برچسب: جعبه دنده

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.

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.

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.

اگر به نحوه عوض کردن دنده در موتور سیکلت ها نگاه کنید می بینید که با بالا و پایین بردن اهرم تعویض دنده ، دنده عوض می شود، که در این سیستم تعویض دنده به کمک یک Drum شیار دار به شکل زیر صورت می پذیرد و با نحوه تعویض دنده ها در ماشین ها فرق می کند که در این روش تعویض دنده سریع تر است و تعداد قطعات آن کمتر و مجموعه را جمع و جور تر می کند. همانطور که مشاهده می کنید روی درام شیارهای ماشین کاری شده وجود دارد . این شیار ها یکی از دو کار زیر را جهت تعویض دنده انجام می دهند.

1. اگر درام نزدیک به چرخ دنده ها باشد شیارها مستقیماً خود ماهک ها را کنترل می کند و دیگر نیازی به میل ماهک ها نیست.
2.  اگر درام دور از چرخ دنده های گیربکس های ترتیبی قرار گرفته باشد, شیارها میل ماهک ها را جهت تعویض دنده کنترل می کند.

اما در ماشین ها بیشتر از شیوه H-pattern برای تعویض دنده استفاده می شود. که در این شیوه ما دسته دنده را برای تعویض دنده تغییر حالت میدهیم که در این حالت ماهک ها روی میل ماهک عقب و جلو روی می شوند و دنده تعویض می شود. اما گیربکس ماشین های مسابقه نیز شبیه به گیربکس های ترتیبی (Sequential Gearbox) است اما با این تفاوت که در موتور سیکلت اهرم تعویض دنده بالا و پایین می شود اما در ماشین های مسابقه عقب و جلو می شود برای مثال برای تغییر دنده در ماشین مسابقه از ۱ به ۲ دسته دنده یک بار به جلو فشار می دهیم و برای کم کردن دنده عکس کار افزایش دنده را انجام می دهیم و تنها تفاوت در نحوه کنترل میل ماهک هستند اما در موتور سیکلت ها تغییر دنده از ۱ به ۲ اهرم تعویض دنده بالا یا پایین می شود.

گیربکس ها یا جعبه دنده ها می توانند در ازای کاهش دور، گشتاور را افزایش دهند یا در ازای کاهش گشتاور دور را افزایش دهند. در حالت ایده آل حاصلضرب دور در گشتاور در ورودی و خروجی گیربکسها ثابت می ماند، اما با توجه به تلفات انرژی در یک دستگاه مکانیکی این حاصلضرب در محور خروجی کمتر می شود.

عوامل تاثیر گذار در انتخاب یک نوع گیربکس عبارت اندز:

1.  نوع ماشینی که برای آن انتخاب شده است.
2. نوع انتقال بین موتور گیربکس ( مستقیم ، از طریق کوپلینگ کلاچ ، واریاتور)
3. آرایش محورها
4. مقدار بار شعاعی و یا پیشران و علل آن در گیربکسها
5. دمای محیط
6. شرایط محیط مانند گرد و خاکی بودن، رطوبتی بودن، یخ زدگی، استوایی
7. موتور محرک ( نوع و مشخصات )
8. مقدار بار شعاعی و یا پیشران و علل آن

گیربکس های آویز به دلیل قابلیت چند محور بودن توانایی ایجاد نسبت های تبدیل بالایی را دارند که به موازات این مسئله قابلیت ایجاد گشتاور های بالایی را نیز دارند و در مواردی که نیاز به گشتاورهای بالا و کارکرد به صورت دائم کار می باشد، همانند دستگاه های میکسر و یا سیستم های محرک خطی در جرثقیل های سقفی چند کاره انتخاب بسیار عالی می باشند.

گیربکس های آویز مانند گیربکس های هلیکال ساختار چرخ دنده هایی با امتداد پروفیل مورب نسبت به امتداد شفت دارند تنها تفاوتشان در این است که دارای ساختار چند محوری به صورت موازی می باشند.

همچنین این نوع از جعبه دنده ها به دلیل داشتن حجم بالایی از روغن به صورت دائمی دارای ظرفیت حرارتی بالایی نسبت به سایر جعبه دنده های هلیکال هستند که این امر خود باعث بالا رفتن عمر کارکرد گیربکس و عدم تخریب زود هنگام دنده ها می شود.

گیربکس های اتوماتیک را می‌توان به ۳ بخش کلی تقسیم کرد؛ مبدل گشتاور، بلوک هیدرولیک و مجموعه دنده‌ها و کلاچ‌ها.
مبدل گشتاور یا توربین، رابط میان پیشرانه و گیربکس است که از ۲ توربین (روتور) اصلی تشکیل شده است. یکی از توربین‌ها از میل‌لنگ دور گرفته و با ایجاد جریان گردابی در روغن هیدرولیک، توربین دوم را که به جعبه دنده  متصل است، به گردش در‌می‌آورد. حد‌فاصل این توربین‌ها، استاتور قرار گرفته که با تغییر جهت سیال خروجی از پره‌های توربین‌ها، نیروی کمکی برای مجموعه را فراهم می‌کند.

علاوه بر این گیربکس های اتوماتیک علی‌رغم تمام مزایای که دارند، به دلیل ساختار پیچیده، فرآیند عیب‌یابی دشواری دارند و البته ‌هنگام بروز خرابی گیربکس و در نهایت خودرو، خودرو جرثقیلی می‌شود.

در نتیجه به دلیل این نوع طراحی، مبدل گشتاور قادر به بکسواد‌ کردن و قفل‌کردن است که موجب می‌شود دیگر نیازی به کلاچ جهت قطع و وصل‌کردن ارتباط پیشرانه و جعبه دنده هنگام توقف یا تعویض دنده نباشد. گشتاور پیشرانه از طریق مبدل گشتاور به خود گیربکس می‌رسد. گیربکس های اتوماتیک شامل مجموعه‌ای از دنده‌ها و کلاچ‌ هاست که توسط مجموعه بلوک هیدرولیک کنترل می‌شود. هرکدام از دنده‌ها در واقع یک مجموعه دنده سیاره‌ای و خورشیدی هستند که با ضریبی معین انتقال دور را انجام می‌دهند و هنگامی درگیر می‌شوند که بلوک هیدرولیک مسیر کانال روغن کلاچ آنها را باز کند.

با کلاچ‌کردن هر دنده، مجموعه خورشیدی و دنده سیاره‌ای آن قفل شده و شروع به انتقال دور می‌کند. بلوک هیدرولیک در واقع یک مجموعه سوپاپ و کانال می باشد که فشار روغن مورد نیاز خود را از پمپ هیدرولیک جعبه دنده و انباره روغن تامین می‌کند. در شرایط مختلف رانندگی، بلوک هیدرولیک با باز و بسته کردن سوپاپ‌های خود و هدایت روغن از طریق کانال‌های مختلف، کلاچ هر یک از دنده‌های مورد نیاز را درگیر می‌کند تا امکان رانندگی با دنده مناسب فراهم شود. بسته به سطح تکنولوژی به کار رفته، مکانیسم بلوک هیدرولیک مختلف است. در گیربکس‌های قدیمی‌تر، بلوک هیدرولیک از قطعه‌ای به نام گاورنر فرمان می‌گیرد. گاورنر یک حسگر مکانیکی حساس به سرعت دوران است.

هر چه گاورنر سریع‌تر بچرخد، نیروی گریز از مرکز وزنه‌های آن را از هم بازتر می‌کند و موجب می‌شود که گاورنر فشار روغن بلوک هیدرولیک را بالا برده و سوپاپ‌های آن را به سمت دنده‌های بالاتر باز کند. با افت سرعت دوران، عکس این قضیه رخ می‌دهد و دنده‌ها معکوس می‌شوند. در گیربکس‌های جدید، کنترل بلوک هیدرولیک کاملا الکترونیکی بوده و سوپاپ‌های آن برقی می باشد.

کنترل یونیت جعبه دنده به کمک سنسورهای مختلفی که روی گیربکس دارد، اشراف کاملی به شرایط آن داشته و دنده صحیح را انتخاب می‌کند. حالت کاری گیربکس نیز به وسیله اهرم دنده توسط راننده تعیین می‌شود که یونیت جعبه دنده و بلوک هیدرولیک برمبنای آن عمل می‌کنند.

در آزمون جاده، خودرو در سرعت‌ها و دنده‌های مختلف رانده می‌شود تا وضعیت هر دنده به طور دقیق بررسی و عیوب گیربکس شناسایی شود. دل‌زدن و افزایش ناگهانی دور موتور هنگام تعویض دنده حکایت از بکسواد‌ کردن بست و کلاچ‌ها دارد که نشان می‌دهد صفحات جعبه دنده ضعیف شده‌اند که با آزمون توقف به‌سادگی قابل تشخیص است. به طور کلی می توان گفت آزمون جاده بهترین روش برای بررسی و شناسایی عیوب گیربکس، می باشد. 

در چنین حالتی شتابگیری خودرو نیز ضعیف‌تر از حالت عادی می باشد. اگر دنده با تاخیر و همراه ضربه تعویض می‌شود، یعنی دمای روغن پایین است یا عمر مفید روغن رو به پایان می باشد. اگر در سرعت‌های پایین نیز جعبه دنده به کندی رفتار می‌کند، احتمالا گاورنر خراب شده یا در انواع پیشرفته‌تر شیرهای برقی بلوک هیدرولیک کثیف شده‌اند.
حین رانندگی با فشردن پدال ترمز به صورت لحظه‌ای هنگام ثابت نگه داشتن گاز، مبدل گشتاور باید خلاص شده و دور موتور افزایش یابد و مجددا پس از چند لحظه درگیر شود در غیر این صورت کلاج مبدل گشتاور یا استاتور آن دچار مشکل شده است. در گیربکس‌های کنترل الکترونیکی، با کمک دستگاه عیب‌یابی بسیاری از مشکلات را می‌توان ردیابی نمود و به رابطه نوع ایراد و رفتار جعبه دنده پی برد. تعمیرات گیربکس‌های اتوماتیک نیازمند تخصص و گذراندن دوره‌های ویژه است.
برخی‌ نمایندگی‌ها به دلیل حجم کار بالا، یک جعبه دنده جدید را روی خودرو نصب کرده و گیربکس معیوب را نزد خود جهت بازسازی و تعمیر نگه می‌دارند تا مجددا ‌روی خودروی دیگری نصب شود.