتیک دیگر این است که به موتور و گیربکس و ECU اجازه می دهد ، راندمان بهینه را در شرایط مختلف رانندگی خودرو اعما ل نماید . بدلیل این مشخصه عمده گیربکس های CVT ، بطور میانگین باعث بهبود
10-20 درصد در مصرف سوخت خودرو و در نتیجه کاهش سطح آلاینده های حاصله می شوند. داشتن عکس العمل سریع نسبت به شرایط حاکم از طرف جاده و تغییر بسیار نرم نسبت دنده در مکانیزم تعویض دنده در این نوع گیربکسها باعث شده بسیاری از پدیده های ارتعاش و تکان موجود در مکانیزمهای چرخ دنده ای حذف گردد. در اروپا تولید و بکارگیری گیربکسهایCVT تا سال 2010 به 5% افزایش خواهد یافت و همچنین رشد استفاده از گیربکس در خودروهای سواری ژاپنی نیز تا سال 2010 به مرز CVT 14% کل تولید خواهد رسید . البته در این بین کشورهایی چون کره نیز به دنبال استفاده گسترده از این نوع سیستم انتقال قدرت در خودروهای خود می باشند .

این را می توان اولین CVTارائه شده ای دانست که برروی خودرو بکارگرفته شده بود وتوجیه اقتصادی نیزداشت.
درسال 2004 میلادی شرکت خودروسازی AUDI یک نوع خاص دیگر این تکنولوژی را ارائه کردکه مدنظر دراین مجموعه قرارگرفته شده است.شکل1-2 نمونه ای ازاینCVT رانشان می دهد.

[operator]

به خاطر مزایای فراوانی که گیربکس های CVTدارند اغلب کشورهای دنیا وشرکت های خودروسازی درتلاش برای استفاده بهتر ازاین تکنولوژی هستند.
دراین مجموعه سعی برآن شده است که بیشتر به معرفی این تکنولوژی وپارا مترهای طراحی ان پرداخته شود،امید است که مورد استفاده علاقه مندان قرارگیرد.

1-2- انواع CVT
برای اشنایی بهتر و درک درست تراز CVT دراین فصل سعی می شودکه به اختصار تعدادی از متدا ول ترین انواعCVT را دراین فصل معرفی می شود.
CVT کلمه اختصاری Continuously Variable Transmission است ،یا درواقع به زبان ساده میتوان بیان کردکهCVTیعنی تغییرات انتقال قدرت به طور پیوسته.
حال امکان دارد این تغییرات درانتقال قدرت به چند صورت انجام گیردکه به تمامی آنها CVTگفته می شود ، از مشهورترین انواع آن میتوان به نمونه های زیر اشاره کرد.
2-2- چرخ وصفحه ( (Disc and Wheel

Tmax= Cf ×FN×RO
: Cf ضریب اصطکاک بین چرخ ودیسک است.
: FN ( : (Normal forceنیرویی که به طور عمودی ازدیسک به چرخ وارد می شود.
: RO شعاع دیسک که چرخ دران شعاع قرارگرفته است
این نوع CVTهمان طور که مشاهده می کنید به چرخ ودیسک معروف است. هرچه چرخ محرک به سمت مرکز دیسک متحرک پیش رود سرعت دوران محورخروجی بیشتر خواهد بود. درواقع رابطه بیان شده نسبت بین گشتاور پیچشی ورودی وخروجی رابیان می کند.


3-2- مخروط وچرخ (Cone and Wheel)
همان گونه که درشکل 2-2 مشاهده می شود با تغییر مکان چرخ برسطح مخروط نسبت دور تغییر خواهدکرد.

شکل2-2
4-2- مخروط چرخ مخروط (Cone&Wheel&Wheel)
به گونه ای که مشاهده می شود مدلی پشرفته تر ودارای مزیت بیشتری نسبت به مدل قبلی دارد در ورواقع ما ازدومخروط بطور همزمان استفاده کردیم تا یک گستره بیشتری ازنسبت انتقال را داشته باشیم.

5-2- توروئیدال یا چنبره ای((Toroidal
دراین نمونه تغییرزاویه دیسک های وسط باعث تغییر درنسبت انتقال می شود . دراین نمونه می توان توان های زیاد تری را انتقال داد. درشکل 5-2نمونه ای دیگر ازاین را مشا هده می کنیدکه درراستای عمودی کار می کند.
به خاطر مزایای فراوانی که گیربکس های CVTدارند اغلب کشورهای دنیا وشرکت های خودروسازی درتلاش برای استفاده بهتر ازاین تکنولوژی هستند.
دراین مجموعه سعی برآن شده است که بیشتر به معرفی این تکنولوژی وپارا مترهای طراحی ان پرداخته شود،امید است که مورد استفاده علاقه مندان قرارگیرد.

1-2- انواع CVT
برای اشنایی بهتر و درک درست تراز CVT دراین فصل سعی می شودکه به اختصار تعدادی از متدا ول ترین انواعCVT را دراین فصل معرفی می شود.
CVT کلمه اختصاری Continuously Variable Transmission است ،یا درواقع به زبان ساده میتوان بیان کردکهCVTیعنی تغییرات انتقال قدرت به طور پیوسته.
حال امکان دارد این تغییرات درانتقال قدرت به چند صورت انجام گیردکه به تمامی آنها CVTگفته می شود ، از مشهورترین انواع آن میتوان به نمونه های زیر اشاره کرد.
2-2- چرخ وصفحه ( (Disc and Wheel

Tmax= Cf ×FN×RO
: Cf ضریب اصطکاک بین چرخ ودیسک است.
: FN ( : (Normal forceنیرویی که به طور عمودی ازدیسک به چرخ وارد می شود.
: RO شعاع دیسک که چرخ دران شعاع قرارگرفته است
این نوع CVTهمان طور که مشاهده می کنید به چرخ ودیسک معروف است. هرچه چرخ محرک به سمت مرکز دیسک متحرک پیش رود سرعت دوران محورخروجی بیشتر خواهد بود. درواقع رابطه بیان شده نسبت بین گشتاور پیچشی ورودی وخروجی رابیان می کند.


3-2- مخروط وچرخ (Cone and Wheel)
همان گونه که درشکل 2-2 مشاهده می شود با تغییر مکان چرخ برسطح مخروط نسبت دور تغییر خواهدکرد.

شکل2-2
4-2- مخروط چرخ مخروط (Cone&Wheel&Wheel)
به گونه ای که مشاهده می شود مدلی پشرفته تر ودارای مزیت بیشتری نسبت به مدل قبلی دارد در ورواقع ما ازدومخروط بطور همزمان استفاده کردیم تا یک گستره بیشتری ازنسبت انتقال را داشته باشیم.

5-2- توروئیدال یا چنبره ای((Toroidal
دراین نمونه تغییرزاویه دیسک های وسط باعث تغییر درنسبت انتقال می شود . دراین نمونه می توان توان های زیاد تری را انتقال داد. درشکل 5-2نمونه ای دیگر ازاین را مشا هده می کنیدکه درراستای عمودی کار می کند.

[operator]

6-2- اکسترود Extroid
این مدل درشکل 6- 2نشان داده شده است محصول شرکت نیسان است.

شکل2- 5
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:
1- ديسكي به موتور متصل شده كه معادل پولي محرك است2- ديسك ديگري به ميل گاردان متصل شده كه معادل پولي مقاوم يا متحرك است3- غلطك‌ها و يا چرخ ‌ها، بين دو ديسك قرار داشته و همانند تسمه، نيرو را از ديسكي به ديسك ديگر منتقل مي‌كنند.چرخ ‌ها مي‌توانند در دو جهت ، حول محور افقي و به سمت بالا و پايين، حركت كنند. اين حالت، به چرخ‌ ها اجازه مي‌دهد تا در وضعيت ‌هاي مختلف، با ديسك تماس داشته باشند. وقتي چرخ ‌ها 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.


7-2- Van Doorne CVT
این همان مدلی است که دراین مقا له به طورمفصل به ان خواهیم پرداخت.به شکل 2-7 توجه کنید.

شکل2-7

بيشترcvt ها فقط سه جزء اساسي دارند:1- يك تسمه محكم فلزي يا لاستيكي2- يك پولي متغير محرك )ورودی)3- يك پولي خروجي .گرچه cvtها شامل انواع مختلفي از ريزپردازنده ‌ها 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 د و مخروط قرار دارد. در صورت لاستيكي بودن تسمه ‌ها ، 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 كا هش 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 cvt .ها 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 تسمه‌ هايي 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 تسمه ‌ها انعطاف‌پذير از چندين (عموماً 9 يا 12) نوار نازك فولادي كه تكه ‌هاي فلزي پاپيوني شكل بسيار مقاوم را كنار هم نگه مي‌دارد ، ساخته شده‌اند . تسمه‌ هاي فلزي به اين دليل كه سر نمي‌خورند و بسيار با دوامند اجازه انتقال گشتاور بيشتري را به cvt مي‌دهند. در ضمن، اين تسمه ‌ها مناسب‌تر از تسمه‌هاي لاستيكي هستند.


8-2- CVT هاي هيدرواستاتيكي

شکل2- 8

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 پمپ‌ هاي جابه‌جايي متغير استفاده شده تا جريان مايع ورودي به موتور هيدرو استاتيكي 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 كلاچ‌ ها تركيب مي‌شود تا يك سيستم دوگانه به نام انتقال قدرت هيدرومكانيكي را تشكيل دهد . انتقال قدرت هيدرومكانيكي نيرو را به سه روش ذيل به چرخ ‌ها 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 ا ست و به همين علت، معمولاً در تراكتورهاي كشاورزي و وسايل نقليه‌اي كه روي هر سطحي حركت مي‌كنند، به كار مي‌رود. انچه دراین فصل ارائه شدجهت اشنائی بیشتربا مفهوم CVTبوده است ، لذا ازگفتن جزئیات بیشتر پرهیز شده است وبه نشان دادن شکل ان بسنده شده است.

[operator]

1- 3- توصیف عملکردCVT

شکل3-1

دراین فصل سعی بران شده است که بطور مختصرشیوه عملکرد CVTراتوصیف کنیم وبه مقایسه ان با جعبه دنده های اتوماتیک AT بپردازیم.
شایان ذکراست که شیوه کارکرد CVTدرخودرو یا شیوه عملکرد موتورسیکلت دارای تفاوت هائی ا ست که درجای خود به تفاوت های ان اشاره کمی خواهد شد.لذا مد نظر خوانندگان محترم شیوه کارکرد ان درخودرو ها باشد.


2-3- توصیف کلیCVT
الگوی تغییرات بدون پله (پیوسته)انتقال قدرت،یک رانندگی راحت وبدون تکان رابرای را ننده وسرنشینان فرا هم می کند.عملکرد وسیله نقلیه درهرزمان ومکانی بسیارخوب وعالی خواهدبود.
اما بهتران است که برای درک بهتر ابتدا برتری های CVT رانسبت به جعبه دنده های اتوماتیک AT به اختصار بیان شود.این مزایا رامی توان به شرخ ذیل بیان کرد:
1- پایین بودن تکان های خودرو درسرع ثابت
2- کنترل بهترمصرف سوخت
3- کم صداوارتعاش بودن سیستم
4- شتاب ملایم ونرم
5- رانندگی انعطاف پذیردرجاده های کوهستانی

شکل3-2

3-3- انتقال قدرت اتوماتیکAT.انتقال قدرت پیوستهCVT
درنمودارهای شکل 3-3 یک Variogramsازیک جعبه دنده اتوماتیک معمولی AT درمقایسه با یک CVTتهیه شده است.بایک جعبه دنده اتوماتیک معمولی AT حداکثر 6نسبت انتقال، ودر اغلب وارد نسبت انتقال کمتری راداریم.زمانی تغییرات به سمت ازدیاد (Upshift)صورت می گیرد، سیستم ATمجبوراست درنمودارسمت چپ ازالگوی خط پررنگ ویا ازالگوی نقطه چین ان پیروی کندواین به میزان فشاردادن پدال گازبستگی دارد.اما با CVTتمام نسبت های بین دوخط Low to Overdrive دردسترس می باشد.بگونه ایکه درنمودارسمت راست مشاهده می کنید.

شکل3-3
نقطه تغییر درهردونمودار به میزان فشاردادن پدال گازبستگی دارد.بطوری که اگرفشاردادن پدال گاز بیشتر باشد تغییرات به سمت بالا ( (Upshiftدرسرعت بیشتری اعمال می گردد . درانتقال قدرت معمولی به وضوح می توان دریافت که اگرازیک چرخ دنده بزرگتر استفاده شود سرعت موتور به ارا می ونرمی بیشتری به سمت عقب (کاهش) بازمی گردد.ا لبته این موضوع برای CVTصادق نیست چرا که درCVT افزایش Upshift دریک سرعت ثابت موتور وبه کمک قرقره های متحرک خواد بود که دربخش های بعدی به تفصیل به ان خواهیم پرداخت.

4-3- قوانین اساسی وکلی درCVT
جعبه دنده های اتوماتیک معمولی AT،معمولا نسبت انتقال محدوددارند،بطور معمول 4یا 5یا 6نسبت انتقال رادارند.اما در CVTهمانطورکه ازاسمش پیداست.انتقال قدرت بطور پیوسته وبا بی نهایت نسبت انتقال صورت می گیرد.قرقره محرک ازقطرکم به قطرزیاد شروع به حرکت می کند.به شکل های 3-4 و3-5 توجه کنید.

شکل3-4

شکل3- 5

در CVTازیک قرقره اولیه (Primary Pulley) ویک قرقره ثانویه (Secondary Pulley) استفاده می شود.درهردو قرقره یک نیمه ثابت ویک نیمه متحرک است که تحت فشار سیال روغن محکم درکنارهم قرارگرفته اند. حا لت تسمه Vشکل فلزی برروی قرقره ها نسبت حرکت راتعیین می کند. وقتی که نیمه متحرک به نیمه ثابت نزدیک می شود ، تسمه را وادار می کندکه درراستای عمودی به سمت بالا حرکت کند، درواقع با انجام این کارباعث افزایش قطرقرقره می شود.زمانی که فاصله بین دونیمه افزایش پیدا می کند باعث پایی امدن تسمه درراستای عمودی شده ودرواقع می توان گفت که قطرقرقره کا هش پیداکرده است.
اگربه یک نسبت سرعت کم احتیاج داشته باشیم لازم است که قرقره اولیه باز شودیعنی نیمه متحرک قرقره به سمت عقب حرکت کند، ودرهمین زمان قرقره ثانویه باید بسته شود یعنی نیمه متحرک ان به سمت جلوپیشروی کند وقطر قرقره ثانویه افزایش پیدا کند.
حال اگر بخواهیم به یک نسبت سرعت بیشتری دست پیدا کنیم ، قرقره اولیه بایدبسته شودیعنی نیمه متحرک قرقره به سمت جلو حرکت کند تا قطرقرقره اولیه افزایش پیدا کند ودرهمین هنگام نیمه متحرک قرقره ثانویه باید به سمت عقب حرکت کندتا قطرقرقره ثانویه کاهش یابد . دراین حالت درهردورزدن قرقره اولیه ، قرقره ثانویه دوونیم (5/2) دور می زند.

5-3- تغییر حالت
حالت های ممکن برای تغییرکردن شامل : پارک کردن(Park) ،به عقب راندن ( (Reverse، حالت خنثی ( (Neutral، رانندگی عادی ((Drive ونهایتا حالت دستی/ ورزشی (Sport/manual) می باشد.دررانندگی عادی اتومبیل درحالت استانداردCVT حرکت خواهد کرد.دورموتور تقریبا به rpm4500محدود میباشد، مگراینکه ازدنده معکوس استفاده شودکه دراین حالت دورموتور به rpm5500 خواهدرسید.
درحالت دستی/ ورزشی خودرو درمدل ورزشی CVT حرکت خواهد کرد.دورموتور rpm5000 خواهد بود، مگرازدنده معکوس استفاده شودکه دراین صورت دورموتور به rpm5500 خواهد رسید.ا لبته دورموتورهای مختلف دیگر هم امکان دارد.
درحالت ورزشی انتقال قدرت با حالت عادی متفاوت خواهد بود، انتقال قدرت درحالت معکوس درسرعت بیشتر وبا مانور بیشتر رانندگی همراه خواهد بود. ا لبته دربررسی رانندگی ورزشی طراحی نسبت به را ننده حسا ستر خواهد بود.شکل 3- 7ماهک اهرم جعبه دنده وحالت های خاص ان را نشان می دهد.دراین شکل:
1. Illuminated gear position
2.Gear selector lever

شکل3-7
اگرماهک جعبه دنده درحالت دستی/ ورزشی قرارگیرد ، سیستم بطوردستی هدایت می شود.دراین حا لت ما 6 نسبت انتقال یا بیشتر خواهیم داشت. سیستم چرخ دنده باتوجه به موقعیت جاده وشرایط رانندگی انتخاب خواهد شد.برای تعویض به بالا ، راننده باید ماهک (Gear lever) را درجهت (+) حرکت دهد وبرای کاهش ماهک راباید درجهت (-) حرکت دهد. اگردرسرعت بالا راننده بخواهد یک تغییر نابهنجار انجام بدهد ، نرم افزار CVTاین اجازه را نخواهد داد ویا اگردرجائی لازم به تغییر باشد ولی راننده این کار را انجام ندهد ، بازهم نرم افزار CVTاین کاربه طور خودکار انجام می دهد.

[operator]

6-3- کاربری درحالت پارک یا خنثی
موتورتنها درجعبه دنده اتوماتیک معمولی ATقادراست درجا کارکند.چراکه این عمل توسط کلاچ صورت می گیرد.اما در CVTکاربه شیوه دیگری است. یک فنر، مخروط قفل های ضامن خودکار قرقره ثانویه را درحالتی که ماهک دروضعیت پارک است بکار می اندازد.اگرماهک دنده دروضعیت پارک باشد وموتور با rpmبالائی کارکند ، ازموتور یک صدای ناخوشایند تلق وتلوق خواهد امد.این صداکم نمی شود مگراینکه سرعت موتور کاهش پیدا کند وبه حدود km/h5 برسد.

شکل3- 8
1- ضامن پارک کردن
2- قرقره ثانویه

7-3- عملکرد معمولی Normal operation
عملکرد گیربکس ،درزمان رانندگی قابل مقایسه با جعبه دنده اتوماتیک نیست . در CVTانواع تنظیمات امکان دارد. یکی ازحالت های ممکن این است که پدال شتاب دهنده (پدال گاز) بطور سریع افول کند ، دورموتور به میزان قابل توجه نسبت به سرعت وسیله نقلیه بیشتر خواهد بود . (برای مثال درهنگام ترمزگرفتن) این حالت درعمل برای CVTمعمولی وعادی خواهد بود،اما ممکن است راننده نا آشنا غافلگیر شود.حالتهای خاص دیگری نیزوجوددارد. شکل 3- 9 سیستم ماهک گیربکس را با اجزای ان نشان می دهد.

شکل3-9
دراین شکل اجزاء باتوجه به شماره روی تصویر به شرح ذیل می باشند:
1- اهرم ماهک گیربکس (Gear selector lever)
2- گیره اهرم ماهک((Gear selector lever detent
3- قفل تغییر(Shift lock)
4- میله تغییردهنده ماهک ( (Gear change selector rod


8-3- ضربه گیر پیچشی Torsional damper
موتور به یک محور ورودی انتقال ازطریق یک ضربه گیر پیچشی متصل است.این ضربه گیر بجای مبدل گشتاور درجعبه دنده های اتوماتیک معمولی ATمی باشد . این ضربه گیر بخشی ازانتقال محسوب نمی شود.شایان ذکراست که ما برای جلوگیری ازاشتباه ازهمان اصطلاح مبدل گشتاور استفاده می کنیم . به شکل 3-10 توجه کنید.

شکل3-10
1-Drive plate gearbox side
2-Engine side

9-3- یدک کش کردن وسیله نقلیه
وسیله نقلیه ای باانتقال قدرت را نباید یدک کش کرد . زیرا به هنگام یدک کش کردن فشارروغن پشت قرقره اولیه وجودندارد . درواقع این کاردر CVTامکان پذیر نمی باشد چراکه با خاموش کردن خودرو ،پمپ روغن نیزخاموش خواهد بود لذانمی تواند برای درگیری قرقره ها فشاری ابجادکند ودرواقع این یعنی اینکه هردوکلاچ خلاص می باشند و هیچ درگیری بین موتور وقرقره ها نیست. مگراینکه وسیله برروی زمین بلغزد یا ازروی زمین جداشودکه بتوان ان رایدک کش نمود.


10-3- تعویض روغن درCVT
بعدازهرKm4500 طی مسافت باید روغن گیربکس عوض شود.برای این منظور جعبه دنده به یک پبچ تخلیه ویک درپوش مجهز شده است.

11-3- طرح پیاده شده دریک جعبه دنده
12-3- اجزاء تشکیل دهنده
CVTازتعداداجزاء مختلف تشکیل شده است که با توجه به نوع کارانها به سه دسته تقسیم می شوند:
1-گروه اول: جریان گشتاورمکانیکی(Mechanical torque Flow)
2-گروه دوم: سیستم کنترل(Control System)
این امکان رامیدهد که توان ارسالی باتوجه به شرایط رانندگی ودرخواست راننده باشد.
3-گروه سوم: ارتباطات خروجیExternal connectons))
عضوهای سازنده ارتباط انتقال قدرت بابیرون می باشند.بعضی ازاین عضوها درون جعبه دنده هستندوقادرهستنددرصورت نیاز، فوری متصل شوند و تعدادی دیگر می تواند بخشی ازسیستم باشد،اما درمکان دیگری ازوسیله نقلیه باشد.

13-3- گروه اول : 1-گروه اول:جریان گشتاورمکانیکی(Mechanical torque Flow)
14-3- مجموعه چرخدنده های سیاره ای Planetary Gear Set
مجموعه چرخدنده های سیاره ای درانتقال این امکان رامی دهند که یک گشتاورپیچشی محرک اماده،دردوجهت جلووعقب عمل کند.گشتاورپیچشی موتورهمواره توسط محورورودی ناقل سیاره (بازوی انتقال سیاره)انتقال داده می شود.این بازوی انتقال مستقیما به چرخدنده خورشیدی توسط بستن صفحه کلاچ متصل می شود.وقتی مجموعه چرخدنده خورشیدی می چرخد،گشتاورپیچشی موتورمستقیما به قرقره اولیه فرستاده می شود.اما چرخدنده های سیاره گشتاور پیچشی را انتقال نمی دهند، بنابراین هیچ اتلاف انرژی مکانیکی درمجموعه چرخدنده های سیاره ای رخ نمی دهد وقرقره اولیه با همان rpm موتورکارمی کند.این به پیش بردن اتومبیل است.

شکل3-11

درمدل وارونه یا برعکس ، تاج مجموعه چرخدنده های سیاره به وسیله وارونه بستن صفحه کلاچ ثابت نگه داشته می شود . سه چرخدنده سیاره ای توسط بازوی انتقال سیاره ، چرخدنده خورشیدی را وادار به چرخیدن درجهت عکس چرخیدن موتور می کند.این را هکاربرای به عقب راندن ماشین بکارمی رود . دراین حال نسبت انتقال 1:1.1 است به شکل 3-12 توجه کنید.

شکل3-12

15-3- کلاچ های چندصفحه ایMultiplate Clutches
دراینجا دودسته کلاچ چندصفحه ای وجوددارد،یکی برای راندن به جلو ودیگری برای راندن به عقب است.درهردودسته سه صفحه اصطکاکی ، درواقع شش سطح اصطکاکی دارد.فرامین فشار روغن براساس فشرده شدن چدال گاز ارسال می شود. بعدازاینکه چرخدنده محرک به کمک کنترل کردن تسمه Vشکل متوقف شد، وسیله نقلیه ساکن می شود.روغن توسط هدایت کننده هائی سطح کلاچ را اغشته می کنندتا ازبیش ازحدگرم شدن کلاچ ها جلوگیری کند.

شکل3-13

16-3- قرقره وتسمه فولادی Pulley and Steel Belt
شکل اصلی طراحی یک CVT ، ازطراحی یک قرقره Vشکل ویک تسمه فولادی تشکیل شده است.
فاصله بین مرکز قرقره اولیه وقرقره ثانویه mm 155است.هرقرقره تشکیل شده از یک نیمه ثابت ویک نیمه متحرک که درراستای محوری حرکت می کند.هرطرف 11 درجه شیب دازد.باکارهای ازمایشگا هی ثابت شده است که تسمه ای باعرض mm24 برای انتقال گشتاور مابین قرقره ها مناسب است.(البته برای گشتاورهای بیشتر میتوان ازیک تسمه mm30 نیزاستفاده کرد.)تسمه فولادی توسط یک فواره روغن ازیک نازل روغنکاری می شود تا درزمان کارکردن خنک نگه داشته شود. هردورنیمه متحرک بصورت اریب درمقا بل یکدیگر قرارگرفته اند تابه این طیق در طی جابجایی ، نامیزانی محوری جبران شود وتا حد ممکن کاهش یابد.
1-Steel drive belt

شکل3-14

هرنیمه متحرک به یک سیلندر – پیستون هیدرولیک وصل شده اند.فشار سیال توسط کنترل هیدرولیکی تعریف می شود.
یک گلوله (ساچمه) هزارخاره های نیمه های متحرک پیش بینی شده تانیمه های متحرک نسبت به نیمه های ثابت چرخشی نداشته باشند.
گشتاورپیچشی فرستاده شده بوسیله مجموعه چرخدنده های سیاره مستقیما برروی قرقره اولیه عمل میکند، به طوری که چرخدنده خورشیدی به هزارخاره متصل شده باشد.تسمه فولادی توان را از قرقره اولیه به قرقره ثانویه انتقال می دهد وازقرقره ثانویه به محورپینیون انتقال داده می شود.گشتاور پیچشی وسرعت دورانی قرقره ثانویه با توجه به موقعیت تسمه فولادی تعیین می شود.
اندازه قرقره ها طوری طراحی شده است که دامنه نسبت انتقال قدرت 0.443:1 تا 2.416:1تغییر می کند.درنتیجه یک گستره نسبت 5.45 خواهیم داشت.نسبت بارگیری زیاد درمصرف سوخت بسیارمهم است.تسمه فولادی تقریبا 450 قطعه داردواین قطعات توسط دودسته12 تائی (24 عدد) بندفلزی درکناریکدیگر نگه داشته شده اند.ضخامت تمام قطعات یکی است. به شکل 3- 15 توجه کنید.

شکل3- 15

17-3- محورپینیون Pinion Shaft
محورپینیون دودسته چرخدنده ایجاد می کندکه فاصله بین دیفرانسیل وقرقره ثانویه را کاهش می دهد.دراین حالت سرعت دورانی میل محرک ها درست خواهد بود. فاصله به حدکافی بین قرقره ثانویه ومیل محرک ها کاهش داده می شودتا عملکردخودرو خوب شود. محورچینیون توسط دویاتاقان کله قندی یکی درمحفظه کلاچ ویکی دیگردریک تکیه گاه جداگانه حمایت می شود.

شکل3-16
1- میله محرک اصلی چرخ دنده محرک1. Primary shaft drive gear
2- کرا نویل دیفرانسیل Differential crown wheel .2
3- چرخ دنده پینیون 3.Pinion drive gear
4- محور پینیون چرخ دنده 4.Transfer gear pinion shaft
5- محور محرک چرخ دنده ثانویه 5.Secondary shaft drive gear




18-3- دیفرانسیل Diffrential
گشتاورپیچشی محرک به کرانویل فرستاده می شود.این کار توسط یک چرخدنده مخروطی دیفرانسیل صورت می گیرد.کرانویل به محفظه دیفرانسیل با8 پیچ بسته شده است..یاتاقان های کله قندی دیفرانسیل راحمایت می کنند.

شکل3-17

[operator]

19-3- عملکردمکانیکی Mechanical Operation
این بستگی به موقعیت ما هک دنده دارد لذا به حالت های مختلف تقسیم بندی می شود:

20-3- اهرم ماهک دیفرانسیل درتوقف یا خلاصی باشد
دراین حالت به چرخ ها انتقال داده نمی شود ، بطوری که هم کلاچ پش برنده و هم کلاچ عقب رونده خلاص می باشند. لذا داریم:
- محور ورودی 1 انتقال درهمان rpm موتوردرحال دوران است.
- کلاچ عقب رونده 2 خلاص است.
- چرخدنده سیاره 3 بیکار درا طراف چرخدنده خورشیدی هستند.
- کلاچ پیش برنده 4 خلاص است.
- چرخدنده خورشیدی حرکتی ندارد ، لذا قرقره اولیه 5 وقرقره ثانویه 7 نیز حرکت نمی کنند.



21-3- اهرم ماهک دیفرانسیل درحالت Drive
- محورورودی انتقال 1 درهمان سرعت موتورکارمی کند.
- کلاچ عقب رونده 2خلاص است.
- کلاچ پیش برنده 4 درگیراست.
- چرخدنده سیاره ای 3،چرخدنده خورشیدی و چرخدنده مخروطی با همدیگر می چرخند.
- قرقره اولیه 5 درهمان سرعت دورانی موتور وچرخدنده جلوئی کارمی کند.
- قرقره ثانویه 7 با همان سرعت دورانی موتور که به نسبت تسمه بستگی دارد، دوران می کند.


22-3- اهرم ماهک دیفرانسیل درحالت حرکت به عقب قراردارد.
- محورورودی 1 درسرعت دورانی موتور کارمی کند.
- کلاچ دنده عقب 2 درگیراست.
- کلاچ پیش برنده 4 خلاص است.
- چرخدنده مخروطی 9 به محفظه جعبه دنده بوسیله کلاچ 2 قفل شده است.
- چرخدنده سیاره ای 3 که بطور مستقیم به محور ورودی انتقال متصل است اطراف چرخدنده مخروطی حرکت می کند.لذا انها،چرخدنده خورشیدی 10، قرقره اولیه 5 وقرقره ثانویه رامجبور می کنندکه عکس دوران محورورودی ،دوران می کنند.


23-3- گروه دوم : کنترل سیستم Control system
عوامل موثردر کنترل سیستم عبارتند از:
1- سازگاری نیروی قفل سازی (پیش بار) برروی تسمه فولادی باگشتاورموتور دربازداشتن ازلغزش تسمه برروی قرقره ها.
2- کنترل عملکرد کلاچ های پیش برنده وعقب گرددرمدت زمان رانندگی واغاز حرکت.
3- فراهم کردن نسبت انتقال بهینه درتمام شرایط رانندگی.
4- فراهم کردن روغن موردنیاز روغنکاری وخنک کردن روعن درگیربکس
5- فراهم کردن ورساندن روغن موردنیاز سیستم Pitot

24-3- پمپ روغن Oil Pump


پمپ داخل جعبه دنده دارای یک چرخدنده خارجی است.موتوراین چرخدنده را ازطریق یک میله توخالی به کمک قرقره اولیه می چرخاند.میله پمپ با بازوی سیاره هزارخاره شده است،بطوریکه همیشه باسرعت دورانی موتور دوران می کند.دبی جریان درحدودcm 3 تا 10در هردوران است.فشارسیستم بین 40تا 50 بارمیباشد ،که این به گشتاور پیچشی بستگی دارد.ازفشارروغن هم برای کنترل هیدرولیکی جعبه دنده وهم برای روغنکاری استفاده می شود.


25-3- شیرآلات Valves
سیستم CVTبوسیله تعدادی شیرتحت کنترل است،که این شیرها به ورودی های مکانیکی ، برقی وهیدرولیکی پاسخ می دهند.اساسا سیستم کنترل ، برای کنترل نسبت نیروی قفل سازی (پیش بار) و کلاچ هاچهاررا هکارطراحی می کند:
1- کنترل کردن جریان قرقره اولیه که نسبت انتقال را درست برای تمام شرایط رانندگی ارائه می کند.دراینجا یک شیر اولیه ویک وسیله مکانیکی بکاربرده می شود.
2- فشاربه قرقره ثانویه درنظرگرفته شده استکه همیشه یک نیروی قفل سازی (پیش بار)کافی رابرروی تسمه فولادی در تمام لحظات رانندگی تضمین می کند.توانایی های یک شیر Solenoidبعنوان شیرکنترل ثانویه فشاررا بهینه کرده ویک نیروی قفل سازی مناسب ایجاد می کند. بهینه شدن این فشار مصرف سوخت را بهترمی کند.شیرهایی که دراین زمینه بکارمی روند شامل : یک شیرخروجی ثانویه،یک شیرثانویه ویک شیرمارپیچ ثانویه PWM می باشد.
3- انتخاب کردن کلاچ صحیح- درگیری کلاچ جلوبرنده یاعقب گرد توسط ماهک گیربکس ، شیردستی روغن را هدایت می کنند وکلاچ مناسب را درگیر می کند . برای این کارازیک شیردستی ویک شیرجلوگیری برعکس استفاده می شود.
4- کنترل عملکرد موردنیازبرای : Take offیک شیر Solenoidعمل کننده برروی فرامین شیرکلاچ که فشارکلاچ را ارائه می دهد،که این درگیری کلاچ را تضمین می کندومجرای گازخروجی را بازمی کند.دراینجا ازیک شیرکلاچ ، شیرفشارکلاچ سوپاپ دود ، یک شیرفشارثابت، یک Supply valve ویک شیرمارپیچ PWMاستفاده می شود . یک شیر جریان خنک کننده برای کنترل جریان روغن خنک کننده وجوددارد.

26-3- سیستمPitot
سرعت موتورونوع حرکت درکنترل کردن درگیری کلاچ مورداستفاده قرار می گیرند.

علائم وابسته سرعت توسط دوسیستم Pitot مهیا می شود. هرفرستنده شامل یک لولهPitot ویک محفظه Pitot می باشد.لوله تازمانی که محفظه روغن پرمی شود ثابت است، سپس با سرعتی که اندازه گیری می شود،می چرخد.یک فشارهیدرولیک مناسب باسرعت چرخش دریک انتهای لوله پدیدار می شود،که درحلقه جریان روغن درون محفظهPitot فروبرده شده است.رفتاراین فشارها درشیرهای اولیه، ثانویه وکلاچ هادر داخل بخش کنترل، درعملکرد انتقال قدرت متجلی می شود.

27-3-کفشک حسگر Sensing Shoe
کفشک حسگر مکانیزمی است که موقعیت قرقره اولیه رامی سنجد.

کفشک ازطریق یک روروئک برروی فنرسوپاپ ثانویه دربخش کنترل هیدرولیک باکنترل نیروی قفل کردن،عمل می کند.نیروی قفل سازی درهنگام انتقال که به سمت بالا(Up shifts) است،کاهش پیدامی کندبطوریکه تسمه فازی درشعاع بزرگتر ا طراف قرقره اولیه گردش خواهد کرد.با اب بندی تدریجی سیستم، تسمه فولادی یک وضعیت بارگیری اضافی پیدا می کند.که این فشارثانویه کمتر، بازهم نیروی قفل سازی را ایجادخواهدکرد،که گشتاورپیچشی را انتقال می دهد.

[operator]

[operator]

[operator]

[operator]