نحوه عملکرد جعبه دنده اتوماتيك

نحوه عملکرد جعبه دنده اتوماتيك

 

اهرم تعويض حالت گيربكس هاي اتوماتيك با توجه به شكل (1) داراي حالت  هاي مختلفي مي باشد .

توجه : در اكثر خودروها شرط تغيير وضعيت اهرم تعويض حالت گيربكس اتوماتيك فشار دادن پدال ترمز مي باشد .

شكل 1- اهرم تعويض حالت گيربكس اتوماتيك

 

حالت هاي مختلف اهرم تعويض حالت گيربكس اتوماتيك:

P: به معني Parking  مي باشد . در اين وضعيت شفت خروجي گيربكس توسط ضامني قفل شده و از حركت خودرو جلوگيري مي كند .

R: به معني Reverse يا دنده عقب مي باشد . پس از قرار گيري اهرم تعويض حالت در اين موقعيت با رها كردن پدال ترمز ، خودرو به سمت عقب حركت مي كند.

N: به معني Neutral يا خلاص مي باشد . در اين حالت گيربكس در وضعيت خلاص قرار مي گيرد .

D: به معني Drive يا حركت مي باشد . با قرارگيري اهرم تعويض حالت در اين موقعيت ، با رها كردن پدال ترمز ، خودرو شروع به حركت به سمت جلو مي كند و به صورت اتوماتيك با افزايش سرعت خودرو گيربكس نيز در دنده هاي بعدي قرار مي گيرد . به طور مثال در يك گيربكس اتوماتيك چهار سرعته ، با قرارگيري اهرم در وضعيت D  ابتدا گيربكس در دنده يك قرار گرفته و به تدريج با افزايش سرعت خودرو ، گيربكس در دنده هاي 2 و3 و4 قرار مي گيرد.

2: در اين وضعيت عبارات مختلفي مانند 2 ، 2D ، 2L ، 2S و غيره نوشته مي شود و بدين معناست كه گيربكس فقط مجاز به استفاده از دنده هاي يك و دو مي باشد . اين وضعيت خاص حركت خودرو در سرازيري هاي ملايم مي باشد.

L: در اين موقعيت نيز عبارات متفاوتي مانند 1 ، 1D ، 1L ، 1S  و غيره نوشته مي شود و به اين معناست كه گيربكس فقط مجاز به استفاده از دنده يك مي باشد . اين وضعيت خاص حركت خودرو در سرازيري هاي تند مي باشد .

در گيربكس هاي اتوماتيك امروزي به دليل استفاده از كنترلرهاي الكتريكي و الكترونيكي ، قابليت ديگري نيز به اهرم تعويض حالت اضافه شده است . اين قابليت كه با حرف M ، مطابق شكل(2) نشان داده مي شود به معني Manual يا تعويض دندة دستي گيربكس اتوماتيك در زمان مناسب و به دلخواه راننده مي باشد و به اين نوع گيربكس هاي اتوماتيك Tip Tronic گفته مي شود .

شكل 2- اهرم تعويض حالت گيربكس اتوماتيك از نوع Tip Tronic

 

در اين حالت با قراردادن اهرم تعويض حالت در وضعيت M ، ابتدا گيربكس در دنده يك قرار مي گيرد ، هر زماني كه نياز به استفاده از دندة دو توسط راننده احساس شد ، كافي است ضربه اي ملايم به اهرم تعويض درجهت رو به جلو اعمال شود ، از اين رو گيربكس در دندة دو قرار مي گيرد و با اعمال ضربات رو به جلو بعدي به اهرم تعويض حالت گيربكس ، جعبه دنده در دنده هاي سه و چهار نيز قرار مي گيرد .

چنانچه نياز با كاهش دنده باشد ، كافي است كه راننده ضربه اي ملايم در جهت رو به عقب به اهرم تعويض اعمال كند ، از اينرو گيربكس درهردنده اي كه باشد به يك دنده پايين تر تغيير وضعيت مي دهد .

دربرخي گيربكس هاي اتوماتيك از دو وضعيت ديگر Sport  و Snow نيز استفاده مي شود كه به شرح ذيل مي باشند :

Snow : دركنار اهرم تعويض حالت كليدي قرار مي گيرد که كنار آن علامت يخبندان  ، برف يا برفك حك شده است . با فشار دادن اين كليد چراغ يا LED پشت آن روشن مي شود و حاکی از قرار گرفتن گيربكس در شرايط برفي می باشد . در اين حالت شروع به حركت خودرو به جهت جلوگيري از سرخوردن ، از دندة دو آغاز شده و عمل تعويض دنده در دورهاي (دور موتور) پايين تر انجام مي گيرد و شتابگيري خودرو نيز كاهش مي يابد . در این حالت از لغزش چرخ های محرک خودرو بر روی سطح جاده جلوگیری می شود .

Sport : اين كليد با علامت S دركنار اهرم تعويض قرار گرفته و در صورت فعال شدن علاوه بر روشن شدن چراغ يا LED داخل آن،گيربكس اتوماتيك در وضعيت Sport قرار مي گيرد . در اين شرايط عمل تعويض دنده در دورهاي (دور موتور) بالاتر صورت گرفته كه منجر به شتابگيري بيشتر شده و مصرف سوخت و آلودگي نیز افزایش می یابد .

لازم به ذکر است که در گیربکس های Tip Tronic ، به دلیل وجود حالت دستی یا M ، حالت های 1L و 2L حذف شده و راننده با استفاده از حالت دستی می تواند گیربکس را به طور دلخواه در هر دنده ای قرار دهد .

براي تعويض دندة اتوماتيك درگيربكس هاي اتوماتيك از مكانيزم خاصي استفاده مي شود كه از چند چرخ دنده تشكيل شده و اصطلاحاً به آنها مجموعه چرخ دندة خورشيدي [1] گفته مي شود. مجموعه خورشيدي ساده در شكل (3) نشان داده شده است . [1] Planetary Gear

1-محور چرخ دنده هاي هرزگرد كه قفسه[1] گفته مي شود  2-شفت قفسه  3-خورشيدي  4-هرزگرد  5-رينگي

شكل3- مجموعة چرخ دندة خورشيدي ساده [1] Carrier

 

در مجموعه هاي خورشيدي مطابق شكل (3) محور سه چرخ دندة هرزگرد (4) را به هم وصل كرده و به آن قفسه مي گويند . تعداد هرزگردها مي تواند 2 ،3 يا چهار چرخ دنده باشد .

شكل (4) نيز مجموعة خورشيدي ساده را از نمايي ديگر نشان مي دهد .

1- رينگي 2- خورشيدي 3- قفسه

شكل 4- مجموعه چرخ دندة خورشيدي ساده

 

از آنجائيكه مجموع چرخ دندة خورشيدي داراي سه عضو بوده كه با يكديگر در تعامل مي باشند لذا براي انتقال قدرت توسط اين مجموعه بايد يك عضو را ثابت نمود تا تكيه گاه عضو ورودي يا محرك شده و از طریق عضو خروجي يا متحرك قدرت منتقل شود .

رابطه (2-2) حاكم بر عملكرد مجموعه چرخ دنده خورشيدي ساده مي باشد :

ZR : تعداد دندانة رينگي

Zs : تعداد دندانة خورشيدي

n R : تعداد دور رينگي

n s : تعداد دور خورشيدي

n c : تعداد دور قفسه

 

نكته : چنانچه به جاي هر كدام از چرخ دنده هاي هرزگرد درمجموعه چرخ دندة خورشيدي ساده از دو چرخ دنده هرزگرد استفاده شود ، نوع ديگري از مجموعه چرخ دندة خورشيدي بدست مي آيد كه به آن مجموعه چرخ دنده خورشيدي دوبل معروف بوده و در شكل (5) و (7) قابل ملاحظه مي باشد رابطه حاكم بر اين نوع مجموعه خورشيدي به صورت رابطة (3-2) مي باشد .

شکل 5-مجموعه خورشیدی دوبل

 

براي بررسي عملكرد مجموعه خورشيدي ساده ، مطابق ذیل يكي از اعضا را ورودي يا محرك در نظر گرفته ، عضوي ديگر را خروجي يا متحرك و عضو سوم را ثابت كرده و نسبت انتقال بدست مي آيد :

حالت اول : كاهش دور – افزايش گشتاور و تعويض جهت دور

در اين حالت خورشيدي محرك ، رينگي متحرك و قفسه را ثابت در نظر گرفته و از طريق رابطه 1 نسبت دنده استخراج مي گردد .

تعداد دورچرخ دنده متحرك /تعداد دورچرخ دنده محرك = تعداد دندانه چرخ دنده محرك/تعداد دندانه چرخ دنده متحرك =i

قفسه ثابت مي باشد بنابراين NC=0 و درنتيجه :

در اين وضعيت با توجه به علامت منفي ، جهت دورعوض مي شود و با توجه به اينكه ZR/ZS عددي بزرگتر از يك مي باشد ، دور كاهش و گشتاور افزايش مي يابد. ازاين حالت مي توان به عنوان دنده عقب استفاده كرد :

حالت دوم : افزايش دور – كاهش گشتاور و تعويض جهت دور

در اين وضعيت خورشيدي متحرك ، رينگي محرك و قفسه را ثابت در نظر گرفته و از طريق رابطة (2-2) نسبت دنده استخراج مي شود :

با ثابت بودن قفسه بنابراين n=0 :

در اين حالت نيز با توجه به علامت منفي ، جهت دور عوض مي شود . با توجه به اينكه ZS/ZR عددي كوچكتر از يك مي باشد ، دور افزايش يافته و گشتاور كاهش مي يابد . از اين حالت نمي توان درخودرو بعنوان دنده عقب استفاده نمود به خاطر آنکه سرعت زیاد می باشد .

حالت سوم : كاهش دور- افزايش گشتاور بدون تغيير جهت دور

در حالت سوم خورشيدي محرك ، قفسه متحرك و رينگي را ثابت در نظر گرفته و با توجه به رابطة (2-2) نسبت دنده بدست مي آيد :

چون رينگي ثابت است بنابراين nR=0 :

در اين حالت با توجه به علامت مثبت جهت دور عوض نمي شود و چون مقدار عددي بزرگتر از يك است دور كاهش و گشتاور افزايش مي يابد. از اين حالت مي توان به عنوان دنده يك استفاده نمود.

حالت چهارم : افزايش دور – كاهش گشتاور و بدون تغيير جهت دور

در اين حالت خورشيدي متحرك ، قفسه محرك و رينگي را ثابت درنظرگرفته و با توجه به رابطة (2-2) نسبت دنده بدست مي آيد .

چون رينگي ثابت است بنابراين nR=0 :

در ان حالت نيز جهت دور عوض نمي شود ولي چون مقدار  عددي كوچكتر از يك است دور افزايش وگشتاور كاهش مي يابد . از اين حالت مي توان به عنوان Over Drive استفاده كرد .

حالت پنجم : كاهش دور – افزايش گشتاور ، بدون تغيير جهت دور

در اين حالت خورشيدي ثابت ، رينگي محرك و قفسه را متحرك در نظر گرفته و با توجه به رابطة (2-2) نسبت دنده استخراج مي گردد.

با توجه به اينكه خورشيدي ثابت است بنابراين ns=0 :

با توجه به علامت مثبت جهت دور عوض نمي شود و چون مقدار عددی بزرگتر از يك مي باشد ، دوركاهش و گشتاور افزايش مي يابد . از اين حالت مي توان بعنوان دندة دو استفاده نمود.

حالت ششم : افزايش دور- كاهش گشتاور بدون تغيير جهت دور

در اين وضعيت خورشيدي ثابت ، رينگي متحرك و قفسه را محرك در نظر گرفته و با توجه به رابطة (2-2) نسبت دنده محاسبه مي گردد :

با توجه به ثابت بودن خورشيدي بنابراين ns=0 :

با توجه به علامت مثبت جهت دور عوض نمي شود و به دليل كمتر از يك بودن مقدار  دور افزايش و گشتاور كاهش مي يابد . از اين حالت مي توان به عنوان Over Drive استفاده نمود.

حالت هفتم : انتقال قدرت مستقيم

در اين حالت دو عضو را به طور همزمان محرك كرده و عضو سوم را متحرك در نظر گرفته و با توجه به رابطة (2-2) نسبت دنده محاسبه مي گردد .

به طور مثال خورشيدي و رينگ را محرك و قفسه متحرك در نظر گرفته می شود :

يكي از شرايط رابطة فوق را به دلخواه مطابق ذيل در نظر گرفته :

و با توجه به اينكه خورشيدي و رينگي محرك هستند ، بنابراين دور اين دو عضو با هم برابر مي باشد .

با توجه به رابطة (2-2) :

در اين حالت دور و گشتاور تغيير نكرده و دور و گشتاور ورودي از عضو خروجي بدون تغيير در مقدار قدرت و جهت ، خارج مي گردد . از اين حالت بعنوان دندة مستقيم ( دندة 3 و4) مي توان استفاده نمود.

چنانچه در مجموع چرخ دندة خورشيدي هيچ عضوي ثابت نباشد ولي عضو محرك وجود داشته باشد مجموعه در وضعيت خلاص قرارگرفته و انتقال قدرت صورت نمي پذيرد.

به طور خلاصه عملكرد يك مجموعه خورشيدي ساده مطابق جدول (2-2) مي باشد .

جدول 2-2- عملكرد مجموعه خورشيدي ساده

بايد توجه كرد كه در عمل به دليل آنكه نمی توان جای شفت خروجی و ورودی را عوض کرد ،  و شفت خروجي از طرفی همواره به یکی از اعضای مجموعة خورشیدی وصل بوده و از طرفی به میل کاردان یا پینیون دیفرانسیل به طور دائم متصل می باشد ، نمي توان آن را به عنوان ورودي هم در نظر گرفت ، از اينرو از هفت حالت فوق مي توان ، از سه وضعيت آن استفاده نمود .

بنابراین با یک مجموعة خورشیدی ، گیربکس حداکثر سه دنده خواهد داشت ، به جهت افزايش تعداد دنده درگيربكس هاي اتوماتيك از تركيب چند مجموعة خورشيدي استفاده مي شود .

عمل تثبيت ، محرك و متحرك نمودن اعضا توسط كلاچ هاي چند صفحه اي و باندهای ترمزی صورت مي گيرد . اين كلاچ ها و باندها ، فرمان خود را به صورت هيدروليكي يا الكتروهیدروليكي براساس الگوريتم كاملاً مشخصي دريافت كرده و عمل تعويض دنده را انجام مي دهند .

 

نویسنده صیاد نصیری

گروه فنی مهندسی ایمگ