انتقال قدرت پیوسته (CVT)

انتقال قدرت پیوسته (CVT) كه لئوناردو داوینچی 500 سال پیش اندیشه‌اش را در سر داشت، در حال حاضر جای انتقال قدرت اتوماتیك را در برخی خودروها گرفته است.

انتقال قدرت پیوسته (CVT) كه لئوناردو داوینچی 500 سال پیش اندیشه‌اش را در سر داشت، در حال حاضر جای انتقال قدرت اتوماتیك را در برخی خودروها گرفته است.
از اولین CVT كه در 1886 ثبت شد تاكنون، تكنولوژی آن بهبود بسیاری پیدا كرده و امروزه چندین خودروساز بزرگ از جمله جنرال‌موتورز، آئودی، هوندا و نیسان، در حال طراحی و توسعه CVTهای خود هستند.

 

مطلب تکمیلی در ادامه >>

انتقال قدرت پیوسته (CVT)

 

انتقال قدرت پیوسته (CVT) كه لئوناردو داوینچی 500 سال پیش اندیشه‌اش را در سر داشت، در حال حاضر جای انتقال قدرت اتوماتیك را در برخی خودروها گرفته است.

انتقال قدرت پیوسته (CVT) كه لئوناردو داوینچی 500 سال پیش اندیشه‌اش را در سر داشت، در حال حاضر جای انتقال قدرت اتوماتیك را در برخی خودروها گرفته است.
از اولین CVT كه در 1886 ثبت شد تاكنون، تكنولوژی آن بهبود بسیاری پیدا كرده و امروزه چندین خودروساز بزرگ از جمله جنرال‌موتورز، آئودی، هوندا و نیسان، در حال طراحی و توسعه CVTهای خود هستند.
اگر درباره ساختار و طرز كار انتقال قدرت اتوماتیك اطلاعاتی داشته باشید، می‌دانید كه وظیفه انتقال قدرت، تغییر دادن نسبت سرعت چرخ و موتور است. در واقع بدون یك جعبه دنده، خودرو فقط یك دنده خواهد داشت كه به آن اجازه دهد تا با سرعت مناسب حركت كند. لحظه‌ای تصور كنید در حال رانندگی با خودرویی هستید كه فقط دنده یك یا دنده سه دارد. در حالت اول، خودرو با شتاب خوبی از حالت سكون حركت می‌كند و می‌تواند از یك تپه با شیب تند بالا رود، اما بیشترین سرعت آن به چند كیلومتر در ساعت محدود می‌شود. در حالت دوم، خودرو با سرعت 100 كیلومتر در ساعت در یك بزرگراه حركت خواهد كرد، اما هنگام شروع حركت تقریباً شتابی نداشته و نمی‌تواند از تپه بالا برود.
جعبه‌دنده، از تعدادی چرخ دنده استفاده می‌كند تا با تغییر شرایط رانندگی، از گشتاور موتور استفاده‌ای مؤثر و مناسب شود. دنده‌ها می‌توانند به‌طور دستی و یا اتوماتیك تغییر كنند.
در جعبه‌دنده‌های اتوماتیك قدیمی، چرخ دنده‌ها وظیفه انتقال و تغییر گشتاور و حركت دایره‌ای را برعهده داشتند. تركیبی از چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای، تمامی نسبت‌های دنده‌های مختلف مورد نیاز را به وجود می‌آورند. رایج‌ترین نوع گیربكس، دارای 4 دنده جلو و یك دنده، معكوس است. وقتی این نوع جعبه‌دنده اقدام به تعویض دنده می‌كند، ضربه ناشی از درگیری دنده‌ها با هم، احساس می‌شود.

اصول CVT
برخلاف سیستم انتقال قدرت اتوماتیك، در سیستم انتقال قدرت با قابلیت تغییر پیوسته، جعبه‌دنده‌ای با تعداد مشخص چرخ دنده وجود ندارد. یعنی در CVT، چرخ‌دنده‌های دندانه‌داری كه با هم درگیر شوند وجود ندارد. متداولترین نوع CVT براساس سیستم «پولی» كار می‌كند كه بی‌نهایت تغییر بین بالاترین و پایین‌ترین دنده را بدون گسستگی، ممكن می‌سازد.
اگر از این نكته كه هنوز هم درباره CVT از واژه دنده استفاده می‌شود، تعجب كرده‌اید، به خاطر بیاورید كه منظور از دنده، نسبت سرعت موتور به سرعت محور چرخ‌هاست. گرچه CVT این نسبت را بدون استفاده از چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای انجام می‌دهد، اما باز هم از واژه دنده برای آن استفاده می‌شود.

CVTهای مبتنی‌بر پولی
اگر به جعبه‌دنده اتوماتیك توجه كنید، دنیایی پیچیده از چرخ‌دنده‌ها، ترمزها، كلاچ‌ها و دستگاه‌های كنترل را در آن خواهید دید. این در حالی است كه CVT به سادگی قابل مطالعه است. بیشتر CVTها فقط سه جزء اساسی دارند:

- یك تسمه محكم فلزی یا لاستیكی

- یك پولی متغیر محرك (ورودی)

- یك پولی خروجی

گرچه CVTها شامل انواع مختلفی از ریزپردازنده‌ها و حسگرها هستند، اما سه جزئی كه در بالا نام برده شد، اجزای اصلی هستند كه به این سیستم اجازه كار می‌دهند.
پولی‌های دارای شعاع متغیر، قلب CVT تلقی می‌شوند. هر پولی، از دو مخروط با زاویه رأس 20 درجه كه رو در روی یكدیگر قرار دارند، تشكیل شده است. تسمه‌ای در شیار بین دو مخروط قرار دارد. در صورت لاستیكی بودن تسمه‌ها، از تسمه‌های V شكل استفاده می‌شود. تسمه‌های V شكل، سطح مقطع V شكلی دارند كه باعث افزایش اصطكاك تسمه با پولی می‌شود.
وقتی دو مخروط پولی از هم فاصله بگیرند، یعنی ضخامت پولی بیشتر شود، تسمه به شكاف پایین‌تر می‌رود و شعاع تسمه حلقه شده دور پولی كاهش می‌یابد. وقتی دو مخروط پولی به هم نزدیك می‌شوند، یعنی ضخامت پولی كاهش می‌یابد، تسمه به شكاف بالاتر رفته و شعاع تسمه حلقه شده دور پولی افزایش می‌یابد.
CVT می‌تواند از فشارهای هیدرولیكی، نیروی گریز از مركز و یا كشش فنر به منظور تولید نیروی مورد نیاز برای تنظیم دو نیمه پولی استفاده كند.
پولی‌های دارای قطر متغیر، همیشه به صورت زوجی به كار می‌روند. یكی از پولی‌ها كه پولی محرك شناخته می‌شود، به میل‌لنگ موتور متصل است. پولی محرك، پولی ورودی هم نامیده می‌شود زیرا جایی قرار دارد كه انرژی موتور وارد سیستم انتقال قدرت می‌شود. پولی دوم، پولی گردنده یا متحرك نامیده می‌شود زیرا پولی اول آن را می‌چرخاند. پولی گردنده به مثابه پولی خروجی، انرژی را به محور چرخ‌ها منتقل می‌كند.
وقتی یك پولی، در راستای محوری ضخامت خود را افزایش می‌دهد، دومی از ضخامت خود می‌كاهد تا تسمه در حالت كشیده باقی بماند. زمانی كه دو پولی ضخامت خود را نسبت به یكدیگر تغییر می‌دهند، بی‌نهایت نسبت دنده از كم به زیاد و شامل همه نسبت‌های مابین به وجود می‌آید. مثلاً، وقتی شعاع تسمه در پولی محرك كم و در پولی خروجی زیاد باشد، سرعت دوران پولی خروجی كاهش می‌یابد و نسبت دنده پایین‌تری را ایجاد می‌كند. وقتی شعاع تسمه در پولی محرك زیاد و در پولی خروجی كم باشد، سرعت دوران پولی خروجی افزایش می‌یابد و نسبت دنده بالاتری را ایجاد می‌كند. بنابراین، یك CVT از لحاظ نظری شامل بی‌نهایت نسبت دنده می‌شود و می‌تواند در هر زمانی و با هر دور موتوری كار كند.
طبیعت ساده و بدون گسستگی CVTها، آنها را به سیستم انتقال قدرت ایده‌آلی برای تمام ماشین‌ها و دستگاه‌ها- نه صرفاً خودروها- تبدیل كرده است.
CVTها سال‌های متمادی در ابزار قدرتی و مته‌ها به‌كار رفته‌اند. از آنها در وسایل نقلیه مختلفی اعم از تراكتورها و ماشین‌های برف رو گرفته تا اسكوترهای موتوری استفاده می‌شود. در تمام این كاربردها، از تسمه‌هایی با لاستیك فشرده در نوع سیستم انتقال قدرت استفاده می‌شود كه ممكن است كشیده شده یا سر بخورد و در نتیجه، باعث هدر رفتن انرژی و كاهش كارایی شود.
تولید و ساخت ماده‌های جدید، CVTها را مطمئن‌تر و كارامدتر از قبل كرده است. یكی از مهمترین پیشرفت‌ها، طراحی و توسعه تسمه‌های فلزی برای متصل كردن دو پولی بوده است. این تسمه‌ها انعطاف‌پذیر از چندین (عموماً 9 یا 12) نوار نازك فولادی كه تكه‌های فلزی پاپیونی شكل بسیار مقاوم را كنار هم نگه می‌دارد، ساخته شده‌اند. تسمه‌های فلزی به این دلیل كه سر نمی‌خورند و بسیار با دوامند اجازه انتقال گشتاور بیشتری را به CVT می‌دهند. در ضمن، این تسمه‌ها مناسب‌تر از تسمه‌های لاستیكی هستند.

دیگر انواع CVT

CVT مارپیچی

نوع دیگری از CVT است كه در آن، تسمه و پولی‌ها با دیسك‌ها و غلطك‌ها جایگزین شده است.
گرچه این سیستم بسیار متفاوت به نظر می‌رسد، اما تمامی اجزای آن قابل مقایسه با تسمه و پولی بوده و نتیجه‌ای یكسان دارد. ترتیب طرز كار این سیستم عبارت است از:

-دیسكی به موتور متصل شده كه معادل پولی محرك است.

- دیسك دیگری به میل گاردان متصل شده كه معادل پولی مقاوم یا متحرك است.

- غلطك‌ها و یا چرخ‌ها، بین دو دیسك قرار داشته و همانند تسمه، نیرو را از دیسكی به دیسك دیگر منتقل می‌كنند.

چرخ‌ها می‌توانند در دو جهت، حول محور افقی و به سمت بالا و پایین، حركت كنند. این حالت، به چرخ‌ها اجازه می‌دهد تا در وضعیت‌های مختلف، با دیسك تماس داشته باشند. وقتی چرخ‌ها با دیسك محرك در نزدیكی مركز در تماس باشند، با دیسك مقاوم در نزدیكی لبه آن در تماس هستند. این امر باعث كاهش سرعت وافزایش گشتاور می‌شود (دنده سنگین). وقتی چرخ‌ها با دیسك محرك در لبه آن تماس داشته باشند، باید با دیسك مقاوم نزدیك مركز در تماس باشند كه این امر باعث افزایش سرعت و كاهش گشتاور می‌شود (دنده سبك). به این ترتیب، حركت ساده چرخ‌ها نسبت دنده را به صورت لحظه‌ای و ملایم تغییر می‌دهد.

CVTهای هیدرواستاتیكی
هر دو نوع CVT پولی- تسمه‌ای و مارپیچی، از گروه CVTهای اصطكاكی هستند كه با تغییر دادن شعاع نقطه بین تماس دو بخش چرخنده یا دوار، كار می‌كنند. نوع دیگر CVTها، هیدرواستاتیكی است كه در آن، از پمپ‌های جابه‌جایی متغیر استفاده شده تا جریان مایع ورودی به موتور هیدرواستاتیكی را تغییر دهد. در این نوع انتقال قدرت، حركت چرخشی موتور، یك پمپ هیدرواستاتیكی را در طرف محرك به كار می‌اندازد. پمپ، حركت چرخشی را به جریان سیال تبدیل می‌كند. سپس، یك موتور هیدرواستاتیكی كه در طرف مقاوم قرار دارد، جریان سیال را دوباره به حركت چرخشی تبدیل می‌كند.
انتقال قدرت هیدرواستاتیكی معمولاً با یك دسته دنده سیاره‌ای و كلاچ‌ها تركیب می‌شود تا یك سیستم دوگانه به نام انتقال قدرت هیدرومكانیكی را تشكیل دهد. انتقال قدرت هیدرومكانیكی نیرو را به سه روش ذیل به چرخ‌ها منتقل می‌كند:

1. در سرعت‌های پایین به صورت هیدرولیكی

2. در سرعت‌های بالا به صورت مكانیكی

3. بین این دو حد، به صورت هیدرولیكی- مكانیكی

انتقال قدرت هیدرولیكی، برای كارهای سنگین مناسب است و به همین علت، معمولاً در تراكتورهای كشاورزی و وسایل نقلیه‌ای كه روی هر سطحی حركت می‌كنند، به كار می‌رود.

مزایای استفاده از CVT

- كاهش ذرات آلاینده

- كاهش مصرف سوخت

- كاركرد موتور در دما و دور موتور پایین‌تر

- افت توان كمتر و برخورداری از شتاب بیشتر

- مطابقت با انواع مكانیزم‌های رایج كلاچ

- یكنواختی حركت و رانندگی آرام از توقف كامل تا سرعت‌های بالا