وبلاگ blog" name="description" />, Weblog, Daily, Writing, PersianBlog, persianweblog , Blog , Persian , Iran , Iranian, Farsi, Weblogs, Blogs, وبلاگ, يادداشت روزانه, پرشين بلاگ , وبلاگ فارسی , وبلاگ ایرانی , وب نوشت " name="keywords" /> <-BlogTitle->
 

<-blogTitle->

<-BlogDescription->

<-PostTitle->
ساعت <-PostTime-> روز <-PostDate->  کلمات کلیدی: <-TagName->
<-PostContent->
لینک دائم لینک دائم   لینک دائم نظر شما (<-count->)   لینک دائم نویسنده: <-PostAuthor->  
← صفحه بعد صفحه قبل →
 
<-PageContent->

 
 
 
 
donestani.persianblog.irبه این وبلاگ علمی سر بزنید دریافت کد خداحافظی

      Gearboxها ساختمان و نحوه کارآنها: ( گردآورنده : وحید مقدادی )

 

 

 

مقدمه: 

گشتاور تولیدی توسط موتور پس از انتقال توسط کلاچ به جعبه دنده می رسد. وظیفه جعبه دنده انتقال دور موتور با نسبتهای گوناگون و رساندن آن به خطوط انتقال و میل گاردان در خودروهای دیفرانسیل عقب یا مستقیماً به دیفرانسیل در خودروهای دیفرانسیل جلو است.

سیستم جعبه دنده ای انتقال قدرت را می توان به دو گروه جعبه دنده ای دستی و جعبه دنده ای اتوماتیک تقسیم بندی کرد. سیستم انتقال قدرت دستی در حالت انتقال مستقیم بازدهی در حدود 98% ولی در دنده های با نسبت انتقال پایین تر بازده به حدود 90% می رسد. چون بیشترین زمان استفاده از اتومبیل، جعبه دنده در حالت انتقال مستقیم قدرت است، بنابراین با توجه به این مورد و هزینه اولیه به نسبت کمتر این سیستم جعبه دنده ای، هنوز استفاده از آنها در اکثر اتومبیلها مورد توجه است. از سیستم انتقال اتوماتیک بیشتر در اتومبیلهای گرانقیمت تر و کلاسهای بالاتر استفاده می شود چرا که با توجه به عملکرد ساده تر آن برای راننده، هزینه ساخت آن نیز بیشتر است. علاوه بر دو نوع فوق، امروزه استفاده از نسل جدیدی از سیستم انتقال قدرت بنام سیستم انتقال قدرت پیوسته متغیر (CVT) نیز مورد توجه طراحان خودروها قرار گرفته است.

سیستم انتقال قدرت دستی

در دسته بندی کلی از لحاظ نحوه کارکرد، جعبه دنده های دستی به سه گروه کلی تقسیم می شوند:

-  Sliding mesh type Gearbox

-  Constant mesh type Gearbox

-  Synchromesh type Gearbox

 

Sliding Mesh Type Gearbox

این جعبه دنده ها از قدیمیترین و ساده ترین انواع جعبه دنده ها هستند که درگیری دنده ها در آنها توسط جابجا کردن دنده ها ایجاد می شود. این جعبه دنده ها 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 گیرد.

   شفتی پایینی که بنام محور ثانویه ( lay shaft )  خوانده می شود و بسته به نوع 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. (شکل2-1)

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.

    

شکل2-1 sliding mesh type Gearbox

نحوه درگیری دنده ها و همچنین محاسبه کاهش نسبت دور را برای دنده های مختلف در شکلهای2-2 مشاهده می کنید :

   

 

شکل2-2 شکل شماتیک درگیری دنده ها در دنده های مختلف در sliding mesh type Gearbox

  

Constant Mesh Type Gearbox

در این نوع از جعبه دنده ها بر خلاف حالت قبل همه دنده ها با هم درگیر هستند، این عمل باعث عملکرد آرام و بدون صدای این دنده ها می شود، چرا که عمده صدا در سیستم جعبه دنده ای 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 عملکرد نرمتر جعبه دنده موثر است. در این نوع از جعبه دنده ها 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. اما دنده های روی splined main shaft بر روی بلبرینگهایی سوار هستند و نسبت به محور خود در حال چرخشند و تنها یک دنده است که توسط مکانیزمی به محور کوپل می شود. این مکانیزم sliding dog clutch نام دارد که روی محور ثانویه هزارخار شده است. با انتخاب دنده مورد نظر زبانه های روی dog clutch مربوط به آن دنده خود را با دنده درگیر می کند و با این عمل، دنده مورد نظر با محور خود قفل می شود و در واقع نسبت انتقال دلخواه را برای ما فراهم می گرداند. (شکلهای2-3 و 2-4)

 

شکل2-3 Constant mesh type Gearbox 
 

در این نوع از جعبه دنده ها 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 جعبه دنده ای از double declutching استفاده می شود. بدینگونه که بار اول که کلاچ گرفته می شود، ارتباط موتور با جعبه دنده 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 نماید.

    

شکل2-4 Dog clutch در حالت آزاد و درگیر با دنده ها

 

Synchromesh Type Gearbox

 در این نوع جعبه دنده نیز همانند حالت قبل 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 جعبه دنده همانند جعبه دنده های constant mesh هستند، اما نکته ای که در اینجا وجود دارد استفاده از سیستم همسرعت کننده (synchronizer) در این نوع جعبه دنده ها می باشد که در این حالت لزوم جعبه دنده به double declutching را از میان می برد. با استفاده از این سیستم همسرعت کننده در این جعبه دنده ها، عمل تعویض دنده براحتی و بدون سروصدای ناشی از بهم خوردن دنده ها صورت خواهد گرفت. (شکل2-5)

  

شکل2-5 Synchromesh type gearbox  

 اگر جعبه دنده 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. (شکل2-6)

 

شکل2-6 شکل یک دنده بهمراه اجزای همسرعت کننده مربوط به آن

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 نظر می 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. (شکل2-7)

 

شکل2-7 عمل سیستم همسرعت کننده

 

عملگر تعویض دنده و میله بندی آن 

سالها پیش جعبه دنده های دستی چهار دنده بودند و دسته دنده درکف اتاق قرار داشت؛ جاییکه راننده براحتی به آن دسترسی داشت. انتهای جعبه دنده 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 در کف اتاق نصب می شود. درواقع اغلب اوقات دسته دنده بخشی از کنسول میانی است. برای اتصال دسته دنده به جعبه دنده 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 روی کشویی، غلاف کشویی را به حرکت در آورد. در نتیجه حرکت اخیر، چرخدنده مورد نظر به محور اصلی قفل می شود. (شکل2-8)

  

شکل2-8 مکانیسم تعویض دنده  

در شکل2-9 نمونه ای از میله بندی تعویض دنده مربوط جعبه دنده طولی پنج و شش سرعته اتومبیل فورد را مشاهده می کنید.   

 

شکل2-9 میله بندی تعویض دنده فورد     
 

دنده های کمکی ( splitter change & range change )

برای خودروهای نسبتاً سبک با وزن حدود یک تن که نسبت قدرت به وزن بزرگی دارند، یک جعبه دنده 4 سرعته یا 5 سرعته معمولی جوابگوی اتومبیل در عملکرد صحیح خود می باشد. اما برای خودروهای سنگینی که بارهای بزرگی را تحمل می کنند و نسبت قدرت به وزن بسیار پایینی دارند، استفاده از این جعبه دنده ها به تنهایی نمی تواند گزینه مناسبی باشد. تحت چنین شرایط عملکردی اگر فاصله نسبت انتقال دنده ها خیلی زیاد باشد، در حین تعویض دنده دور موتور به شدت افت می کند و بازیافت گشتاور دوباره موتور به کندی صورت می گیرد؛ بنابراین برای کمتر کردن اثرات ناشی از این افت دور در هنگام تعویض دنده به فاصله های کوچکتری از اختلاف افزایش نسبت دنده ای نیاز است. با دو برابر کردن تعداد نسبت دنده ها اثرات افت دور موتور در حین تعویض دنده کاهش می یابد.

جهت تحقق این امر و افزایش تعداد نسبت انتقال می توان از تعداد چرخدنده های بیشتر با نسبت انتقالهای گوناگون در گیربکس استفاده کرد، اما استفاده از این روش به بزرگ و سنگین شدن جعبه دنده می انجامد. برای جلوگیری از این امر یک جعبه دنده کوچک دو وضعیتی را به صورت سری با جعبه دنده معمولی 4 سرعته، 5 سرعته و ... قرار می دهند. استفاده از این جعبه دنده کمکی به این ترتیب تعداد نسبت انتقال را در جعبه دنده های معمولی دو برابر می کند. در وضعیتهای بسیار خاص می توان از جعبه کمکی سه وضعیته استفاده کرد، در این صورت تعداد دنده های جعبه دنده معمولی تا سه برابر افزایش می یابد که در اینگونه کمکیها معمولاً یکی از نسبتهای انتقال بسیار کم در نظر گرفته می شود.

جعبه دنده های کمکی می توانند به دو صورت قبل یا بعد از جعبه دنده اصلی قرار گیرند که طراح با توجه به شرایط مورد نظر خودرو آن را برمی گزیند :

Splitter gear change : در نوع جعبه دنده، جعبه دنده کمکی قبل از جعبه دنده اصلی قرار می گیرد. در این حالت جعبه دنده کمکی دو حالت دارد، حالت اول که نسبت انتقال مستقیم است و گشتاور ورودی از موتور بدون تغییر به جعبه دنده اصلی می رسد و حالت دوم که نسبت انتقال ناشی از این دنده تقریباً 1 : 4/1 – 2/1 است. (شکل2-10)

 

 

شکل2-10 جعبه دنده کمکی از نوعSplitter  و ترتیب تعویض دنده ها در این نوع جعبه دنده

Range gear change : در این نوع جعبه دنده، جعبه دنده کمکی بعد از جعبه دنده اصلی قرار می گیرد. جهت تعویض دنده در این نوع جعبه دنده ها ابتدا دنده کمکی را در حالت low قرار داده و دنده های اصلی را به ترتیب تغییر می دهیم، سپس دنده کمکی را در حالت انتقال مستقیم یا high قرار داده و دوباره دنده های اصلی را به ترتیب عوض می کنیم. (شکل2-11)

 

 

شکل2-11 جعبه دنده کمکی از نوعrange   و ترتیب تعویض دنده ها در این نوع جعبه دنده

هر دو نوع جعبه دنده های splitter و change می توانند به صورت چرخدنده های ساده یا خورشیدی باشند. همچنین برخی از جعبه دنده ها در صورت نیاز می توانند از جعبه دنده های splitter و change به صورت همزمان استفاده کنند.

 PTO (  Power take-off)

PTO در واقع مکانیزمی است که تعدادی شفت محرک را برای بکار انداختن تجهیزات کمکی در برخی از خودروهای خاص فراهم سازد. این شفتها می توانند نیروی محرک  خود را از موتور و توسط دنده های تایمینگ سر میل لنگ بگیرند؛ اما معمولاً در اکثر سیستمها این نیرو را از قسمتی از جعبه دنده می گیرند. کابردهای مرسوم PTO ها شامل موارد زیر هستند؛ مانند : پمپهای هیدرولیکی، کمپرسورها، ژنراتورها، بالابرها، جرثقیل ها، چرخ لنگرهای دوار، قرقره های شیلنگ آتش نشانی، دستگاههای مخلوط کننده، تیغه های ماشین برف روب و دیگر مکانیزمهای مکانیکی که به منبع جداگانه ای از قدرت محرکه نیاز دارند.

قدرت محرک PTO  می تواند توسط یکی از دنده های روی lay shaft  فراهم شود و یا اینکه شفت مربوطه مستقیماً به انتهای lay shaft متصل شود و چرخش خود را یکسره از خود شفت بگیرد. (شکل2-12) PTO ها بسته به نوع استفاده می توانند به صورت تک سرعته یا دو سرعته کار کنند. در واقع سیستمی مانند جعبه دنده های کمکی در این مورد نیز مورد استفاده قرار می گیرد که فراهم آورنده دو سرعت متفاوت می باشد. جهت دستیابی به سرعت دلخواه شفت نسبت دنده ها در این مورد نیز می تواند به صورت دلخواه انتخاب شوند.

 

شکل2-12 جعبه دنده بهمراه PTO هایی که قدرت خود را از دنده ها می گیرند.

 
اوردرایو (Over drive)

وقتی جعبه دنده های استاندارد را در دنده بالا قرار می دهیم، نسبت انتقال یک به یک است. در جاده های سرازیری در صورتیکه موتور اتومبیل قدرت کافی را داشته باشد و سرعت نیز در حد معقولی باشد موتور قادر خواهد بود که اتومبیل را با نسبت تبدیل کمتر از واحد نیز به حرکت در آورد. برای این منظور در گیربکس بعضی از اتومبیل ها وسیله ای بنام اوردرایو پیش بینی شده است. اوردرایو یا فوق سرعت یک سیستم مکانیکی است که به انتهای جعبه دنده های معمولی بسته می شود. محور خروجی جعبه دنده محور ورودی اوردرایو را به حرکت در می آورد. اوردرایو شامل یک مجموعه دنده سیاره ای است که بوسیله آن می توان نسبت تبدیل پایین تر از یک را بدست آورد.

یکی از مزایای مهم اوردرایو آن است که با استفاده از آن می توان با ثابت نگهداشتن سرعت اتومبیل، دوران موتور آنرا تا حدود 30 درصد تنزل داد. طبعاً استفاده از اوردرایو سبب کاهش مصرف سوخت در ماکزیمم سرعت می شود. اوردرایو با توجه به صحت عوامل زیر عمل رضایت بخشی را ارائه خواهد کرد :

1- موتور اتومبیل قدرت کافی را داشته باشد.

2- سرعت اتومبیل در حد کافی باشد.

3- جاده تقریباً مسطح یا سرازیر باشد

 

شکل2-13 اثرات اوردرایو بر روی عملکرد موتور 

استفاده از اوردرایو به خودی خود موجب تضمین سرعت حداکثر نخواهد بود. با افزایش سرعت اتومبیل مقاومت باد به سرعت زیاد می شود. در سرعت های خیلی زیاد اثرات مقاومت ناشی از باد را می توان با اثر بازدارندگی در یک سربالایی شیب تند قابل قیاس دانست. در این موقع است که دیگر نمی توان دنده بالا یا اوردرایو را یک امتیاز محسوب آورد و بایستی برای کار صحیح موتور اتومبیل را به یک دنده پایین تر منتقل ساخت. در شکل 2-13 نمودار مربوط به اثرات اوردرایو بر روی عملکرد موتور می توان مشاهده کرد. ملاحظه می شود که از اثرات اوردرایو کاهش مصرف سوخت و همچنین افزایش گشتاور موتور در ماکزیمم سرعت مجاز است. برای فراهم کردن چنین شرایطی و اضافه کردن اوردرایو به جعبه دنده های معمولی معمولاً از ترکیبهای چرخدنده های سیاره ای استفاده می کنند. یک مجموعه خوشیدی یا سیاره ای شامل یک دنده خورشیدی یا دنده مرکزی است که با دنده های هرز گرد سیاره ای یا پینیونها که روی محور نگهدارنده یا بازو قرار گرفته اند، احاطه شده است؛ حرکت دورانی می کنند و بطور دائم درگیر می باشند. پینیونها نیز در داخل دنده داخلی یا رینگ (به این دلیل به این نام خوانده می شود که محیط دایره از داخل دندانه دار شده است) احاطه شده و بطور دائم با این دنده های سیاره ای در گیر می باشند. (شکل2-14)

 

شکل2-14 نمونه ساده ای از چرخ دنده سیاره ای واجزای آن    

اگر یک عضو از مجموعه چرخدنده سیاره ای ثابت نگهداشته شود و عضو دیگر بچرخد، حاصل کار افزایش سرعت، کاهش سرعت یا چرخش معکوس خواهد بود. نتیجه کار بستگی به این دارد که کدام عضو ثابت مانده و کدام عضو بچرخد.

در صورت عدم نیاز به اوردرایو می توان آنرا در وضع قفل شده قرار داد. وقتی دو قسمت از مجموعه دنده سیاره ای بهم قفل شوند، مجموعه قادر به تغییر گشتاور یا دوران نبوده و همه آن به صورت یک واحد یکپارچه دوران خواهد.

  سیستم انتقال قدرت اتوماتیک

چون دستیابی به یک سیستم انتقال نرم و بدون صدا با استفاده از جعبه دنده های دستی مرسوم که در بالا اشاره شد، امکان پذیر نمی باشد، بنابراین در جعبه دنده های اتوماتیک نیز همانند آنچه قبلاً برای اوردرایو گفته شد از سیستم چرخدنده خورشیدی استفاده می شود. علاوه بر آن، این نوع سیستم جعبه دنده ای مزایای زیادی دارد:

1- تمام اعضا مجموعه خورشیدی برروی یک محور اصلی قرار دارند و در نتیجه همه آنها در یک مجموعه قرار گرفته اند.

2- دنده های خورشیدی همیشه بطور ثابت با هم در گیر می باشند و امکان حذف دنده و یا شکستن و سرو صدا کمتر وجود دارد و هم چنین تعویض دنده، سریع و بطور خودکار و بدون افت قدرت انجام می گردد.

3- دنده های خورشیدی نسبت به جعبه دنده های استاندارد می توانند سخت تر و قویتر باشند و بارهای گشتاوری را بطور سریع منتقل نمایند و دارای حجم کمتری باشند. به این دلیل که گشتاور از میان دنده های سیاره ای عبور می نمایند و نیرو بین چند دنده سیاره ای تقسیم می گردد، قدرت انتقال افزایش می یابد.

4- موقعیت اعضا مجموعه سیاره ای برای نگهداشتن یا درگیری و قفل نمودن آنها با یکدیگر برای تعویض دنده ها نسبت به هم رابطه ساده ای دارند.

در جعبه دنده های اتوماتیک حتماً باید از کلاچ هیدرولیکی و مبدل گشتاور بجای کلاچ اصطکاکی استفاده کرد. ساختمان و نحوه عمل این مبدلها در قسمت کلاچها توضیح داده شد.

اغلب این جعبه دنده های خودکار سه یا چهار دنده برای حرکت رو به جلو دارند. این جعبه دنده ها در وضعیتهای پارک، خلاص و دنده عقب نیز قرار می گیرند. در این خودروها دنده چهار معمولاً اوردرایو است. در بعضی از جعبه دنده های خودکار که شش دنده اند، دنده پنج اوردرایو است. خودروهایی که جعبه دنده خودکار دارند، معمولاً با دنده یک به راه می افتند. سپس جعبه دنده به دنده های دو، سه و چهار می رود. تعویض دنده ها و قفل شدن مبدل گشتاور بدون کمک راننده انجام می شود. با افزایش سرعت خودرو، دنده ها تعویض می شود و بار موتور کاهش می یابد. راننده برای کاهش سرعت خودرو و متوقف کردن آن پایش را از روی پدال گاز برمی دارد و در صورت نیاز ترمز می گیرد. در این حالت جعبه دنده مبدل گشتاور را خلاص می کند و به صورت خودکار دنده معکوس می رود؛ هنگامی که خودرو متوقف می شود، جعبه دنده در دنده یک است. در این حالت به کلاچی که با پا بکار می افتد نیازی نیست. بکسواد کردن مبدل گشتاور این امکان را می دهد که حتی حین درگیری جعبه دنده نیز موتور درجا کار کند.

شکل کلی نمونه ای از این جعبه دنده ها را در پایین مشاهده می کنید. همانطور که ملاحظه       می شود برای دستیابی به دنده مورد نظر باید تعدادی از دنده های خورشیدی، پینیونها، بازوها یا رینگها ثابت یا بهم قفل شوند. برای بوجود آمدن این شرایط، یکسری عملگر (مانند کلاچهای یکطرفه، بستهای قفل کننده و کلاچهای چند صفحه ای) وجود دارد که با قفل شدن یا آزاد شدن هریک از آنها توسط سیستم کنترلی، تعدادی از دنده ها قفل شده و اتومبیل در دنده مورد نظر قرار می گیرد.

در شکل2-15 نمونه ای از این گیربکسهای اتوماتیک بهمراه عملگرهای آن را مشاهده می کنید. بعنوان مثال برای قرار گرفتن گیربکس در دنده یک، باید کلاچهای DC و FC و همچنین کلاچ یکطرفه OWC قفل شوند. برای دیگر دنده ها نیز به همین ترتیب عملگرهای دیگر عمل می کنند.  

 

One Way Clutch OWC

Brake (L+R)B

Brake ODB

Clutch FC

Brake 2GB

Clutch (H+R)C

ClutchDC

 

applied

-

-

applied

-

-

applied

First D

-

applied

-

applied

applied

-

applied

Second D

-

-

-

applied

-

applied

applied

Third D

-

-

applied

applied

-

applied

-

Fourth D

-

applied

-

-

-

applied

applied

Reverse R

  شکل2-15شکل شماتیکی ازگیربکسهای اتوماتیک بهمراه عملگرهای آن

سیستم کنترل هیدرولیکی جعبه دنده اتوماتیک

سیستم هیدرولیکی، سیال تحت فشار لازم برای بکار انداختن جعبه دنده خودکار را تامین می کند. کلاً سیستم هیدرولیکی کارهای زیر را انجام می دهد:

سیال را به مبدل گشتاور می رساند.

سیال تحت فشار را بسوی پمپ بست قفل کننده و کلاچهای چند صفحه ای هدایت می کند.

قطعات داخلی را روغنکاری می کند.

مبدل گشتاور و سایر قطعات را خنک می کند.

همانطور که دیدیم عمل تعویض دنده یا تغییر کارکرد عملگرها در این نوع جعبه دنده ها به صورت خودکار و بدون دخالت راننده انجام می پذیرد. جهت نیل به این مقصود باید اطلاعاتی از وضعیت حال حاضر خودرو در دسترس باشد، تا سیستم کنترلی بتواند بر اساس این اطلاعات تصمیم گیری نماید. این اطلاعات که در واقع زمان تعویض دنده را مشخص می کنند از سه طریق بدست می آیند :

 دور خروجی جعبه دنده

 دور موتور

 بار موتور (میزان گشودگی دریچه گاز)

هر کدام از این عوامل فشارهای متغیری را در مسیر هیدرولیکی سیستم کنترلی ایجاد می کنند که در نتیجه تاثیر این فشارها برروی شیرهای هیدرولیکی در سر راه و نهایتاً برروی بستهای قفل کننده و کلاچهای چند صفحه ای و تغییر وضعیت هر یک از آنها، می تواند دنده خودرو عوض شود.

در شکل 2-16 شمای کلی از این سیستم کنترل را بهمراه اجزای عمل کننده آن مشاهده می کنید.

 

شکل2-16 اجزای سیستم کنترل در ارتباط با یکدیگر و نحوه عمل عملگرها

  بست قفل کننده (band brake)

بست قفل کننده در واقع کفشک ترمزی است که دور یک کاسه کلاچ فلزی می پیچد. بست قفل کنده با ماده ای از جنس لنت ترمز پوشانیده می شود. وقتی این بست روی کاسه کلاچ فشرده می شود، کاسه کلاچ و چرخدنده خورشیدی از چرخش باز می ایستند و ثابت می شوند. یک سر بست قفل کننده به پوسته جعبه دنده متصل است و سر دیگر آن با یک پمپ در ارتباط است. (شکل2-17) پمپ وسیله ای در سیستم هیدرولیک است که فشار هیدرولیکی را به حرکت مکانیکی تبدیل می کند. وقتی فشار هیدرولیکی سیال تحت فشار به پشت پیستون پمپ هدایت می شود، پیستون به حرکت در می آید. پیستون بر نیروی فنر پمپ غلبه کرده و به ضامن بست، فشار وارد می آورد. در نتیجه بست قفل کننده به کار می افتد. جهت آزاد کردن بست نیز فشار روغن از پشت پیستون برداشته می شود.

 

شکل2-17 بست قفل کننده

کلاچ چند صفحه ای (multiple clutch)

این کلاچ که شامل چند صفحه کلاچ می باشد در داخل کاسه کلاچ قرار دارد. این صفحه ها یک در میان فولادی و اصطکاکی اند. صفحه های فولادی لختند اما هر دو طرف صفحه های اصطکاکی لنت کوبی شده اند. صفحه های فولادی با هزارخاربه کاسه کلاچ متصلند. صفحه های لنت کوبی شده با هزارخار به یک توپی در کلاچ متصلند تا مجموعه چرخدنده سیاره ای را کنترل کند. (شکل2-18) برای درگیر کردن کلاچ، فشار روغن به پشت پیستون کلاچ هدایت می شود، در نتیجه پیستون به حرکت در می آید و صفحه ها را به هم می فشارد. صفحه ها چرخدنده خورشیدی را به بازو قفل می کنند. در این حالت مجموعه چرخدنده سیاره ای بصورت واحدی یکپارچه می چرخد.

 

شکل2-18 کلاچ چند صفحه ای 

گاورنر

گاورنر وسیله ای حساس به سرعت است که فشار هیدرولیکی را متناسب با سرعت محور خروجی تغییر می دهد. فشار گاورنر تعویض دنده را متناسب با سرعت خودرو کنترل می کند. گاورنر حرکت خود را از محور خروجی جعبه دنده می گیرد. فشار لوله اصلی توسط پمپ به گاورنر می رسد. وقتی محور خروجی آهسته می چرخد، نیروی گریز از مرکز تاثیر اندکی بر وزنه های گاورنر دارد. در این حالت گاورنر فشار مختصری را به یکطرف شیر راه دهنده وارد می کند. با افزایش سرعت محور خروجی و خودرو، وزنه ها به طرف خارج متمایل می شوند. در نتیجه شیر گاورنر بیشتر باز شده و فشار گاورنر افزایش می یابد.

 

انتقال قدرت دستی چگونه کار می کند؟

هنگام رانندگی با اتومبیل دنده دار ممکن است با چنین سوالاتی روبه رو شوید:

●چه ارتباطی بین حرکت H مانند دنده و چرخ دنده های درون جعبه دنده وجود دارد؟ وقتی دنده را عوض می کنید چه چیزی درون جعبه دنده جا به جا می شود؟

●وقتی راننده در عوض کردن دنده اشتباه می کند، صدای قیژقیژ شنیده می شود. واقعا چه اتفاقی می افتد؟

●اگرهنگامی که راننده در بزرگراه  مشغول رانندگی با سرعت بالا است ، ناگهان دنده را به عقب بزند چه اتفاقی می افتد؟ آیا ممکن است کل جعبه دنده متلاشی شود؟

در این مقاله، با بررسی سیستم انتقال قدرت دستی به این سوالات و حتی سوالات بیشتری در این زمینه پاسخ داده می شود.

اول از همه باید بدانید که ، اتومبیل ها به علت ساختار موتورهای بنزینی به جعبه دنده احتیاج دارند. هر موتوری یک خط قرمز دارد (ماکزیمم دور موتور که اگربیش از این مقدار دور داشته باشد متلاشی می شود)

 در ضمن اگر قسمت " اسب بخار چگونه کار می کند؟ " را بخوانید ، می فهمید دور موتوری که در آن قدرت و گشتاور در ماکزیمم خود هستند دامنه ی محدودی دارد. برای مثال ، یک موتور ممکن است ماکزیمم توان خود را در ۵۵۰۰ دور در دقیقه به دست آورد. سیستم انتقال قدرت این امکان را ایجاد می کند که با کم و زیاد شدن سرعت خودرو نسبت دنده بین موتور و چرخ های   خودرو تغییر کند. در واقع شما دنده را عوض می کنید تا موتور زیر خط قرمز بماند در حالی که دور موتور نزدیک به دور آن در بهترین حالت عملکرد است.

 

به طور ایده آل ، جعبه دنده باید آنقدر در نسبت دنده ها  قابلیت تغییر داشته باشد که موتور بتواند همیشه با تعداد دور مربوط به بهترین شرایط عملکرد خودش بچرخد. این ایده ی مربوط به CVT ها است.

 

یک CVT تقریبا دامنه ی نا محدودی از نسبت دنده ها دارد. در گذشته CVT ها در هزینه ، اندازه وقابلیت اطمینان توانایی رقابت با سیستم های 4 و5 سرعته را نداشتند در نتیجه به ندرت در خودرو های تولید شده مشاهده می شدند. امروزه ، پیشرفت در زمینه ی طراحی ،  CVT ها را متداولتر کرده است.Toyotapruis  یک خودروی هیبریدی  است که در آن از CVT استفاده شده است.

 

جعبه دنده از طریق کلاچ به موتور وصل شده است. بنا براین محور ورودی جعبه دنده با همان تعداد دورهای موتور می چرخد.

 

یک جعبه دنده ی ۵ سرعته یکی از ۵ نسبت دنده را برای محور ورودی به کار می گیرد تا تعداد دور متفاوتی در محور خروجی ایجاد کند.

 

حال به یک جعبه دنده ی ساده نگاه کنید:

برای فهمیدن ایده ی اصلی یک جعبه دنده ی استاندارد ، به دیاگرام زیر که مربوط به یک جعبه دنده ی دو سرعته و ساده در حالت خلاص است توجه کنید:

 

حال هر یک از اجزای دیاگرام را بررسی می کنیم:

●محور سبز رنگ از طریق کلاچ از موتور خارج شده است.چرخ دنده و محور سبز رنگ  به هم متصلند و یک واحد مجزا را تشکیل می دهند.(کلاچ وسیله ایست که امکان اتصال و قطع اتصال موتور و جعبه دنده را ایجاد می کند.وقتی که پدال کلاچ را فشار می دهید، اتصال موتور و جعبه دنده قطع می شود در نتیجه موتور حتی در حالت خلاص کار می کند. با رها کردن پدال ، موتور و محور سبز مستقیمآ به هم وصل می شوند ، به این ترتیب چرخ دنده ومحور سبز با همان تعداد دور موتور می چرخند.)

●محور قرمز وچرخ دنده ها میل هرزگرد نام دارد. محور وچرخ دنده ها مانند قسمت قبل به هم متصل اند ویک واحد مجزا را ایجاد می کنند. در نتیجه همه ی چرخ دنده های روی هرزگرد و حتی خود میل مانند یک واحد می چرخند.محور سبز و قرمز رنگ از طریق چرخ دنده هایشان مستقیمآ به هم متصل اند در نتیجه با چرخش محور سبز ، محور قرمز هم شروع به حرکت می کند. بدین ترتیب میل هرزگرد ، قدرتش را با درگیر شدن کلاچ از موتور می گیرد.

●محور زرد رنگ یک محور هزارخار است که مستقیمآ بوسیله ی دیفرانسیل به میل گاردان وصل شده وسپس به چرخ های خودرو متصل است.اگر چرخ ها در حال حرکت باشند ، محور زرد هم متحرک خواهد بود.

●دنده های آبی رنگ روی یاتاقان سوارند و بر روی محور زرد رنگ می چرخند.اگر موتور خاموش باشد ولی اتومبیل با دنده ی خلاص در حال حرکت ، محور زرد می تواند داخل دنده ی آبی بچرخد با وجود اینکه دنده ی آبی و میل هرزگرد ساکن اند.

 ●حلقه ((collar یکی از دو دنده ی آبی را به میل گاردان زرد رنگ متصل می کند. حلقه بوسیله ی هزارخار مستقیمآ به محور زرد مرتبط است و با آن حرکت می کند.به علاوه میتواند برای درگیر کردن هر یک از دنده های آبی  روی محور زرد به چپ و راست بلغزد. دندانه های روی حلقه(dog teeth) در سوراخ های روی دنده ی آبی قرار می گیرند و آنها را درگیر می کنند.

 

دنده یک:

تصویر زیر نشان می دهد که چگونه در دنده ی یک ، حلقه، چرخ دنده ی آبی سمت راست را درگیر می کند:

 

در این تصویر ، محور سبز موتور، میل هرزگرد را میچرخاند که خود دنده ی آبی سمت راست را می چرخاند.این دنده انرژی را از طریق حلقه به میل گاردان منتقل می کند.بدین ترتیب اگر دنده ی آبی سمت چپ در حال چرخش باشد اما روی یاتاقانش به حالت هرز بگردد ، هیچ تاثیری روی محور زرد ندارد.

 

وقتی حلقه بین دو دنده قرار دارد(حالت شکل اول) دنده خلاص است و هر دو دنده ی آبی روی محور زرد به حالت هرز، با سرعت های متفاوت ، بسته به نسبتشان با میل هرزگرد ، می گردند.

 

از این بحث نتایج زیر بدست می آید:

●وقتی دنده بد عوض می شود ، صدایی که به گوش میرسد ، صدای گیرافتادن دندانه های دنده ها نیست چون همانطور که در شکلها می بینید دندانه ها همیشه کاملآ درگیر هستند .در واقع صدایی که شنیده می شود نتیجه ی تلاش ناموفق دندانه های حلقه( (dog teeth برای گیر انداختن سوراخ های بدنه ی دنده ی آبی است.

●جعبه دنده ای که اینجا نشان داده شده سیستم "همگام ساز" (بعدا توزیح داده خواهد شد) ندارد.بنابراین باید دو کلاچه دنده عوض کنید.این روش دنده عوض کردن در خودرو های قدیمی تر معمول بوده هر چند الآن هم در بعضی ماشین های مسابقه استفاده می شود.در این روش اول پدال کلاچ را یک بار فشار می دهید تا اتصال جعبه دنده و موتور قطع شود، این کار فشار را از روی دندانه های حلقه( (dog teeth بر می دارد و می توانید حلقه را به حالت خلاص در آورید.بعد پدال را آزاد می کنید و دور موتور را بالا می برید تا به سرعت مناسب  برسید.سرعت مناسب،تعداد دوری است که موتور باید در دنده ی بعدی بزند.روش کار به این ترتیب است که دنده ی آبی مربوط به دنده ی بعدی و حلقه با سرعت یکسان بچرخند تا دندانه های حلقه( (dog teeth درگیر شود.سپس پدال را برای بار دوم فشار می دهید و حلقه را در دنده ی جدید قفل می کنید.همانطور که از نام "دو کلاچه" پیداست برای هر بار عوض کردن دنده باید دوبار کلاچ را فشار داده و آزاد کنید.

●می توان دید که چگونه حرکت خطی کوچک دسته ی دنده باعث تعویض دنده می شود.دسته ی دنده میله ای را که به ماهک وصل است حرکت می دهد.ماهک حلقه را روی محور زرد حرکت می دهد تا یکی از دو دنده را درگیر کند.  

 

امروزه دنده ی دستی ۵ سرعته تا حد خوبی برای خودرو ها استاندارد است. داخل این دنده چیزی شبیه شکل زیر است:

 

کلآ ٣ ماهک وجود دارد که با ٣ میله ی متصل به دسته دنده کنترل می شوند.اگر از بالا به میله های تعویض دنده نگاه کنیم در حالت های دنده عقب ، یک و دو به شکل زیر اند:

 

به یاد داشته باشید که دسته دنده در وسطش یک نقطه ی چرخش دارد.وقتی در حالت دنده یک ،دسته دنده را به جلو حرکت می دهید درواقع ماهک و میله ی دنده ی یک جا به عقب می کشید.

 وقتی که به چپ و راست حرکت می دهید در واقع ماهک های مختلف(و درنتیجه حلقه های متفاوت)را در گیر می کنید.از طرفی جلو و عقب بردن دسته دنده حلقه را با یکی از دنده ها درگیر می کند.

 

دنده عقب به کمک یک دنده ی کوچک کمکی شکل می گیرد(بنفش).دنده ی آبی عقب در این شکل همیشه خلاف جهت سایر دنده های آبی حرکت می کند.در نتیجه عقب زدن دنده وقتی خودرو به جلو حرکت می کند ممکن نیست.در ضمن دندانه های حلقه( (dog teeth در این جریان اصلآ در گیر نمی شود اگرچه صدای زیادی ایجاد می کنند.

 همگام سازها:

سیستم انتقال قدرت دستی در ماشین های مسافربری جدید برای رفع نیاز دو بار کلاچ گرفتن از همگامسازها کمک می گیرد.روش کار یک همگام ساز به این صورت است که باعث می شود دنده و حلقه قبل از اتصال دندانه های حلقه( (dog teeth تماس اصطکاکی داشته باشند.این باعث می شود تا سرعت دنده و حلقه انطباق زمانی پیدا کند قبل از اینکه دندانه ای در گیر شود.مانند شکل زیر:

 

مخروط روی چرخ دنده ی آبی در سوراخ مخروطی شکل حلقه قرار می گیرد و اصطکاک بین مخروط و حلقه ،چرخ دنده و حلقه را همگام می کند.سپس حلقه به گونه ای می لغزد که دندانه های حلقه( (dog teeth دنده را درگیر کند.

 البته هر تولید کننده ی ابزارهای انتقال قدرت و همگام ساز را به روشهای متفاوتی تولید می کند اما ایده ی کلی همانطور است که شرح داده شد.

 

 

 




:: برچسب‌ها: gearboxها ساختمان و نحوه کارآنها
ن : ع غ
ت : ۱۳٩٠/٧/٥
نظرات ()
 
جهت اطلاع از تنظیمات و ویــــرایش این قالب اینجا را کلیک کنید.

.:: کلیک کنید ::.