گیربکس های دستی چگونه کار می کنند؟

گیربکس های دستی چگونه کار می کنند؟

اگر با یک ماشین دنده دستی یا غیر اتومات رانندگی می کنید، ممکن است چندین سوال در ذهن شما درباره این ماشین و هنگامی که دنده را تعویض می کنید، وجود داشته باشد. الگوی خنده دار “H” که من این دکمه دنده را از آن جا به جا می کنم چه ارتباطی با دنده های داخل جعبه دنده دارد؟ وقتی دسته یا اهرم دنده را جابجا می کنم در داخل جعبه دنده چه اتفاقی رخ می دهد؟

کمتر راننده ای البته در کشور خودمان وجود دارد که تجربه رانندگی با ماشین های دنده دستی را نداشته باشد. وقتی من قاطی می کنم، و آن صدای ساینده وحشتناک را می شنوم، دلیل چیست؟ چه چیزی ساییده می شود؟ اگر در حالی که در یک اتوبان با سرعت بالا در حال حرکت هستم، دسته دنده را به دنده عقب ببرم چه اتفاقی می افتد؟ آیا گیربکس ماشین منفجر می شود؟

ما در این مقاله قصد داریم، تا فضای داخلی گیربکس دستی و نحوه عملکرد آن را برای شما بررسی کنیم. اینکه چگونه نیروی موتور را انتقال می دهد، چه قطعاتی در داخل با هم درگیر می شوند و اینکه دنده 1، 2 تا 4 و دنده عقب چه تفاوتی با هم دارند.

خودروها به دلیل فیزیک موتور بنزینی به گیربکس نیاز دارند. اولاً، هر موتوری دارای یک خط قرمز است، یعنی حداکثر مقدار دور در دقیقه که موتور نمی تواند از آن عبور کند. دوم، اگر نحوه کارکرد اسب بخار را خوانده باشید، می دانید که موتورها محدوده دور در دقیقه باریکی دارند که در آن اسب بخار و گشتاور حداکثر است. به عنوان مثال، یک موتور ممکن است حداکثر اسب بخار خود را در 5500 دور در دقیقه تولید کند. گیربکس اجازه می دهد تا با افزایش سرعت و کاهش سرعت خودرو، نسبت دنده بین موتور و چرخ های محرک تغییر کند. شما دنده ها را عوض می کنید تا موتور بتواند زیر خط قرمز و نزدیک باند دور در دقیقه بهترین عملکرد خود بماند.

در گیربکس های دستی تعویض دنده به وسیله راننده، کلاچ و دسته دنده صورت می گیرد. در حالی که در خودروهای دنده اتومات نیازی به این کارها نیست. رانندگان معمولا زمانی که دور خودرو افزایش پیدا می کند دنده را تعویض می کنند. در حالت ایده‌آل، گیربکس آنقدر در نسبت‌های خود انعطاف‌پذیر خواهد بود که موتور همیشه می‌تواند در یک دور در دقیقه با بهترین عملکرد خود کار کند. این ایده پشت گیربکس متغیر پیوسته (CVT) است. در ادامه در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

انتقال قدرت متغیر پیوسته (CVT)

در گذشته CVT ها از نظر هزینه، اندازه و قابلیت اطمینان نمی توانستند با گیربکس های چهار سرعته و پنج سرعته رقابت کنند، بنابراین شما آنها را در خودروهای تولیدی نمی دیدید. این روزها، پیشرفت‌هایی در طراحی باعث رایج‌تر شدن گیربکس های CVT شده است.

گیربکس از طریق کلاچ به موتور متصل می شود. بنابراین شافت ورودی گیربکس با همان دور در دقیقه موتور می چرخد، که هم قدرت خروجی و هم مصرف سوخت را بهبود می بخشد. CVTها در خودروهای هیبریدی رایج شدند زیرا به طور قابل توجهی کارآمدتر از گیربکس های دستی و اتوماتیک سنتی هستند و محبوبیت آنها از آنجایی به شدت افزایش یافت که خودروسازان برای بهترین رتبه بندی مصرف سوخت رقابت می کردند. آمار نشان می دهد که در اواخر سال 2016، از هر چهار خودروی فروخته شده در ایالات متحده، یک دستگاه مجهز به گیربکس CVT بود.

CVT با وجود قابلیت های خوب، معایبی هم دارد که از مهمترین آنها می توان به سرعت پایین اشاره کرد. در واقع انتقال قدرت با شتاب بالایی صورت نمی گیرد. با این حال، از آنجایی که بسیاری از رانندگان ترجیح می دهند از گیربکس دستی دور شوند، اما CVT همچنان حضور پر رنگی دارد. CVT همچنین در خودروهای کوچک با موتورهای کوچک بهترین عملکرد را دارد، به همین دلیل است که اکثر کامیون‌ها و SUV‌های بزرگ همچنان از گیربکس های اتوماتیک سنتی استفاده می‌کنند. این نکته را هم بدانید که در گیربکس های سی وی تی خبری از آن همه چرخ دنده نیست. مهمترین اجزای آن دو پولی و یک تسمه فولادی است.

انتقال بسیار ساده

برای درک ایده اصلی یک گیربکس دستی و استاندارد، نمودار پایین یک گیربکس دو سرعته بسیار ساده را در حالت خنثی نشان می دهد. بیایید به هر یک از بخش های این نمودار نگاه کنیم تا بفهمیم چگونه آنها با هم تطابق دارند:

شفتی که از موتور می آید با یک چرخ دنده به صورت یک واحد به موتور متصل می شوند. کلاچ وسیله ای است که به شما امکان می دهد تا موتور و گیربکس را به هم متصل کرده یا جدا کنید. هنگامی که پدال کلاچ را فشار می دهید، ارتباط بین موتور و گیربکس قطع می شود. در این صورت هنگامی که خودرو در حالت سکون است باز هم موتور کار می کند ولی شما با فشردن کلاچ اجازه انتقال قدرت به چرخ ها را نمی دهید. وقتی پدال کلاچ را رها می کنید، موتور و شافت ورودی مستقیماً به یکدیگر متصل می شوند. این درگیری باعث می شود تا شافت و چرخ دنده با همان دور در دقیقه موتور بچرخند.

در یک گیربکس دو سرعته بعد از شافت ورودی یک شافت با چند چرخ دنده وجود دارد که میل لخت نامیده می شوند. اینها به صورت یک واحد متصل همزمان با هم  می چرخند. این شافت با شافت ورودی به صورت مستقیم به وسیله چرخ دنده ها با هم در ارتباط هستند و با چرخیدن شافت ورودی و چرخ دنده متصل به آن میل لخت و چرخ دنده های آن هم می چرخند. با این وجود همزمان که کلاچ درگیر می شود، میل لخت نیروی خود را مستقیما از موتور دریافت می کند. یک شافت خروجی هم تمام نیروی دریافتی توسط شافت های پیشین را به چرخ ها انتقال می دهد. این نیرو ابتدا به دیفرانسیل و پس از آن هم به چرخ ها محرک خودرو منتقل می شود.

چرخ دنده هایی بر روی یاتاقان سوار می شوند که نیروی موتور را از چرخ دنده های میل لخت دریافت می کنند. چرخ دنده ها به این خاطر بر روی یاتاقان نصب می شوند که هنگام خاموش بودن موتور شافت خروجی به راحتی درون جعبه دنده بچرخد. بدون اینکه چرخ دنده های سوار شده بر روی آن بچرخند. یقه قطعه ای است که بین دو چرخ دنده سوار شده بر روی شافت خروجی قرار می گیرد تا یکی از آنها را به شافت متصل کند. یقه به طور مستقیم به شافت خروجی متصل است و همزمان با آن می چرخد. علاوه بر این در امتداد شافت به سمت راست و چپ حرکت می کند تا به راحتی یکی از دو چرخ دنده را با خود و شافت درگیر کند. دندان‌ه های روی قلاده که دندان‌های سگ نامیده می‌شوند، در سوراخ‌هایی در طرفین چرخ‌دنده‌های روی شافت خروجی قرار می‌گیرند تا آنها را درگیر کند.

حالا بیایید ببینیم وقتی دسته دنده را بر روی دنده اول قرار می دهیم چه اتفاقی می افتد.

تعویض دنده به دنده یک

اگر شما دسته دنده را بر روی دنده یک قرار دهید، یقه به چرخ دنده سمت راست بر روی شافت خروجی متصل می شود. همانطور که شما هم تصور می کنید، شافت ورودی موتور، میل پایه را می‌چرخاند، که دنده آبی را به سمت راست می‌چرخاند. این چرخ دنده انرژی خود را از طریق یقه منتقل می کند تا محور محرک که شافت خروجی نامیده می شود را به حرکت درآورد. در همین حین دنده آبی سمت چپ در حال چرخش است، اما روی بلبرینگ خود چرخیده است بنابراین روی شافت خروجی هیچ تاثیری ندارد.

خوب با این وجود می توانید جواب یکی از سوال های خود را دریافت کنید. اینکه هنگام تعویض دنده صدای ساییدن وحشتناک به خاطر چیست؟ چه چیزهایی روی هم کشیده می شوند؟ آیا این صدا ناشی از اتصال چرخ دهنده به همدیگر است؟ در جواب باید بگویم خیر، چرخ دنده به صورت مشبک هستند و هیچ وقت از هم جدا نمی شوند. تنها چیزی که هنگام فشردن کلاج آزاد می شود و هنگام تعویض دنده موقعیت آن تغیر می کند یقه نام دارد. و صدای نامتعارفی که شنیده می شود، ناشی از تلاش های ناموفق این قطعه برای درگیر شدن با سوراخ های کناری چرخ دنده های روی شافت خروجی است. در خودروهای مسابقه ای از سیستم دو کلاچ یا دوبل کلاچ استفاده می کردند که باید هنگام تعویض دنده دوبار کلاج را فشارده داده و رها کنید تا دنده به خوبی جا برود.

گیربکس واقعی

در این بخش ما می خواهیم یک سیستم انتقال قدرت واقعی را برای شما شرح دهیم. گیربکس های چهار سرعته دستی تا حد زیادی منسوخ شده اند و گیربکس های پنج و شش سرعته به عنوان گزینه های رایج تر جای آنها را گرفته اند. برخی از خودروهای پرفورمنس ممکن است حتی دنده های بیشتری ارائه دهند. با این حال، همه آنها بدون توجه به تعداد دنده ها، کم و بیش یکسان کار می کنند. در داخل، چیزی شبیه به این است: سه شاخک وجود دارد که توسط سه میله کنترل شده و اهرم تعویض دنده آنها را با شافت اصلی درگیر می کند.

در گیربکس های 6 سرعته سه قلاده وجود دارد که هر کدام می توانند دو چرخ دنده را به انتخاب راننده درگیر کنند. هر یک از این قلاده ها یا چنگال ها توسط یک میله به سه شاخک متصل می شوند. می بینید که با حرکت دادن شیفتر یا دسته دنده به عقب و جلو یقه ها با یکی از چرخ دنده ها درگیر می شوند.

اگر به تصویر پایین نگاه کنید، یک چرخ دنده کوچک به رنگ بنفش را مشاهده می کنید که باعث می شود چرخ دنده آبی رنگ چرخش معکوسی نسبت به سایر چرخ دنده های آبی رنگ روی شافت زرد در تصویر بالا داشته باشد. با این وجود تمام چرخ دنده در یک جهت می چرخند، به جز چرخ  دنده ای که بین آن و چرخ دنده های قرمز رنگ یک چرخ دنده کوچک بنفش قرار دارد. هنگامی که شما با حرکت دادن دسته دنده قلاده را با این چرخ دنده متصل می کنید، گیربکس به دنده عقب می رود. خوب مطمئنا در هنگامی که چرخ دنده ها با سرعت بالا در حال چرخش هستند درگیر کردن دندانه های چنگالی یا قلاده با کناره چرخ دنده آبی کار آسانی نیست و صدای بسیار نامتعارفی از خود تولید می کند. صدایی که نشان می دهد یک اتفاق ناخوشایند داخل گیربکس رخ داده است.

گیربکس‌های دستی در خودروهای سواری مدرن از سنکرونایزر یا سنکرو استفاده می‌کنند تا نیاز به کلاچ دوبل را از بین ببرند. هدف سینکرو این است که به قلاده و چرخ دنده اجازه دهد تا قبل از تماس دندان های سگ، تماس اصطکاکی برقرار کنند. این به یقه و چرخ دنده اجازه می دهد تا قبل از اینکه دندان ها با چرخ دنده درگیر شوند، سرعت خود را هماهنگ کنند، مانند این:

مخروط روی چرخ دنده آبی در ناحیه مخروطی شکل یقه قرار می گیرد و اصطکاک بین مخروط و یقه چرخش آنها را همگام می کند. سپس قسمت بیرونی قلاده می لغزد تا دندانه های قلاده که دندان های سگ نامیده می شوند بتوانند به راحتی با چرخ دنده درگیر شوند. هر سازنده ای انتقال و همگام سازی را به روش های مختلف پیاده سازی می کند، اما این ایده کلی برای تمامی آنها است.

از آنجایی که امروزه علاقه کاربران به رانندگی یک دست بیشتر شده، محبوبیت خودروهای دنده غیر اتوماتیک هم کمتر شده است. شما کاربران عزیز این مطلب را از آیدی یدک مرکز خرید لوازم یدکی خودروهای خارجی مطالعه کرده اید.