دسته: گیربکس

گیربکس و چرخ دنده های ساده در آن به دلیل ساخت آسانشان ارزان هستند و به همین دلیل کاربرد زیادی در صنعت دارند. برای مثال در ساعت های کوکی و اتوماتیک ،ماشین لباس شویی ،پنکه و نمونه اینها کاربرد دارند.

این نوع چرخ دنده ها در گیربکس، ساده ترین مکانیزم چرخ دنده ها را دارند، دارای دندانه های مستقیمی می باشند و با محور چرخ دنده در حالت موازی قرار گرفته اند. برای کاهش سرعت و افزایش قدرت، در بسیاری از مواقع تعداد زیادی از آنها را کنار هم قرار می دهند. روی محورهای موازی جهت حرکت یکی از آنها ، خلاف جهت حرکت دیگری است. اگر بخواهند دو چرخ دنده درگیر در یک جهت حرکت کنند بین آنها چرخ دنده سومی را قرار می دهند تا جهت حرکت ورود و خروج یکی شود. به چرخ دنده های ساده  چرخ دنده های مارپیچ ،جناغی و پیشانی نیز می گویند.

 بزرگ ترین عیب آنها سرو صدای زیاد است. هر بار که دندانه یک چرخ دنده به چرخ روبرو می رسد ، صدای کوچکی در اثر برخورد ایجاد می شود ، و زمانی که تعداد زیادی از این دندانه ها به هم برسند ،صدا بیشتر می شود ، تا جایی که حتی در دراز مدت ، این برخورد ها باعث شکستن دندانه ها می شوند.

گیربکس های دستی که به عنوان جعبه‌دنده‌های استاندارد نیز شناخته می‌شوند، عملیات انتقال گشتاور خروجی موتور به چرخ‌ها را، توسط مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌ها انجام می‌دهند، که روی دو میله (شَفت) ورودی و خروجی قرار دارند. گیربکس دستی، (به انگلیسی: Manual transmission) جعبه دنده دستی یا گیربکس دنده‌ای می باشد.

کلاچ مورد استفاده در گیربکس دستی، از نوع خشک بوده و معمولا عملیات انتقال قدرت، توسط پدال کلاچ پایی یا دسته دنده دستی، انجام می شود.

گیربکس های دستی، در مجموع به سه نوع: ۴دنده، ۵دنده و ۶دنده تقسیم می‌شوند. جعبه دنده های ۴ دنده دستی قبلا در خودروی‌های دهه ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۰ میلادی استفاده می‌شدند و در حال حاضر در صنعت خودروسازی، عملأ منسوخ شده‌ هستند. چعبه دنده های ۵ و ۶ دنده دستی، در حال حاضر بیشترین کاربرد را در میان اتومبیل‌های استاندارد دارای گیربکس دستی، دارا هستند.

سایر گونه‌های گیربکس، شامل: گیربکس نیمه خودکار، جعبه‌دنده خودکار، گیربکس دنده متغیر پیوسته و مانوماتیک (تک‌واژ چندوجهی از ترکیب دستی و اتوماتیک) می‌باشد.

اجزای داخلی گیربکس

به طور کلی گیربکس یا جعبه دنده به دستگاهی اطلاق می شود که داری اجزای داخلی زیر باشد:

•  شفت ورودی ( خروجی از کلاچ )
•  شفت خروجی ( تمام دنده ها به طور هرز روی آن قرار دارند )
•  برنجی ( هم دور کننده دور دو چرخ دنده برای تعویض دنده )
• توپی ( کشویی روی آن حرکت رفت و بگشتی میکند )
• کشویی ( به دنده ها قفل می شود و موجب تعویض دنده می شود )
• ماهک ( حرکت دسته دنده را به کشویی می دهد )
• محور زیر ( محوری است که دنده ها روی آن پرس شده اند )
•  چرخ دنده های ۱ و ۲ و ۳ ( دنده ۴ چرخ دنده ندارد )
•  برنجی ( هم دور کننده دور دو چرخ دنده برای تعویض دنده )

قدرت پس از ورود به گیربکس توسط شفت زیر به محور اصلی انتقال میابد در این موقع هر دنده ای که با کشویی مربوطه خود قفل باشد قدرت خود را از جعبه دنده خارج می کند . روغن مورد استفاده جعبه دنده های معمولی واسکازین نام دارد و غلظتی به مراتب بالاتر از سایر روغن های اتومبیل دارد ( حدود ۸۰ تا ۹۰ ).

وظایف گیربکس

1.  امکان حرکت معکوس برای خودرو
2.  تبدیل گشتاور برای حالت های مختلف
3. امکان درجا کار کردن موتور

گیربکس دور خروجی کلاچ را گرفته و آن را تغییر میدهد ( گشتاور را زیاد یا دور را کم می کند ).

اگر یک عضو از مجموعه خورشیدی گیربکس ثابت شود و عضو دیگر گردش کند، حاصل کار افزایش سرعت، کاهش گشتاور و یا کاهش سرعت و حرکت معکوس خواهد بود . نتیجه کار بستگی به این دارد که کدام عضو ثابت بماند و یا کدام عضو بچرخد ، در این رابطه موارد زیر را بررسی می کنیم.

۱- کاهش سرعت : اگر چرخ دنده رینگی بچرخد و خورشیدی در گیربکس ثابت باشد، قفسه آهسته تر می شود این حالت دنده دو است .

۲- افزایش سرعت ۱ : اگر خورشیدی ثابت بماند و قفسه در گیربکس بچرخد نتیجه افزایش سرعت خواهد بود.

۳- افزایش سرعت ۲ : اگر رینگی ثابت شود و قفسه بچرخد نتیجتا خورشیدی سریع تر از قفسه می چرخد و حاصل افزایش سرعت است .

۴- انتقال مستقیم : اگر دو عضو به هم قفل شوند و یا با سرعت مساوی گردش کنند مجموعه چرخ دنده های خورشیدی به صورت یک واحد عمل می کنند و نسبت دور ۱:۱ می شود .

۵- دنده عقب : اگر قفسه ثابت باشد ، خورشیدی بچرخد ، هرز گردها ، هرز می شوند و رینگی را در جهت عکس در گیربکس می چرخاند .

۷- خلاص : وقتی هیچ کلاچی درگیر نباشد و هیچ بست و یا قفل کننده ای (باند) درگیر نباشد و هیچ باری بر موتور وارد نمی شود . حالت استارت است.

گیربکس های اتوماتیک در گذشته با استفاده از دنده های کنار فرمان و میان کنسولی، عملکرد راننده را در پروسه تعویض دنده تنها به  D (حرکت)، N (خلاص)، R (عقب)و P (پارک) محدود می کردند،  اما گیربکس منومتیک با اهرم های تعویض دنده در پشت غربیلک فرمان (Paddle Shiftres) و دسته دنده های مخصوص این سیستم، همچنان فرصت کم و زیاد کردن دنده ها را برای راننده فراهم کرده است. “منومتیک” (manumatic) ترکیبی از دو کلمه دستی و اتوماتیک است و به گیربکس هایی اطلاق می شود که پروسه تعویض دنده را برای رانندگان بسیار راحت کرده است. 

شرکت های خودروسازی هرکدام نامی برای گیربکس منومتیک ابداعی خود انتخاب کرده اند، نام هایی مانند “تیپ ترونیک (Tiptronic)، گیرترونیک (Geartronic)، تاچ ترونیک (touchtronic)، اسپرت ترونیک (Sporttronic) و دستی بدون کلاچ (clutchless-manual). برخی از جعبه دنده های منومتیک و نیمه اتوماتیک اجازه کنترل تعویض دنده ها را کاملاً به راننده می دهند؛ در حالی که بیشتر آن ها با تعویض دنده  در دور موتور پایین یا دور موتور بالا و براساس مکان پدال گاز، در این پروسه مداخله می کنند و به صورت اتوماتیک دنده ها را عوض می کنند. جعبه دنده های منومتیک و بیشتر جعبه دنده های نیمه اتوماتیک می توانند همانند یک جعبه دنده اتوماتیک عمل کنند و اجازه دهند که سیستم کامپیوتری نسبت به تعویض دنده ها اقدام کند. در واقع باید اذعان داشت که با اختراع گیربکس های منومتیک، راننده ها دیگر نیازی به کسب مهارت برای کار با دو پدال گاز و کلاچ نخواهند داشت و درگیر پروسه تعویض دنده ها نمی شوند.

گیربکس دستی Sliding Mesh در واقع شامل دو ردیف شفت می باشند :  شفتی که از طرف کلاچ می آید و خود شامل دو قسمت است؛ یکی که کاملاً ثابت می باشد و در واقع محور ورودی است بنام محور اصلی ( primary shaft ) و شفت دیگری که در امتداد آن اما بصورت جداگانه و متحرک قرار دارد و بنام splined mainshaft خوانده می شود و عمل تعویض دنده نیز با جابجایی این شفت صورت می پذیرد.

می توان گفت: این نوع جعبه دنده ها ازقدیمی ترین و ساده ترین انواع گیربکس ها می باشند که درگیری دنده ها در آنها توسط جابجا کردن دنده ها می باشد.

 شفتی پایینی که بنام محور ثانویه (lay shaft) خوانده می شود و بسته به نوع گیربکس یا جعبه دنده، تعدادی دنده بر روی آن قرار می گیرد. این شفت توسط درگیری بین دو دنده به طور دائم در ارتباط با محور اصلی است.

هنگامی که گشتاور از طریق درگیری یک جفت دنده از محور اصلی به محور ثانویه منتقل می شود، با توجه به نسبت تعداد دنده ها یک کاهش دور در آن ایجاد می شود. حاصلضرب این کاهش دور در کاهش دور ناشی از درگیری دو چرخ دنده نهایی،نسبت کاهش دور اصلی ناشی از یک دنده خاص را به ما می دهد.

در گیربکس دستی Synchromesh نیز همانند حالت Constant Mesh دنده های روی شفت اصلی با دنده مربوطه روی شفت ثانویه در حالت درگیری دائم هستند. دنده های روی شفت ثانویه روی محور ثابت و دنده های روی شفت اصلی توانایی گردش آزادانه حول محور خود را دارند. از این لحاظ نیز، این نوع گیربکس همانند جعبه دنده های constant mesh هستند، اما نکته ای که در اینجا وجود دارد استفاده از سیستم  هم سرعت کننده (synchronizer) در گیربکس دستی Synchromesh می باشد که در این حالت لزوم گیربکس به double declutching را از میان می برد. با استفاده از این سیستم هم سرعت کننده در گیربکس دستی Synchromesh ، عمل تعویض دنده براحتی و بدون سروصدای ناشی از بهم خوردن دنده ها صورت خواهد گرفت. 

اگر گیربکس در وضعیت خلاص باشد توان انتقال نمی دهد. در این حالت هیچ یک از چرخدنده های روی محور خروجی به آن قفل نمی شوند. در هنگام تعویض دنده، چرخدنده ها با عمل کشویی به محور قفل می شوند. خود کشوییها نیز توسط هزار خار به محور خروجی متصلند و با آن می چرخند. ماهک روی کشویی در شیارهای غلاف کشویی جفت می شود. وقتی راننده دسته دنده را جابجا می کند، این حرکت از طریق میله بندی به ماهک روی کشویی منتقل می شود. ماهک، غلاف کشویی را به حرکت در می آورد و غلاف چرخدنده مورد نظر را روی محور قفل می کند. به کمک کشویی می توان کاری کرد که چرخدنده ها و غلافهای کشویی در حوالی زمانی که باید با هم درگیر شوند، با سرعت برابر بچرخند. وقتی این سرعتها با هم برابر باشند، چرخدنده ها به نرمی درگیر می شوند. کشوییها، مخروطهای هماهنگ کننده ای روی چرخدنده ها و نیز روی دنده برنجی دارد که در واقع کار یک کلاچ کوچک را انجام می دهند. مغزی کشویی با هزار خار به محور خروجی جعبه دنده متصل است. غلاف کشویی روی مغزی کشویی جفت می شود.

شکل بالا شکل یک دنده به همراه اجزای هم سرعت کننده مربوط به آن را نشان می دهد. عمل همسان سازی سرعت طی سه مرحله صورت می گیرد: وقتی دنده عوض می کنیم، غلاف کشویی به طرف چرخدنده مورد نظر می رود. این غلاف روی خارهای مغزی کشویی می لغزد و خارهایی را با خود جابجا می کند. این خارها نیز به دنده برنجی نیرو وارد می کنند و آن را  به طرف چرخدنده مورد نظرمی رانند، در نتیجه سطح مخروطی دنده برنجی با سطح مخروطی چرخدنده تماس پیدا می کند. اصطکاک بین آنها سبب یکسان شدن سرعت و هماهنگی در چرخششان می شود. وقتی دنده های خارجی دنده برنجی و چرخدنده با یک سرعت می چرخند، غلاف کشویی روی آنها می لغزد. درنتیجه چرخدنده به محور قفل و تعویض دنده انجام می شود. توان از این چرخدنده از طریق غلاف کشویی و مغزی کشویی به محور منتقل می شود.

شکل بالا عمل سیستم همسرعت کننده را نشان می دهد. سالها پیش گیربکس های دستی چهار دنده بودند و دسته دنده درکف اتاق قرار داشت، جاییکه راننده براحتی به آن دسترسی داشت. انتهای گیربکس به مکانیسم تعویض دنده متصل می شد. پس از آن دسته دنده را به لوله فرمان منتقل کردند، جاییکه بیشتر در دسترس راننده بود. بااین تغییر جای پاها در صندلی جلو نیز وسیعتر شد. امروزه دسته دنده دوباره درکف اتاق نصب می شود.درواقع اغلب اوقات دسته دنده بخشی از کنسول میانی است.برای اتصال دسته دنده به گیربکس از میله بندیهای با آرایش مختلف استفاده شده است. طرز کار تمام این میله بندیها اساساً یکی است. برای عوض کردن دنده باید دو حرکت به دسته دنده اعمال کرد. در اولین حرکت ماهک روی کشویی و کشویی مربوط به چرخدنده مورد نظر انتخاب می شود. حرکت دوم سبب می شود که ماهک رویکشویی، غلاف کشویی را به حرکت در آورد. در نتیجه حرکت اخیر، چرخدنده مورد نظر به محور اصلی قفل می شود.

در گیربکس دستی Constant Mesh بر خلاف گیربکس های Sliding mesh همه دنده ها با هم درگیر هستند، این روش باعث عملکرد آرام و بدون صدای این دنده ها می شود، چرا که عمده صدا در سیستم گیربکس قبلی ناشی از جازدن دنده ها بود. علاوه بر آن، در این سیستم چون دنده ها همیشه با هم درگیر هستند، می توان از دنده های مارپیچی (هلیکالی) استفاده نمود که این خود نیز در کاهش صدا و عملکردنرمتر گیربکس موثر است. در این نوع از گیربکسها محل و نحوه قرارگیری دنده ها بر روی محورهای اصلی و ثانویه همانند حالت قبلی است، ولی در اینجا هر دنده روی محور اصلی با دنده متناظر روی محور ثانویه درگیر است. بنابراین در این حالت بدون توجه به اینکه اتومبیل در چه دنده ای قرار دارد، در هر حال تمام دنده ها در حال چرخش هستند، اما تنها یکی از این دنده های در حال چرخش است که می تواند به تناسب شماره دنده مورد نیاز با محور اصلی کوپل شود و آنرا به حرکت درآورد. اولین دنده روی primary shaft  و نیز تمامی دنده های روی lay shaft با محور خود کاملاً فیکس هستند و امکان جابجایی نسبت به محور را ندارند.

در گیربکس دستی Constant Mesh برای درگیری بهتر زبانه dog clutchو دنده لازم است که سرعت آنها با هم برابر باشند. برای تحقق نسبی این  امر در این نوع سیستم گیربکسی از double declutching استفاده می شود. بدینگونه که بار اول که کلاچ گرفته می شود، ارتباط موتور با گیربکس قطع می شود. پس فشار از روی زبانه های dog clutch برداشته می شود تا بتوان آن را به حالت خلاص منتقل کرد. بعد با رها کردن کلاچ، موتور را به سرعت مناسب می رسانیم . منظور از سرعت مناسب، دور موتوری است که با دنده بعدی تناسب دارد. یعنی کاری می کنیم که زبانه های dog clutch و چرخ دنده ای که مربوط به دنده بعدی است با سرعت یکسانی بچرخند تا زبانه ها بتوانند در چرخ دنده جفت شود. حالا مجبوریم  یک بار دیگر کلاچ را فشار دهیم تا این زبانه ها و دنده جدید با هم درگیر شوند.بنابراین در این حالت برای تعویض دنده راننده ابتدا باید دنده را خلاص کند و سپس با کلاچ گیری دوباره دنده بعدی را انتخاب کند.

یک مجموعه گیربکس و چرخ دنده های خورشیدی در آن می تواند هر یک از ۵ وظیفه زیر را انجام بدهد :

1. افزایش سرعت یا کاهش گشتاور (اورداریو)
2. معکوس کردن جهت چرخش
3. خلاص کردن
4. کاهش سرعت یا افزایش گشتاور (آندردرایو)
5. انتقال مستقیم( یک به یک )

جعبه دنده های اتوماتیک که در خودرو های امروزی استفاده می شوند، می توانند یک یا چند دنده خورشیدی داشته باشند . در گیربکس های متفاوت، خورشیدی دنده مستقیم، خورشیدی دنده عقب و گاهاً خورشیدی های ۱،۲،۳ و عقب دیده می شود .

وقتی دو چرخ دنده در گیربکس با هم درگیر می شوند، در جهت مخالف یک دیگر می چرخند. برای این که دو چرخ دنده در یک جهت گردش کنند باید چرخ دنده سومی به نام چرخ دنده هرزگرد بین آنها قرار گیرد، این چرخ دنده کاری انجام نمی دهد فقط جهت دور را عکس می نماید.

با استفاده از یک چرخ دنده کوچک خارجی که درون یک چرخ دنده بزرگ داخلی در گیربکس قرار می گیرد می توان دو چرخ دنده دیگر را به گردش هم جهت وا داشت ، با قرار دادن چرخ دنده دیگری در وسط و درگیر کردن آن با چرخ دنده خارجی ،یک دست چرخ دنده ی خورشیدی یا سیاره ای ایجاد می شود.

در هنگام چرخش یکی از چرخ دنده ها در گیربکس ، ابتدا نوک دندانه ها با هم تماس پیدا می کنند، سپس به تدریج دو دندانه با هم درگیر می شوند، این درگیری تدریجی باعث کاهش سرو صدا می شود. دندانه های این نوع چرخ دنده  مورب هستند و با محور چرخ دنده در حالت زاویه داری قرار گرفته اند. همچنین مکانیزم چرخ دنده ،نرم کار می کند، سطح تماس پروفیل دنده ها نیز نسبت به چرخ دنده ساده بیشتر است و انتقال قدرت بزرگی انجام می شود.  این گونه چرخ دنده ها در صنعت خودرو سازی کاربرد زیادی دارند.

وقتی دو دنده بر روی گیربکس و چرخ دنده های مارپیچ آن درگیر می شوند تماس از انتهای یکی از دنده ها شروع شده و بتدریج با چرخش چرخ دنده گسترش پیدا می کند تا زمانی که دودنده بطور کامل درگیر شوند.
درگیر شدن تدریجی گیربکس و چرخ دنده های مارپیچ موجود در آن را وادار می کند که آرامتر و ملایم تر از چرخ دنده های ساده عمل نمایند. به همین دلیل چرخ دنده های مارپیچی تقریبا” درگیربکس های همه اتومبیل ها مورد استفاده قرارمی گیرد.

به علت زاویه دنده ها در چرخ دنده های مارپیچ وقتی که دنده ها درگیر می شوند بار محوری بوجود می آورند. گیربکس ها و دستگاه هایی که از چرخ دنده های مارپیچ استفاده می کنند یاتاقان هایی دارند که می توانند این بار محوری را نگه دارند. یک نکته جالب در مورد چرخ دنده های مارپیچ این است که اگر زوایای دندانه های چرخ دنده صحیح باشند می توانند روی محور عمودی سوار شده زاویه چرخش را روی ۹۰ درجه تنظیم کنند.