تمام دانستنی ها در مورد جعبه دنده خودرو

تمام دانستنی ها در مورد جعبه دنده خودرو

جعبه دنده از تعدادی چرخ دنده تشكيل شده است ، به طوريكه همواره با ثابت بودن توان ورودي آن ،مي توان دور و گشتاور خروجي را تغيير داد ، به نحوي كه توان خروجي نيز ثابت و برابر با توان ورودی به جعبه دنده می باشد .

با توجه به رابطة (1-2) ، چنانچه تعداد دندانه هاي چرخ دنده هاي متحرك را به تعداد دندانه هاي چرخ دنده هاي محرك موجود در مسیر انتقال قدرت ،تقسيم گردد ، عددي بدست مي آيد كه به آن نسبت دنده یا نسبت انتقال گفته مي شود .

چنانچه i >1 باشد ، دور خروجي كمتر از دور ورودي و گشتاور خروجي بيشتر از گشتاور ورودي خواهد بود. به اين حالت ، وضعيت کم دورانی (Under Drive ) گفته مي شود و معمولاً در دنده هاي عقب ،1 ،2 و بعضاً 3 مورد استفاده قرار مي گيرد .

چنانچه  i=1 باشد ، دور و گشتاور ورودي با دور و گشتاور خروجي برابر بوده و به اين حالت ، وضعيت مستقیم (Direct Drive ) گفته مي شود كه معمولا در دنده های 3 یا 4 مورد استفاده قرار مي گيرد .

اگر 1 >i باشد ، دور خروجي بيشتر از دور ورودي و گشتاور خروجي كمتر از گشتاور ورودي خواهد بود . به اين حالت ، وضعيت  بیش دورانی (Over Drive) گفته مي شود كه در دندة 5 و بعضاً 4 مورد استفاده قرار مي گيرد .

از طرفي بايد توجه داشت كه ، چنانچه تعداد چرخ دنده هاي درگير با يكديگر زوج باشند ، جهت اولين و آخرين چرخ دنده  برعكس هم مي باشد در حاليكه اگر تعداد چرخ دنده هاي درگير با يكديگر فرد باشند ، جهت اولين و آخرين چرخ دنده برعكس يكديگر خواهد بود .

شكل (1) اجزاي يك جعبه دندة چهار سرعته را نشان مي دهد .

1- چرخ دندة دنده عقب 2- گلدانی يا پوستة عقب گيربكس 3- شفت خروجي گيربكس 4- چرخ دندة هرزگرد دنده عقب 5- چرخ دندة دنده دو 6- كشويي و توپي دندة يك و دو 7- چرخ دندة دنده يك 8- درپوش جلويي گيربكس 9- پوستة گيربكس 10- چرخ دندة دنده چهار و شفت ورودي گيربكس 11- كشويي و توپي دندة سه و چهار 12- چرخ دندة دنده سه 13- چرخ دنده هاي شفت زير از كوچك به بزرگ به ترتیب مربوط به دنده هاي يك تا چهار 14- شفت زير 15- چرخ دندة هرزگرد دنده عقب كه با چرخ دندة شماره (4) يكپارچه مي شود 16- ماهك 17- اهرم هاي محرك ماهك ها 18- دنده برنجي

شكل 1- اجزاي يك گيربكس چهارسرعته مربوط به خودرو RD

 

توجه به نكات ذيل جهت بررسي عملكرد گيربكس حائز اهمیت می باشد :

1-تمامي چرخ دنده هاي موجود برروي شفت خروجي(3) ، (چرخ دنده هاي مربوط به دنده هاي يك تا سه با شماره هاي 7 ، 5 و 12)هيچگونه درگیری با شفت خروجي نداشته و همگي در حالت عادی ،  برروي شفت خروجي هرز مي چرخند ، به عبارتی دیگر تمامی این چرخ دنده ها در حالت عادی حول محور شفت خروجی و بدون ارتباط با شفت خروجی دوران می کنند .

2-چرخ دندة دنده عقب (1) همواره به شفت خروجي وصل بوده و دوران آن با دوران شفت خروجي يكسان است .

-تمامي چرخ دنده هاي شفت زير (13) با هم يكپارچه بوده ، قدرت را از محور ورودي و چرخ دندة دنده چهار (10) دريافت نموده و همواره دوران کرده و قدرت را به چرخ دنده های دنده هاي يك تا سه (7 ، 5 و 12) منتقل نموده و این چرخ دنده ها نیز در حالت عادی به صورت هرزگرد حول محور شفت خروجی (3) دوران می کنند .

4-چرخ دنده هاي هرز گرد دنده عقب (4) و (15) به يكديگر وصل بوده و برروي شفت خود آزادانه دوران مي كنند و فقط در دندة عقب مورد استفاده قرار گرفته و قدرت را منتقل مي كنند  و در سایر حالت ها عمل خاصی انجام نمی دهند .

با توجه به مطالب فوق و شكل (2) ، ملاحظه مي گردد كه در حالت خلاص ، شفت ورودي تمامي چرخ دنده هاي شفت زير را مي چرخاند . از طرفي چرخ دنده هاي شفت زير به تمامي چرخ دنده هاي واقع شده بر روی شفت خروجي و يكي از چرخ دنده هاي هرزگرد دندة عقب وصل می باشند و همة این چرخ دنده ها به صورت هرز دوران مي كنند و چون هیچ کدام از چرخ دنده ها به شفت خروجی وصل نیستند ، قدرتی به شفت خروجی منتقل نمي شود.

شكل 2- شماتيك گيربكس چهار سرعته

 

دقت كنيد كه دو عدد چرخ دندة هرزگرد مربوط به دندة عقب در كنار چرخ دنده هاي شفت زير قرار گرفته اند در حالیکه چرخ دنده های واقع شده بر روی شفت خروجی در قسمت بالای چرخ دنده های شفت زیر قرار گرفته اند .

وضعيت دنده يك :

شکل (3) وضعیت دندة یک را نشان می دهد .

شكل 3-وضعيت دنده يك

 

با توجه به شكل (3) ، با حركت كشويي دندة يك و دو به سمت چرخ دندة دنده يك ، چرخ دندة دنده يك برروي شفت خروجي به شفت خروجي وصل شده در حاليكه بقيه چرخ دنده هاي روي شفت خروجي ، هرزگرد مي باشند . بنابراين دور و گشتاور به ترتيب زير منتقل مي شود :

شفت ورودي – چرخ دندة دنده چهار روي شفت ورودي – چرخ دندة دنده چهار روي شفت زير – چرخ دندة دنده يك روي شفت زير – چرخ دندة دنده يك روي شفت خروجي – كشويي – توپي – محور يا شفت خروجي گيربكس

در اين حالت دور خروجی جعبه دنده كاهش يافته در حالیکه گشتاور خروجی جعبه دنده افزايش مي يابد و باید توجه نمود که توان ورودی به جعبه دنده با توان خروجی از جعبه دنده برابر خواهد بود .

وضعيت دنده دو :

شکل (4) وضعیت دندة دو را نشان می دهد .

شكل 4-وضعيت دنده دو

 

با توجه به شكل (4) ، با حركت كشويي دندة يك و دو به سمت چرخ دندة دنده دو ، اين چرخ دنده را به شفت خروجي وصل مي كند . در اين حالت ابتدا چرخ دندة دنده يك از درگيري خارج شده وگيربكس خلاص مي شود ، سپس با درگير شدن چرخ دندة دنده دو بر روي شفت خروجي ، وضعیت دنده دو مطابق شكل (4) ايجاد مي شود  .

مسير انتقال قدرت به شرح ذيل مي باشد . ( بقيه چرخ دنده هاي موجود برروي شفت خروجي هرزگرد هستند ) :

شفت ورودي – چرخ دندة مربوط به دنده چهار روي شفت ورودي – چرخ دندة دنده چهار روي شفت زير – چرخ دندة دنده دو روي شفت زير – چرخ دندة دنده دو روي شفت خروجي – كشويي – توپي – محور يا شفت خروجي گيربكس

در اين حالت نسبت به دنده يك دور خروجي بيشتر و گشتاور خروجي كمتر می شود و باز هم باید به یکسان بودن توان ورودی و خروجی جعبه دنده توجه نمود .

وضعيت دنده سه :

شکل (5) وضعیت دندة سه را نشان می دهد .

شكل 5- وضعيت دنده سه

 

با توجه به شكل (5) ، با قراردادن كشويي دنده هاي يك و دو در وسط ، گيربكس خلاص مي شود از طرفي با حركت كشويي دنده هاي سه و چهار به سمت چرخ دندة دنده سه برروي شفت خروجي ، این چرخ دنده به شفت خروجی جعبه دنده  وصل شده و بقیة چرخ دنده های موجود بر روی شفت خروجی به حالت هرزگردي در مي آيند ، لذا وضعيت دنده سه ايجاد شده و مسير انتقال قدرت به شرح ذيل مي باشد :

شفت ورودي – چرخ دندة دنده چهار روي شفت ورودي- چرخ دندة دنده چهار روي شفت زير – چرخ دندة دنده سه روي شفت زير – چرخ دندة دنده سه روي شفت خروجي – كشويي – توپي – محور يا شفت خروجي گيربكس

در اين حالت نسبت به دنده دو ، دور خروجي بيشتر و گشتاور خروجي كمتر مي شود ، در حالیکه توان ورودی به گیربکس برابر با توان خروجی از گیربکس می باشد .

وضعيت دنده عقب :

شکل (6) وضعیت دندة چهار را نشان می دهد .

شكل 6- وضعيت دنده عقب

 

مطابق شكل (6) ، با قرار دادن كشويي هاي دنده هاي يك تا چهار در وضعيت وسط گيربكس خلاص مي شود .

حال با متصل كردن چرخ دندة مربوط به دنده عقب برروي شفت خروجي (1) ، به چرخ دندة هرزگرد دنده عقب (4) ، وضعيت دنده عقب ايجاد مي شود .

نحوة انتقال قدرت در دنده عقب به شرح ذیل می باشد :

شفت ورودي – چرخ دندة دنده چهار روش شفت ورودي – چرخ دندة دنده چهار روي شفت زير – چرخ دندة دنده يك روي شفت زير – چرخ دنده هاي هرزگرد دنده عقب –چرخ دندة دنده عقب روي شفت خروجي – شفت خروجي

بنابراين با استفاده از چرخ دنده هاي هرزگردی كه بين چرخ دندة دنده يك روي شفت زير و چرخ دندة دنده عقب روي شفت خروجي واقع شده اند ، جهت دور برعكس شده و وضعيت دنده عقب ايجاد مي شود .

در اين حالت دور و گشتاور خروجي به دور و گشتاور خروجي در وضعيت دنده يك نزديك است .

شكل (7) وضعيت هاي مختلف درگيري يك گيربكس 5 سرعته ، مربوط به يك خودرو جلو محرك (FD) را نشان مي دهد .

لازم به ذکر است که در این نوع جعبه دنده ها ، با توجه به هم جهت بودن دور ميل لنگ و دور چرخ ها فقط از يك شفت ورودي و يك شفت خروجي استفاده شده است و شفت زير حذف شده است .

شكل 7- وضعيت هاي مختلف گيربكس 5 سرعته جلو محرك

 

شكل (8) نيز وضعيت دنده عقب گيربكس مذكور را نشان مي دهد .

شكل 8- وضعيت دنده عقب گيربكس 5 سرعته جلو متحرك

 

توجه كنيد كه در اكثر گيربكس ها دنده هاي مربوط به چرخ دنده هاي دنده عقب از نوع مستقيم هستند. به همين دليل در اين نوع خودروها به هنگام حركت در دندة عقب توليد صدا مي كنند ، ولي چون دنده هاي مربوط به چرخ دنده هاي ساير دنده ها ، مورب هستند ، در دنده هاي رو به جلو صدايي توليد نمي شود .

لازم به ذکر است که چرخ دنده های  با دندانه های مستقیم با حرکت محوری با هم درگیر شده و یا خلاص می شوند در حالیکه چرخ دنده های با دندانه های مورب را نمی توان با حرکت محوری به یکدیگر وصل نمود و یا خلاص کرد ، بلکه چرخ دنده های با دندانه های مورب همواره با هم درگیر هستند ، فقط باید در صورت نیاز به انتقال قدرت توسط چرخ دندة مورد نظر ، بوسیلة مکانیزم هماهنگ کنندة دور یا سنکرونیزه ، چرخ دندة مذکور را با محور یا شفت درگیر نمود یا خلاص کرد .

شكل (9) مجموعة سنکرونیزه را نشان می دهد .

1- كشويي 2- شيار حلقوي 3- دندة داخلي كشويي 4- دندة بيروني توپي 5- توپي 6- دندانة دنده برنجي 7- قسمت مخروطي چرخ دنده (كلاچ مخروطي ) 8- چنگك يا كلاچ چنگكي چرخ دنده 9- چرخ دنده 10- خارموشكي 11- فنر 12- دنده برنجي

شكل9-ساختار مجموعة سنكرونيزه

 

در حالت واقعي با توجه به شكل (1) و (10) ، يك مجموعة سنكرونيزه بين دو چرخ دنده از دو دندة مختلف قرار مي گيرد . مثلاً دنده هاي يك و دو ، داراي يك مجموعة سنكرونيزه و دنده هاي سه و چهار نيز داراي يك مجموعة سنكرونيزه ديگر مي باشند .

1- چرخ دندة مربوط به دندة يك 2- چنگك يا كلاچ چنگکی 3- دنده برنجي 4- خارحلقوي 5- كلاچ مخروطي يا سطح مخروطي چرخ دنده و برنجي 6- ياتاقان سوزني 7- خارتثبيت كنندة توپي 8- توپي 9- شفت خروجي گيربكس 10- خارموشكي 11- كشويي 12- محل قرار گيري ماهك 13- چرخ دندة مربوط به دنده يك

شكل 10- مجموعه سنكرونيزه در حالت خلاص

 

در شكل (11) برای بررسي نحوة عملكرد مجموعة سنكرونيزه ، از مجموعة سنكرونيزة دنده هاي يك و دو استفاده شده است . همانگونه كه ملاحظه مي شود هرچرخ دنده از سه قسمت تشكيل شده است :

–  قسمت مخروطي چرخ دنده كه به همراه قسمت مخروطي دنده برنجي ، يك كلاچ مخروطي (5) را تشكيل مي دهند ، به عبارتي اگر سطح مخروطي دنده برنجي به سطح مخروطي چرخ دنده بچسبد ، دور دنده برنجي و چرخ دنده يكسان مي شود .

–  قسمت چنگكي چرخ دنده (2) كه به همراه چنگك هاي دنده برنجي و دنده هاي داخلي كشويي (11) ، تشكيل كلاچ چنگكي مي دهند . يعني چنانچه دور چرخ دنده ، دنده برنجي ، و كشويي با يكديگر برابر شود ، با حركت كشويي به سمت چرخ دنده ، دنده هاي داخلي كشويي با چنگك هاي چرخ دنده ، درگير شده و چرخ دنده به كشويي وصل مي شود.

كشويي نيز كه از سمت ديگر به توپي وصل بوده و توپي نيز به محور خروجي وصل مي باشد . بنابراين توان از چرخ دنده به كشويي ، از كشويي به توپي و از توپي به محور خروجي گيربكس منتقل مي شود .

–  قسمت دنده هاي خارجي چرخ دنده كه با دنده هاي شفت زير درگير شده و وظيفة انتقال توان را برعهده دارند .

–  در هنگام تعويض دنده ، راننده با اعمال نيرو به اهرم تعويض دنده ، حركت دست راننده از طريق اهرم تعويض دنده به میل ماهك (قطعة 16در شكل (7-2)) و از ماهك مطابق شكل (18-2)به كشويي منتقل مي شود.

شكل 11-مجموعة سنكرونيزه در حال هم دور كردن اجزا

 

از آنجايي كه درون كشويي شياري حلقوي وجود دارد و در قسمت پشت خارموشكي نيز برآمدگي منطبق بر شيار درون كشويي ايجاد شده است ، با حركت كشويي ، ابتدا كشويي خارموشكي را در راستای محوری حركت مي دهد و از آنجايي كه لبه خارموشكي نيز در شيار دنده برنجي قرار گرفته است ، دنده برنجي نیز حرکت محوری انجام داده و به سمت چرخ دنده حركت مي كند . با رسيدن دنده برنجي به قسمت مخروطي چرخ دنده و اعمال نيروي بیشتری از طريق دست راننده ، اهرم تعويض دنده ، ميل ماهك ، ماهك ، كشويي ، خارموشكي و دنده برنجي ، قسمت مخروطي دنده برنجي و چرخ دنده بر هم منطبق شده و نيروي اصطكاك بين دو سطح مخروطي باعث هم دور شدن چرخ دنده (كه قبلا به صورت هرز برروي شفت خروجي در حال دوران بوده است) با دنده برنجي ، خارموشكي ، كشويي ، توپي و نهايتاً شفت خروجي مي شود.

هنگامي كه كشويي و چرخ دنده هم دور شدند ، با اعمال نيروي بيشتري ، چون دنده برنجي و خارموشكي امكان حركت خطي بيشتر ندارند ، دندانه هاي داخل كشويي به برآمدگي خارموشكي نيرو اعمال كرده و خارموشكي ها كه برروي خار حلقوي ((4)در شكل (10)) سوار شده اند ، خارحلقوي را كمي جمع كرده و خارهاي موشكي به سمت داخل توپي حركت مي كنند و امكان حركت خطي بیشتر کشویی ، مطابق شكل (12) فراهم مي شود .

شكل 12- مجموعة سنكرونيزه بعد از انجام تعويض دنده

 

در اين صورت كشويي تا انتها حركت كرده و دندانه هاي داخلي كشويي با چنگك هاي چرخ دنده درگير مي شوند . از اين رو قدرت از چرخ دنده و چنگك ها به كشويي ، از كشويي به توپي و از توپي به شفت خروجي منتقل شده و عمل تعويض دنده به نرمي و بدون سر و صدای ناشی از درگیری دنده های چرخ دنده ها با یکدیگر انجام مي گيرد .

نویسنده صیاد نصیری

گروه فنی مهندسی اِیمِگ