مجله تخصصی خودرو اخبار خودرو , قیمت خودرو , خرید و فروش خودرو , قیمت ماشین , قیمت اتومبیل
انواع گیربکس های خودرو و مکانیزم آن ها + اصول فیزیکی تعویض دنده
آیا تا به حال فکر کرده اید ؛ دسته دنده به چه چیزی متصل است و با حرکت دسته دنده چه اتفاقی درون جعبه دنده رخ می دهد ؟ چرا گاهی هنگام تعویض دنده ، صدایی عجیب شبیه خرد شدن قطعات به گوش می رسد ؟ چرا نمی توان هنگام حرکت به سمت جلو ، خودرو را در وضعیت دنده ی عقب قرار داد ؟ آیا با این کار ، قطعات داخل جعبه دنده خرد می شوند ؟ این ها تنها بخشی از سؤالات احتمالی کسی است که حداقل یک بار پشت فرمان خودرو نشسته باشد .
اصول فیزیکی
قبل از معرفی قطعات و نحوه‌ی عملکرد جعبه دنده ی دستی ، ابتدا باید با‌یکی از ابتدایی ترین و اساسی ترین قطعات مکانیکی موجود در جعبه دنده ها ؛ چرخ دنده ، آشنا شویم . چرخ دنده ها قطعاتی دندانه دار هستند که داخل آن ها سوراخی به اندازه ی قطر محور وجود دارد و چرخ دنده روی آن محور سوار می شود . هنگامی که بخواهیم ارتباطی بین دو محور برقرار کنیم ، باید روی هر دوی آن ها ، چرخ دنده قرار دهیم . در حقیقت چرخ دنده می تواند گشتاور را با تغییر جهت منتقل کند که با استفاده از آن ها ، گشتاور و سرعت دورانی کنترل می شود . اندازه ی دنده های چرخ دنده های درگیر باید یکسان باشد ولی قطر آن ها می تواند متفاوت باشد ؛ اگر قطر چرخ دنده ها با یکدیگر برابر باشد ، سرعت آن دو محوری که چرخ دنده ها روی آن ها سوار است ، یکسان خواهد بود ، اما اگر قطر آن ها برابر نباشد ، چرخ دنده ای که قطر کم تری دارد ، ( کوچک تر است ) تعداد دور بیش تری می زند و در نتیجه سرعت بیش تری دارد .
همان‌طور که در شکل زیر مشاهده می کنید ، چرخ دنده ی کوچک تر با 25 دندانه باید سه برابر سرعت چرخ دنده ی بزرگ تر با 75 دندانه بچرخد ، یعنی هرگاه چرخ دنده ی بزرگ یک دور بزند ، چرخ دنده ی کوچک سه دور زده است . نیرو ، قدرت و گشتاور ، همیشه از یک محور یا یک چرخ دنده به محور یا چرخ دنده ی دیگر انتقال پیدا می کند . برای مثال ، در خودرو اگر یک محور به چرخ ها وصل باشد و محور دیگر به پیشرانه ی خودرو ، محور متصل به پیشرانه ، محور محرک و محور متصل به چرخ خودرو محور متحرک نامیده می شود .
برای بیان رابطه ی گشتاور و سرعت دورانی میان دو چرخ دنده ی درگیر از رابطه ای فیزیکی به نام نسبت انتقال ( ضریب دنده ) استفاده و به صورت N1/N2=T2/T1 بیان می شود . در این رابطه N بیانگر سرعت دورانی و T تعداد دندانه های چرخ دنده است . در مثال بالا ، از آن جا که سرعت یک چرخ دنده سه برابر دیگری است ، نسبت انتقال می تواند 3 یا 3.1 باشد . اگر محور محرک چرخ دنده ی کوچک و محور متحرک چرخ دنده ی بزرگ باشد ، نسبت انتقال با تقسیم تعداد دندانه چرخ متحرک ( 75 دندانه ) بر تعداد دندانه‌های چرخ محرک ( 25 دندانه ) به دست می آید که برابر 3 خواهد بود و اگر محور محرک چرخ دنده ی بزرگ و محور متحرک چرخ دنده ی کوچک باشد ، نسبت انتقال 3.1 خواهد بود .
فرض کنید در این مکانیزم ، چرخ دنده ی کوچک محرک و چرخ دنده ی بزرگ متحرک باشد . در این حالت سرعت خروجی ( از محور متحرک ) نسبت به سرعت ورودی ( از محور محرک ) کاهش پیدا کرده و مقدار این کاهش سرعت دقیقا 3.1 است . یعنی اگر پیشرانه‌ی خودرو به چرخ دنده ی کوچک و چرخ های خودرو به چرخ دنده ی بزرگ وصل باشد ، سرعت چرخ های خودرو 3.1 سرعت پیشرانه است ؛ در این حالت نسبت انتقال نیز برابر عدد 3 خواهد بود . در واقع ، مکانیزم سرعت خروجی را نسبت به سرعت ورودی به میزان 3 برابر ، کاهش داده است .
از سوی دیگر ، رابطه‌ی فیزیکی میان گشتاور ، سرعت دورانی و قدرت تولیدی پیشرانه به صورت P=T×S بیان می شود که در آن P قدرت ، S سرعت دورانی و T گشتاور است . با ثابت در نظر گرفتن قدرت تولیدی پیشرانه ، کاهش سرعت در مثال بالا تمام ماجرا نخواهد بود بلکه ، کاهش سه برابری سرعت ، با افزایش سه برابری گشتاور همراه خواهد بود ؛ یعنی در این مثال اگرچه سرعت خروجی 3.1 بود ( سه برابر کاهش پیدا کرد ) ولی گشتاور خروجی نیز سه برابر شد ( سه برابر افزایش پیدا کرد ) که این ماهیت کلی نسبت انتقال است .
اجزای درگیر در عمل تعویض دنده
1- دسته دنده
میله ای فلزی که راننده با حرکت آن در یک الگوی H شکل عمل تعویض دنده را انجام می دهد .
2- میل ماهک
میله ای فلزی که ، از یک سر به دسته دنده و از سر دیگر به ماهک متصل است . راننده با حرکت دسته دنده در حقیقت میل ماهک را حرکت می دهد .
3- ماهک
قطعه ای به شکل نیم دایره که به انتهای میل ماهک متصل است و نیروی دست راننده را به کشویی منتقل می کند ؛ با این حرکت ، کشویی دنده با چرخ دنده درگیر می شود .
4- کشویی دنده
چرخ دنده های تعبیه شده بر محور سوم جعبه دنده روی یاتاقان نصب شده اند و می توانند آزادانه و بدون وارد کردن نیرو به محور بچرخند . کشویی دنده وظیفه ی ثابت کردن چرخ دنده روی محور را از طریق چفت شدن دندانه ها با چرخ دنده ی هماهنگ کننده بر عهده دارد ، تا از این طریق بتوان گشتاور تولیدی توسط پیشرانه را به چرخ ها منتقل کرد .
5- چرخ دنده ی هماهنگ کننده
سطح خارجی یاتاقان های چرخ دنده ها به صورت دندانه دار ساخته شده است . یاتاقان ها به طور کامل به محور سوم چسبیده اند و با سرعت دورانی یکسانی با محور به حرکت درمی آیند . هنگام عمل تعویض دنده ماهک بر کشویی دنده نیرو وارد می کند و آن را به سمت چرخ دنده ی هماهنگ کننده هدایت می کند تا با چفت شدن دندانه ها درون یکدیگر ، محور شماره ی سوم با سرعت دنده ی درگیر شروع به چرخیدن کند .
6- دنده برنجی
با توجه به این که سرعت دورانی یاتاقان ها با سرعت دورانی دنده ها برابر نیست ، احتمال چفت نشدن دندانه های کشویی و یاتاقان ها بسیار بالا است ؛ چرا که دندانه های این دو قطعه لزوماً در هر لحظه روبه روی یکدیگر قرار ندارند . برای حل این مشکل و انجام هرچه سریع تر و نرم تر عمل تعویض دنده ، یک قطعه ی دندانه دار موسوم به دنده برنجی بین این دو قطعه قرار می گیرد . با حرکت ماهک ، کشویی دنده بر دنده برنجی نیرو وارد و آن را به دندانه های یاتاقان نزدیک می کند . به دلیل اصطکاک بالای دنده برنجی و یاتاقان ، سرعت گردش این دو قطعه در کسری از ثانیه با یکدیگر برابر می شود و در نتیجه دندانه های کشویی دنده به راحتی با دندانه های یاتاقان چفت می شود . در حقیقت ، صدای گوش خراش شبیه خرد شدن قطعات در هنگام تعویض دنده ، مربوط به عدم برابری سرعت کشویی و یاتاقان است که به سبب برخورد دندانه های این دو قطعه با یکدیگر به گوش می رسد .
6- تعویض دنده
به طور خلاصه ، راننده با فشردن پدال کلاچ سبب قطع شدن ارتباط محور یک ( محرک ) با پیشرانه می شود . سپس با حرکت دادن دسته دنده ، سبب حرکت میل ماهک و در نتیجه‌ی آن ماهک می شود . ماهک دنده با فشردن کشویی متناظر با دنده ی مورد نظر راننده به دنده برنجی نیرو وارد می کند و در در زمان کمی ، باعث برابری سرعت دوران دنده برنجی و یاتاقان دنده می شود . در نهایت دندانه های کشویی دنده با یاتاقان چفت می شود و سبب چرخش محور سوم با سرعتی متناظر دنده می شود .
7- دنده عقب
دنده ی عقب از ترکیب سه چرخ دنده تشکیل شده است . در دنده ی عقب یک چرخ دنده ی هرزگرد ، که وظیفه ی آن تغییر جهت دوران دنده ی عقب است ، وجود دارد . دنده ی عقب همواره در خلاف جهت سایر دنده ها در حال چرخش بوده که نکته ی جالب ، عدم وجود مکانیزم هماهنگ کننده برای آن است . به همین دلیل ، برای قرار دادن خودرو در حالت دنده ی عقب خودرو باید به طور کامل متوقف شود ؛ تلاش برای قرار دادن خودروی در حال حرکت در وضعیت دنده ی عقب بی فایده است و تنها حاصل آن ، تولید صدا های ناهنجار و گوش خراش خواهد بود .
جعبه دنده و متعلقات
جعبه دنده پس از کلاچ ، دومین عنصر سیستم انتقال قدرت در خودروها بوده و از تعدادی چرخ دنده و محور ( شفت ) تشکیل شده است که همگی درون یک محفظه قرار گرفته اند . وظیفه ی جعبه دنده تغییر گشتاور تولیدی توسط پیشرانه و تنظیم سرعت دورانی چرخ ها است . همه ی خودرو های مجهز به پیشرانه ی درون سوز دارای محدودیتی در دور موتور هستند که اغلب محدوده ی خطرناک آن با رنگ قرمز روی صفحه ی مدرج تعبیه شده در پشت فرمان مشخص است . هدف از این درجه بندی ، اطلاع راننده از نحوه‌ی عملکرد پیشرانه و میزان بازدهی آن است . همه ی پیشرانه ها در دور موتوری خاص حداکثر توان خود را تولید می کنند و هدف این است که با استفاده از جعبه دنده و انتخاب دنده ی صحیح ، راننده بتواند همواره پیشرانه را در ایده آل ترین حالت به کار گیرد . این ایده در نهایت منجر به اختراع جعبه دنده های CVT یا دور متغیر شد که همواره پیشرانه را در شرایط ایده آل ( یا نزدیک به آن ) به کار می گیرد .
در جعبه دنده های دستی ساده ، عموما سه محور وجود دارد . محور اول که از طریق کلاچ به پیشرانه متصل است ، محور محرک نام دارد . محور دوم محور متحرک نام دارد که از طریق محور سوم ، موسوم به محور واسط ، به محور محرک متصل است ؛ برای درک بهتر ، به تصویر زیر دقت کنید .
در شکل بالا ، یک جعبه دنده ی 6 سرعته به تصویر کشیده شده است . محور سبز رنگ محور محرک بوده ( متصل به پیشرانه ) که روی آن چرخ دنده ای به صورت یکپارچه با محور تعبیه شده است و با سرعتی مشابه سرعت محور و پیشرانه می چرخد . محور قرمز رنگ محور واسط است که وظیفه ی انتقال گشتاور از محور محرک به محور متحرک را بر عهده دارد . روی این محور نیز تعدادی چرخ دنده ی یکپارچه با محور قرار گرفته است که با سرعتی مشابه سرعت گردش محور محرک می چرخند . محور سوم که با رنگ زرد مشخص شده ، محور متحرک است . روی این محور چرخ دنده هایی با قطرهای متفاوت قرار گرفته است که برخلاف شفت های دیگر ، این چرخ دنده ها با محور متحرک یکپارچه نیستند ، بلکه روی یاتاقان هایی نصب شده اند تا بدون به حرکت درآوردن محور متحرک ، چرخش پیدا کنند . اما چگونه با حرکت دادن دسته دنده ، چرخ دنده های تعبیه شده در جعبه دنده جابه‌جا می شوند ؟
چرخ دنده های گیربکس
چرخ دنده ها مهم ترین و اصلی ترین قطعه در گیربکس یک ماشین هستند و بدون آن ها جعبه دنده معنا و کاربرد خود را کامل از دست می دهد . چرخ دنده ها که اساسی ترین قطعات مکانیکی موجود در پوسته جعبه دنده به شمار می روند هر یک نماینده یکی از دنده های خودرو هستند .
در واقع اگر خودرو جعبه دنده 6 سرعته داشته باشد ، 6 جفت چرخ دنده مربوط به این سرعت ها در گیربکس تعبیه می شود . چرخ دنده ها ، حلقه هایی فلزی با دیواره بیرونی دندانه دار و در قطرهای متفاوت هستند که روی محورهای خود سوار می شوند . ارتباط بین محورها از طریق درگیری دندانه های این چرخ دنده ها برقرار می شود .
همچنین چرخ دنده ها ، انتقال گشتاور را با حرکت خلاف جهت آن کنترل می کنند . با تفاوت در قطر چرخ دنده ها و در نتیجه ایجاد تفاوت در سرعت حرکت آن ها روی محور نیز تغییر در گشتاور منتقل شده از موتور به چرخ ها ایجاد می شود . به این ترتیب که چرخ دنده قطورتر به دلیل وزن بیشتر سرعت کمتری دارد و بالعکس . این چرخ دنده ها عامل تفاوت بین دنده سنگین و سبک هستند . به این ترتیب که نحوه چرخش و انتقال گشتاور توسط آن ها منجر به سرعت و قدرت بالاتر در دنده های سنگین ( چرخ دنده های قطورتر ) و سرعت بیشتر و قدرت کمتر در دنده های سبک ( چرخ دنده های نازک تر ) می شود . بنابراین چرخ دنده های قطورتر مربوط به دنده های ابتدایی و برای شروع حرکت هستند و چرخ دنده‌ه ای باریک تر مربوط به دنده های بالاتر هستند که در سرعت های بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند .
بیشتر بدانید
