مجموعه انتقال قدرت در خودروهای جدید تحت فشار گشتاورهای بالاتر و دورهای پایینتر قرار دارد و همین مسئله سبب شده تا قطعات فنی متفاوتی برای کنترل لرزشها وارد مدار شوند. فلایویل دو جرمی یکی از همین قطعات کلیدی است که با هدف جداسازی دینامیکی لرزشهای موتور از گیربکس طراحی شده است. تغییر در سبک مهندسی پیشرانهها، بهویژه کوچکسازی حجم موتورها و استفاده از سیستمهای توربوشارژ، نوسانات شدیدتری در میللنگ ایجاد میکند. اگر این نوسانات پیچشی بدون واسطه به گیربکس منتقل شوند، علاوه بر افت رفاه سرنشینان، استهلاک قطعات داخلی گیربکس به شدت افزایش مییابد. در این شرایط، شناخت نحوه کارکرد این قطعه، علائم فرسودگی و تصمیمگیری درست درباره تعمیر آن اهمیت بالایی برای مالکان خودرو دارد.
نوسان گشتاور در موتورهای احتراق داخلی جزیی از ماهیت عملکردی آنها است. برخلاف موتورهای الکتریکی که گشتاوری یکنواخت و پیوسته تولید میکنند، پیشرانههای بنزینی و دیزلی قدرت را از طریق ضربات مجزای احتراق در سیلندرها به دست میآورند. هر بار که احتراق رخ میدهد، یک شتاب آنی به میللنگ وارد میشود و در فاصله بین دو احتراق، سرعت دورانی میللنگ به میزان جزئی کاهش مییابد. این نوسانات متناوب که با نام نوسانات پیچشی شناخته میشوند، امواجی از لرزش و صدا تولید میکنند که اگر مهار نشوند، تمام مجموعه انتقال قدرت را دچار فشار مداوم میسازند. برای مقابله با این پدیده، مهندسان راهکارهای متعددی را در طول زمان توسعه دادهاند.
عملکرد فنی و ساختار فلایویل دو جرمی در سیستم انتقال قدرت
در سیستمهای قدیمیتر، از یک فلایویل تک جرمی استفاده میشد که قطعهای یکپارچه و صلب از جنس چدن یا فولاد بود. در آن ساختار، وظیفه جذب ضربات و نوسانات اولیه بر عهده فنرهای کوچکی بود که روی صفحه کلاچ تعبیه میشدند. اما با افزایش گشتاور تولیدی پیشرانهها و کاهش تعداد سیلندرها، ظرفیت جذب انرژی آن فنرهای کوچک دیگر پاسخگوی حجم نوسانات نبود. فلایویل دو جرمی برای حل همین محدودیت مهندسی شد. در این سیستم، جرم فلایویل به دو بخش مجزا تقسیم میشود: جرم اولیه که مستقیما به فلنج میللنگ پیچ میشود و جرم ثانویه که در سمت گیربکس قرار گرفته و سطح اصطکاک با دیسک و صفحه کلاچ را تشکیل میدهد.
ارتباط مکانیکی بین جرم اولیه و جرم ثانویه از طریق یک مجموعه فنر قوسی بلند و کانالهای پر شده از گریس مخصوص برقرار میشود. این فنرهای قوسی به جرم اولیه اجازه میدهند تا زاویه مشخصی نسبت به جرم ثانویه بچرخد و بازه حرکتی بسیار گستردهتری برای جذب نوسانات داشته باشد. هنگامی که موتور ضربه حاصل از احتراق را به جرم اولیه منتقل میکند، فنرهای قوسی فشرده شده و انرژی ضربه را در خود ذخیره مینمایند. سپس این انرژی به صورت نرم و تدریجی به جرم ثانویه و از آنجا به ورودی گیربکس منتقل میشود. این جداسازی جرمها باعث میشود فرکانس تشدید سیستم انتقال قدرت به دورهای بسیار پایینتر از دور آرام موتور منتقل شود و در نتیجه، گیربکس در تمامی دورهای کاری از نوسانات مخرب در امان بماند.
باید توجه داشت که کارکرد این مجموعه کاملا متفاوت از قطعهای مانند فلکسپلیت است. در خودروهای مجهز به گیربکس اتوماتیک مبتنی بر مبدل گشتاور، از فلکسپلیت استفاده میشود که یک صفحه فلزی نازک و منعطف برای اتصال میللنگ به توربین اتوماتیک است. فلکسپلیت وظیفه جذب نوسانات پیچشی را از طریق فنرهای قوسی بر عهده ندارد و ترانسفورماتور هیدرولیکی یا روغن گیربکس اتوماتیک خود به عنوان میراکننده لرزش عمل میکند. انجامتستهای ساده سلامت گیربکسمیتواند به تشخیص زودهنگام لرزشهای غیرعادی در مجموعه انتقال قدرت کمک کند. بنابراین ترکیب فلایویل دو جرمی اختصاصا برای سیستمهای انتقال قدرت دستی، دوکلاچه و برخی گیربکسهای مکانیزه توسعه یافته است تا نبود مبدل هیدرولیکی را جبران کند.
علاوه بر این، در این قطعه بلبرینگها و بوشهای مرکزکننده ویژهای وجود دارند که همراستایی جرم اولیه و ثانویه را تحت بارهای شعاعی و محوری حفظ میکنند. گریس پایه لیتیوم یا گریسهای سیلیکونی خاصی که درون اتاقک فنرها تزریق میشوند، نه تنها اصطکاک میان مارپیچهای فنر قوسی و دیواره قطعه را کاهش میدهند، بلکه به عنوان یک میراکننده ویسکوز عمل کرده و انرژی نوسانات فرکانس بالا را به حرارت تبدیل میکنند. این مهندسی حسابشده سبب میشود تا دامنه نوسانات منتقل شده به دندههای گیربکس تا بیش از ۸۰ درصد کاهش یابد و عمر مفید قطعات درگیر افزایش یابد.
علل نیاز موتورهای توربو و کم حجم به فلایویل دو جرمی
روند مهندسی خودرو در سالهای اخیر به سمت کاهش حجم موتور، کاهش تعداد سیلندرها و استفاده از سیستمهای توربوشارژر حرکت کرده است. موتورهای سه سیلندر یا چهار سیلندر توربو گشتاور بالایی را در دورهای بسیار پایین مانند ۱۵۰۰ دور در دقیقه ارائه میدهند. در این شرایط، فاصله بین ضربات احتراق بیشتر است و شدت ضربه وارد شده به میللنگ در مقایسه با موتورهای شش یا هشت سیلندر تنفس طبیعی بالا میرود. اگر این گشتاور سنگین در دور پایین به گیربکس منتقل شود، چرخدندهها تحت فشارهای لحظهای شدیدی قرار میگیرند که میتواند منجر به لق شدن یا خوردگی زودرس دندانهها شود.
بر اساس تحلیلهای مهندسی شرکت زداف، یکی از بزرگترین سازندگان سیستمهای انتقال قدرت در جهان، فلایویل دو جرمی نه تنها راحتی و میزان آرامش اتاق را ارتقا میدهد، بلکه از بروز گشتاورهای انباشته شده و پیکهای بار شدید در گیربکس جلوگیری میکند. گیربکسهای جدید به گونهای نسبتبندی میشوند که موتور بتواند در سرعتهای بالا با دور موتور بسیار پایین کار کند تا مصرف سوخت و انتشار آلایندهها کاهش یابد. بدون حضور این فناوری، کارکرد موتور در دورهای زیر ۲۰۰۰ دور در دقیقه باعث ایجاد لرزشهای شدید در پوسته گیربکس و اتاق خودرو میشد و راننده مجبور بود برای فرار از این لرزشها، در دندههای سنگینتر و دورهای بالاتر رانندگی کند که نتیجه مستقیم آن افزایش مصرف سوخت بود.
علاوه بر موتورهای توربوشارژ بنزینی، پیشرانههای دیزلی نیز وابسته به این سیستم هستند. موتورهای دیزلی به دلیل نسبت تراکم بسیار بالا و احتراق خودبهخودی، گشتاور ضربهای شدیدی تولید میکنند. وجود این مکانیزم در این خودروها فشار روی شفت ورودی گیربکس را کاهش داده و مانع از پدیده ضربه دنده در حالت درگیر بودن کلاچ میشود. بنابراین وجود این قطعه یک انتخاب تزییناتی یا رفاهی ساده نیست، بلکه الزام فنی برای حفظ سلامت اجزای مکانیکی سیستم قوای محرکه محسوب میشود.
در واقع، مهندسان قوای محرکه هنگام طراحی سیستم انتقال قدرت، تمام قطعات از میللنگ تا پلوسها را به عنوان یک سیستم نوسانی یکپارچه مدلسازی میکنند. اگر این بخش در محاسبات حذف شود، ضربات ناشی از احتراق به طور مستقیم به شفت ورودی گیربکس منتقل شده و باعث ایجاد پدیدهای به نام لقلق دنده در حالت خلاص میشود. این صدا هنگامی رخ میدهد که چرخدندههای درگیر در گیربکس به دلیل نوسانات سرعت زاویهای میللنگ به یکدیگر برخورد میکنند. سیستم مذکور با هموار کردن این سرعت زاویهای، جلوی این برخوردهای میکروسکوپی اما مخرب را میگیرد.
علائم فرسودگی و ریسکهای جایگزینی با فلایویل تک جرمی
مانند هر قطعه مکانیکی دارای اجزای متحرک، این قطعه نیز طول عمر مشخصی دارد و در اثر حرارت، فشار گشتاور و کارکرد مداوم دچار استهلاک میشود. فنرهای قوسی داخلی ممکن است خستگی فلز پیدا کنند یا بشکنند، گریس مخصوص درون کانالها بر اثر حرارت بالا خصوصیات خود را از دست بدهد یا نشت کند، و سطح اصطکاکی جرم ثانویه دچار تابدیدگی یا شیارهای عمقدار شود. شناخت علائم فرسودگی به مالک خودرو کمک میکند تا پیش از آسیب دیدن سایر بخشها نسبت به تعمیر اقدام کند.
شایعترین نشانههای آسیبدیدگی این قطعه شامل ایجاد صدای تقتق یا کوبش متناوب از بخش انتهای موتور و گیربکس در حالت درجا کار کردن خودرو است. این صدا معمولا با فشردن گزارش اولیه کلاچ تغییر کرده یا قطع میشود. همچنین لرزشهای غیرعادی در بدنه و گزارش اولیه کلاچ هنگام حرکت اولیه، ضربه ناگهانی در زمان درگیر شدن کلاچ، و لرزش شدید موتور در لحظه خاموش کردن از دیگر علائم احتمالی هستند. با این وجود، متخصصان فنی تاکید میکنند که این علائم لزوما و به صورت اختصاصی فقط مربوط به این قطعه نیستند. خرابی دستهموتورها، ایراد در دیسک و صفحه کلاچ، یا آسیب به بلبرینگ کلاچ نیز میتواند نشانههای مشابهی ایجاد کند. از این رو، هرگونه تشخیص نهایی باید پس از پیادهسازی گیربکس و بازرسی چشمی و فیزیکی قطعه انجام گیرد.
عامل اصلی در کاهش عمر این مجموعه، سبک رانندگی نادرست است. رانندگی با دنده مرده، یعنی فشار آوردن به موتور در دورهای بسیار پایین با دنده سنگین، بالاترین فشار را به فنرهای قوسی وارد میکند. همچنین نیمکلاچ کردنهای طولانیمدت در شیبها یا ترافیکهای سنگین موجب تولید حرارت بالایی میشود که گریس داخلی را سوزانده و سبب خشک کار کردن فنرها و خرد شدن آنها میشود. پرهیز ازاشتباههای به ظاهر ساده در نگهداری خودرومانند شتابگیریهای ناگهانی در دورهای نامناسب، نقش مهمی در افزایش عمر قطعات سیستم انتقال قدرت دارد.
یکی از چالشهای اصلی مالکان خودروهای مجهز به این فناوری، قیمت بالای تعویض آن در مقایسه با سیستمهای قدیمی است. همین مسئله سبب شده برخی مالکان یا تعمیرکاران به سراغ کیتهای تبدیل به فلایویل تک جرمی بروند. در این روش، قطعه گرانقیمت دو جرمی با یک نسخه تک جرمی ساده تعویض شده و از صفحه کلاچهای فنردار سنتی استفاده میشود. اگرچه این اقدام در نگاه اول هزینه تعمیرات را کاهش میدهد و خطرات خرابی مجدد فنرها را از بین میبرد، اما از نظر مهندسی ارزیابی ریسک متفاوتی دارد.
حذف سیستم دو جرمی از خودرویی که قوای محرکه آن بر اساس این قطعه کالیبره شده است، پیامدهای فنی متعددی به همراه دارد. نخستین تغییر، انتقال مستقیم لرزشها و صداهای پیچشی به گیربکس است که منجر به صدایی موسوم به چتر یا صدای لقلق دندهها در حالت خلاص میشود. ثانیا، حذف میرایی نوسانات باعث وارد آمدن پیکهای بار گشتاوری به شفت ورودی، سنکرونیزورها و چرخدندههای گیربکس میگردد. در میانمدت، این فشار اضافه میتواند باعث ساییدگی زودرس برنجیهای سنکرونیزور، شکستن دندانههای دنده و حتی آسیب به بلبرینگهای ورودی گیربکس شود. علاوه بر این، نرمی حرکت خودرو در هنگام تعویض دندهها افت کرده و خستگی راننده را در ترافیکهای شهری افزایش میدهد.
از منظر هزینه نگهداری در بازار، اگرچه هزینه اولیه خرید کیت تبدیل ممکن است تا ۵۰ درصد کمتر از یک مجموعه کامل اصلی باشد، اما صدمات احتمالی به گیربکس و کاهش طول عمر کشوییها و برنجیها در طول ۲ تا ۳ سال این صرفهجویی اولیه را خنثی خواهد کرد. علاوه بر آن، افت کیفیت سواری و لرزشهای منتقل شده به کابین میتواند بر قیمت بازفروش خودرو نیز اثر منفی بگذارد.
تغییرات در طراحی قوای محرکه و حرکت صنعت خودرو به سمت پیشرانههای کمحجم و پرقدرت، تعادل شکنندگی میان طول عمر قطعات و راحتی سرنشینان ایجاد کرده است. با ورود خودروهای جدیدتر به بازار و افزایش کارکرد آنها، پرسش اصلی برای مالکان و تعمیرکاران این خواهد بود که آیا بازار قطعات یدکی میتواند نسخههای باکیفیت و اقتصادی این قطعه را تامین کند یا مالکان مجبور به پذیرش ریسکهای فنی تغییر ساختار گیربکس خواهند بود.
