جعبه دنده (انتقال) چه وظیفه ای بر عهده دارند

موتورهای درونسوز که معمولاً بر روی وسایل نقلیه موتوری نصب می‌شوند، قدرت خروجی خود را با سرعت بسیار بالایی تحویل می‌دهند (تقریباً 4000 تا 6000 دور در دقیقه). بنابراین لازم است که این سرعت در فاصله بین میل‌لنگ و محورمحرک چرخ‌ها کاسته شود. به علاوه، گشتاور پیچشی موتور را فقط در محدوده بسیار کوچکی می‌توان تغییر داد. به همین دلیل باید بتوان نسبت انتقال را به دلخواه تغییر داد تا نیروهای محرکِ اعمال‌شونده بر چرخ‌های ماشین، با شرایط مختلف جاده از نظر میزان مقاومت و اصطکاک، قابل تطبیق باشد.

بخشی از کلِ کاهش موردِ‌ نیاز سرعت، در محرک نهایی یا دنده دیفرانسیل (صفحه 500) حاصل می‌شود. مابقیِ کاهش را می‌توان با استفاده از گیربکس یا جعبه دنده تغییر سرعت بدست آورد. این جعبه دنده ، بین کلاچ و دنده دیفرانسیل قرار می‌گیرد. علاوه بر این، جعبه دنده، دنده معکوس یا عقب را نیز دربر می‌گیرد. کار جعبه دنده تغییر گشتاور پیچشی انتقالی است و به همین دلیل گاه به آن «مبدل گشتاور» نیز می‌گویند. نسبت انتقال (یا نسبت دنده) به تعداد دندانه‌های چرخ‌دنده‌ای درگیر بستگی دارد. اگر چرخ‌دنده‌ای بر روی یک محور با چرخ‌دنده دیگری که تعداد دندانه‌های آن نصف اولی است درگیر شود، چرخ‌دنده دوم با سرعت معادلِ دوبرابر سرعت چرخ‌دنده اول به چرخش درمی‌آید. چون نیروهای مؤثر بر هر دو چرخ‌دنده مساوی است، گشتاور پیچشی (یعنی حاصلضرب نیروی عمودی مؤثر بر چرخ‌دنده و فاصله این نیرو تا مرکز چرخش میل‌محور) برای چرخ‌دنده بزرگ دو برابر چرخ‌دنده‌ کوچک خواهد بود. از سوی دیگر، چرخ‌دنده کوچک دو برابر سرعت چرخ‌دنده بزرگ را داراست. به بیان دیگر، چرخ‌دنده کوچک، سرعت بالاتر ولی گشتاور پایین‌تر را دارد؛ در مقابل، چرخ‌دنده بزرگ، با سرعت کمتری می‌چرخد، اما گشتاور پیچشی بزرگ‌تری را انتقال می‌دهد. نسبت انتقال عبارت است از نسبت سرعت ورودی به سرعت خروجی. اقطار دوایر گام چرخ‌دنده‌ها و گشتاورهای پیچشی میل‌محورها، نسبت عکس دارند.

یک جعبه دنده تغییر سرعت معمولی، شامل انتهای میل‌محور محرک، میل‌محور هرزگرد، و میل‌محور محرک (شکل 1) است که موازی با محور طولیِ وسیله نقلیه در پوسته جعبه دنده نصب شده‌اند. در محلی که انتهای محور محرک وارد پوسته جعبه دنده می‌شود، یک چرخ‌دنده بر روی آن محکم شده است. این چرخ‌دنده حرکت خود را از طریق کلاچ مستقیماً از موتور می‌گیرد و به همین دلیل سرعت چرخش آن برابر با سرعت موتور است. چرخ‌دنده‌ مزبور، چرخ‌دنده نسبتاً‌ بزرگ‌تری را که روی میل‌محور هرزگرد سوار است، با سرعت کمتری به چرخش درمی‌آورد. چرخ‌دنده‌های انتقال برای سرعت‌های پایین (در جعبه دنده‌های چهارسرعته، دنده‌های اول و دوم و سوم، و در جعبه دنده‌های سه‌سرعته، دنده‌های اول و دوم) بر روی میل‌محور هرزگرد محکم شده‌اند. میل‌محور متحرک، یعنی میل‌محوری که سرعت مورد نظر را به محرک نهایی چرخ‌ها انتقال می‌دهد، در امتداد میل‌محور محرک نصب شده است و چرخ‌دنده‌هایی را که می‌توانند در امتداد طول آن جابجا شوند و سرعت‌های مختلف را بوجود می‌آورند، حمل می‌کند. میل‌محور هرزگرد همواره در حال چرخش است. وقتی وسیله نقلیه در «دنده یک» است (شکل 1)، یک چرخ‌دنده کوچک بر روی میل‌محور هرزگرد، چرخ‌دنده بزرگ‌تری را بر روی میل‌محور متحرک به چرخش درمی‌آورد؛ در «دنده‌ دوم»، چرخ‌دنده بزرگ‌تری از میل‌محور هرزگرد، چرخ‌دنده دیگری را بر روی محور متحرک که فقط کمی بزرگ‌تر از آن است، می‌چرخاند (شکل 2)، طوری که دور منتقل‌شده به چرخ‌های محرک، قدری بالاتر از «دنده یک» است. در جعبه دنده چهارسرعته، سومین زوجِ چرخ‌دنده‌ها بر روی میل‌محورهای هرزگرد و متحرک، وسیله را در «دنده 3» به حرکت درمی‌آورند. در دنده بالا (دنده چهار در این حالت)، سرعت موتور بدون کاهش از طریق جعبه دنده منتقل می‌شود. برای «دنده معکوس» یا «دنده عقب»، جهت چرخش میل‌محور متحرک با دخالت یک چرخ‌دنده ثانویه معکوس می‌شود (شکل 4). بسیاری از جعبه‌دنده‌ها به چیزی مجهزند که «دنده بالا» یا «دنده‌ فوق سبک» نامیده می‌شود یک چرخ‌دنده بزرگ بر روی میل‌محور هرزگرد، چرخ‌دنده کوچک‌تری را بر روی میل‌محور متحرک به حرکت درمی‌آورد و سبب می‌شود که چرخ‌دنده دوم با سرعتی بیشتر از سرعت موتور بچرخد. مطلب فوق بدان معنی است که موتور، حتی وقتی ماشین با سرعت بسیار بالایی حرکت می‌کند، به دور نسبتاً پایینی نیاز دارد.

جعبه دنده

جعبه دنده اتوماتیک

یکی از مشهورترین انواع جعبه دنده‌های اتوماتیک،‌ »هیدراـ ماتیک» (شکل 5 در صفحه مقابل و شکل 7 از صفحه 499) است که با تعدادِ زیاد در سال‌های پس از جنگ در امریکا ساخته شد. این جعبه دنده، دو مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای برای چهار دنده جلو، و یکی نیز برای دنده معکوس دارد. انتقال قدرت از طریق یک کوپلینگ سیّال صورت می‌گیرد. تغییر دنده، به صورت اتوماتیک یا خودکار انجام می‌شود و به سرعت اتومبیل (دور میل‌محورِ متحرک جعبه دنده)، بار موتور، و موقعیت پدال گاز (از طریق یک گاورنر یا ناظم) بستگی دارد. انتقال قدرت در قسمت مکانیکیِ سیستم و به وسیله مجموعه چرخ دنده‌های سیاره‌ای و یک کوپلینگ سیّال انجام می‌گیرد. در دنده یک و دو، کل قدرت از طریق کوپلینگ سیّال منتقل می‌شود. این کوپلینگ در دنده دو، در مقایسه با دنده یک، با سرعت بالاتری به حرکت درمی‌آید، زیرا در این حالت مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای قفل می‌شود و اتلاف حاصل از لغزش، در کوپلینگ سیّال کمتر است. از سوی دیگر، لغزش بیشتری که در دنده یک رخ می‌دهد، یکنواختی و نرمی بیشتری به شروع حرکتِ اتومبیل می‌دهد.

اما در دنده سه و چهار، قدرت به دو طریق منتقل می‌شود. در نقطه مشخص‌‌شده با علامت X ، بخشی از قدرت موتور که از طریق مجموعه چرخ دنده سیاره‌ای 1 می‌‌آید، توسط کوپلینگ سیّال به چرخ خورشیدی (S) مجموعه چرخ دنده سیاره‌ای 2 و بخش دیگر آن به وسیله میل‌محور توخالی و کلاچ قفل‌شده K2 ، به چرخ بیرونی (A) از مجموعه چرخ دنده‌ سیاره‌ای 2 منتقل می‌شود. در مجموعه چرخ دنده سیاره‌ای 2، دو جریان انتقال قدرت در چرخ دنده سیاره‌ای (P) به هم می‌رسند. به این ترتیب، کوپلینگ سیّال میان‌بُر زده می‌شود. بنابراین، لغزش فقط بر آن بخش از قدرت که از طریق کوپلینگ منتقل می‌شود، اثر می‌گذارد. در دنده سه حرکت کوپلینگ سیّال از طریق مجموعه چرخ دنده سیاره‌ای 1 انجام می‌گیرد و همانند دنده یک، سرعت دوران کاهش می‌یابد (44/1). اما در دنده چهار، مجموعه چرخ دنده‌ سیاره‌ای 1 به وسیله کلاچ K1 قفل می‌شود و در نتیجه، کوپلینگ سیّال نسبت به دنده 3 سرعت کاری بالاتری بدست می‌آورد، طوری که لغزش کاهش پیدا می‌کند. در موقعیت پارک (Pa) کلاچ‌های B2 و BR قفل می‌شوند. B2، چرخ بیرونی PL2 و در نتیجه، چرخ خورشیدی PLR را قفل می‌کند. BR، چرخ بیرونی PLR را قفل می‌سازد، طوری که چرخ‌دنده سیاره‌ای بین چرخ خورشیدی و چرخ بیرونی نیز از حرکت بازمی‌ایستد و به این ترتیب، حرکت به محور یا آکسل عقب منتقل نمی‌شود.

عملیات تعویض دنده، به کمک یک دستگاه تنظیم‌کننده هیدرولیکی کنترل می‌شود. شکل 6 ، عملیات مربوط به تغییر به دنده بالاتر را نشان می‌دهد. ناظم (گاورنر) گریز از مرکز به وسیله‌ محور متحرک انتقال به حرکت درمی‌آید. این وسیله شامل یک پیستون گریز از مرکز است که به شکل خارج از مرکز داخل یک محفظه یا پوسته نصب شده و می‌تواند حرکت کند. پیستون گریز از مرکز، تحت تأثیر نیروی گریز از مرکز که مقدار آن به سرعت جاده‌ایِ وسیله نقلیه بستگی دارد، روغن هیدرولیکی را به مقدار تنظیم‌شده به سوپاپ کنترل تغذیه می‌کند. حال فشار این روغن که ناظم گریز از مرکز آن را تنظیم می‌کند، به یک سمت پیستون اعمال می‌شود؛‌ در حالی یک نفر به سمت دیگر آن فشار می‌آورد. فشار روغنی که در اثر عمل پدال گاز در تنظیم‌کننده (رگلاتورِ) بار تولید می‌شود، بر فشار فنر می‌افزاید. اگر فشار روغن که تحت کنترل ناظم گریز از مرکز قرار دارد، از فشار کنترل‌شونده با تنظیم‌کننده بار بالاتر رود پیستون سوپاپ کنترل، راه را به مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای مربوطه می‌گشاید. در همان زمان، ترمز رها می‌شود و کلاچ در حالت قفل قرار می‌گیرد.

از سوی دیگر، اگر فشار روغن کنترل‌شونده به وسیله تنظیم‌کننده بار از فشار روغن تحت کنترل ناظم گریز از مرکز فراتر رود، تمام عملیات معکوس می‌شود. به این ترتیب، سیستم انتقال، فقط تحت کنترل پدال گاز (تنظیم‌کننده بار) و در ارتباط با سرعت جاده‌ای (ناظم گریز از مرکز) قرار دارد. وقتی در لوله رابط سوپاپ کنترل و مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای مربوطه فشاری وجود ندارد، عمل فنر ترمز را قفل می‌کند و کلاچ را رها می‌سازد. برای هر مجموعه چرخ‌دنده سیاره‌ای یک تنظیم‌کننده هیدرولیکی از این نوع فراهم می‌شود.

جعبه دنده

انواع دیگرِ جعبه دنده‌های اتوماتیک

در انواع دیگرِ جعبه دنده‌های اتوماتیک به‌جای کوپلینگ سیّال، از یک مبدل سیّال یا مبدل گشتاور هیدرولیکی استفاده می‌شود. کار کوپلینگ سیّال فقط انتقال گشتاور پیچشی موتور به جعبه دنده است، در حالی که مبدل گشتاور، گشتاور پیچشی پایین موتور را که با سرعت بالا در حال چرخش است، به گشتاور بالا همراه با سرعت پایین در میل‌محور خروجی‌اش تبدیل می‌کند. بنابراین، چنین مبدل گشتاوری، خود شامل یک مرحله انتقال است. درون مبدل سیّال، پروانه‌ای (ایمپلر) وجود دارد که سرعتش را به روغن انتقال می‌دهد و آن را به درون توربین می‌راند. در دورهای پایین، بازده چنین وسیله‌ای بسیار پایین است و به همین دلیل، روغن پس از خروج از توربین از درون به اصطلاح استاتور می‌گذرد. انحنای پره‌های استاتور به شکلی است که جریان روغن را دوباره به سمت پروانه هدایت می‌کند و بنابراین سبب تقویت عمل آن می‌شود (شکل 8). بنابراین پره‌های استاتور در تبدیل گشتاور پایین میل‌محور پرسرعتِ موتور به گشتاور بالای میل‌محور خروجیِ کم‌سرعتِ مبدل نقش دارند، طوری که انرژی روغن بیرون آمده از توربین هدر نمی‌رود و می‌توان دوباره از آن استفاده کرد. سرعت توربین به تدریج با سرعت پروانه برابر می‌شود، اما با این نتیجه که بازده مجدداً کاهش می‌یابد برای خنثی کردن این اثر، تدابیر مختلفی را به کار می‌گیرند. در یکی از این ترتیبات، پره‌های استاتور قابل تنظیم ساخته می‌شوند، یعنی انحراف جریان دوباره هدایت‌شده، در هر لحظه از کار، با سرعت دوران توربین وفق پیدا می‌کند (در سیستم‌های ساکن). ترتیب دیگر شامل یک کلاچ جغجغه‌ای است که هنگام استارت، بر پوسته فشار می‌آورد. نیروی مهارکننده این کلاچ از تفاوت بین گشتاور پیچشی موتور و گشتاور پیچشی خروجی سیستم انتقال بدست می‌آید. وقتی، در پایان عمل استارت، این گشتاورها برابر می‌شوند، استاتور به کمک یک کلاچ جغجغه‌ای خود را از پوسته جدا می‌کند و همراه با توربین می‌چرخد. به این ترتیب، مبدل، به یک کوپلینگ سیّال تبدیل شده است. کلاچ جغجغه‌ای (شکل 9) ممکن است مجهز به غلتک‌های گیردهنده باشد. پوسته جعبه‌دنده و قفس یا محفظه کلاچ به هم وصل شده‌اند و حالت صُلب و یکپارچه دارند. وقتی نیروی رانشیِ استاتور در یک جهت عمل می‌‌کند، غلتک‌های گیردهنده در شیارهای باریک‌شونده کلاچ فشرده و درگیر می‌شوند و به این ترتیب آن را به حالت قفل درمی‌آورند و نیرو می‌تواند انتقال یابد. با کاهش یافتن و یا تغییر جهت نیروی رانشی، غلتک‌ها آزاد می‌شوند و طوقه می‌تواند آزادانه بچرخد. در یک جعبه‌دنده اتوماتیک مجهز به مبدل‌های گشتاور، ‌نسبت‌های انتقال یا دنده‌های دیگر با استفاده از مجموعه چرخ‌دنده‌های سیاره‌ایِ اضافی تأمین می‌شود (شکل 10).
منبع: سندباد

بدون دیدگاه

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

شما می‌توانید از این دستورات HTML استفاده کنید: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>