مجموعه سنکرونیزه مخروطی با دنده برنجی

همانطور که در مقاله عملکرد سیستم سنکرونیزه بیان شد، مدل‌های مختلفی برای ایجاد هماهنگ‌سازی دور چرخ‌دنده‌ها و شفت خروجی وجود دارد. مدل سنکرونیزه مخروطی از بهترین مدل‌ها است و استفاده از دنده برنجی در این مجموعه کارآمدی آن را افزایش داده است.
باتوجه‌به اینکه تقریباً تمامی خودروها دارای جعبه‌دنده دستی امروزه از این سیستم برای هماهنگ‌سازی دنده‌ها استفاده می‌کنند در این مقاله اجزا و نحوه عملکرد این سیستم با جزئیات بیشتری مورد بررسی قرار خواهد گرفت.

سیستم سنکرونیزه با دنده برنجی

همانطور که در بخش قبلی توضیح داده شد، سیستم سنکرونیزه مخروطی، شرایط خوبی را برای هماهنگ کردن گشتاور دور بین محور و چرخ‌دنده‌ها فراهم کرد. اما هنوز این هماهنگی کامل نبود. سیستم سنکرونیزه با دنده برنجی در واقع همان نوع مخروطی است که با اضافه شدن دنده برنجی میزان هماهنگ‌سازی آن به مقدار قابل توجهی افزایش یافته است.

انواع سیستم سنکرونیزه دنده برنجی

به‌صورت کلی این مجموعه را به روش‌های مختلف می‌توان دسته‌بندی کرد. شکل 1 یکی از این روش‌ها را نشان می‌دهد.

شکل 1- انواع دسته‌بندی سیستم سنکرونیزه با دنده برنجی

اجزا سیستم دنده برنجی

شکل 2 نمونه‌ای از اجزا این مکانیزم را نشان می‌دهد.

1-چرخ‌دنده اصلی 2-دنده‌برنجی 3- خار النگویی
4- خار موشکی 5 – توپی 6- کشویی
شکل 2- اجزا اصلی مکانیزم دنده برنجی با خار موشکی

توپی

یکی از اجزا اصلی در هر سیستم سنکرونیزه ای، توپی است. شکل 3 توپی و بخش‌های آن را نشان می‌دهد.

1- هزارخار بیرونی 2- محل قرارگرفتن خار موشکی 3- هزارخار داخلی
شکل 3- توپی و اجزا آن

همانطور که در شکل 3 مشاهده می‌شود توپی دارای دو هزارخار است. هزارخار داخلی روی محور خروجی قرار می‌گیرد. در نتیجه دور آن با دور شفت خروجی یکسان است. کشویی روی هزارخار بیرونی قرار می‌گیرد؛ بنابراین دور کشویی نیز با توپی و در نتیجه دور شفت خروجی برابر خواهد بود.

کشویی

کشویی دارای هزارخار داخلی است که این موضوع باعث می‌شود بتواند روی توپی حرکت محوری داشته باشد. شکل 4 اجزا کشویی را نشان می‌دهد.

1- محل قرارگیری ماهک 2- هزارخار داخلی 3- بخش فشاری خار موشکی
شکل 4- اجزا کشویی

ماهک روی کشویی قرار می‌گیرد؛ بنابراین با حرکت دسته‌دنده ماهک حرکت کرده و کشویی نیز به همراه آن جابه‌جا می‌شود.

ماهک روی کشویی قرار می‌گیرد؛ بنابراین با حرکت دسته‌دنده ماهک حرکت کرده و کشویی نیز به همراه آن جابه‌جا می‌شود.

خار موشکی

خار موشکی بین توپی و کشویی در محلی که برای قرارگیری آن در نظر گرفته شده نصب می‌شود. (شکل 5)

1- خار موشکی 2- کشویی 3- توپی
شکل 5- خار موشکی و نحوه قرارگیری آن بین توپی و کشویی

در حالت عادی مجموعه دارای سه خار موشکی است. حرکت کشویی ابتدا به خار موشکی‌ها منتقل می‌شود. برای تثبیت حرکت خارهای موشکی و بیرون‌نزدن وضعیت سنکرونیزه از فنر (خار) النگویی و یا ساچمه و فنر استفاده می‌شود.

دنده برنجی

دنده‌برنجی یکی دیگر از اجزا مهم در این مکانیزم به شمار می‌رود. شکل 6 این عضو و بخش‌های آن را نشان می‌دهد.

1- مخروطی داخلی 2- محل تماس با خار موشکی 3- دنده هماهنگ‌کننده
شکل 6- دنده برنجی و اجزا آن

همانطور که اشاره شد بخش داخلی دنده‌برنجی به‌صورت مخروطی ساخته می‌شود که با مخروطی روی چرخ‌دنده اصلی کاملاً هماهنگ است. علاوه‌برآن دنده‌ای کوچک روی دنده‌برنجی وجود دارد که مدول آن با بچه دنده روی چرخ‌دنده اصلی یکسان است و نقش مهمی را در سهولت حرکت کشویی و قفل‌شدن آن با بچه دنده ایفا می‌کند.

چرخ‌دنده اصلی

چرخ‌دنده اصلی عموماً در روش محور به‌صورت آزاد می‌چرخد. در واقع چرخ‌دنده اصلی روی محور به کمک یک بوش، یاتاقان بدنی شده است. (شکل 7)

1- چرخ‌دنده اصلی 2- بچه دنده 3- مخروطی سنکرونیزه
شکل 7- مجموعه چرخ‌دنده اصلی

این چرخ‌دنده با چرخ‌دنده شفت ورودی (یا دنده زیر) به‌صورت دایم درگیر است. برای انتخاب دنده مناسب باید چرخ‌دنده اصلی با توپی یک پارچه شود. سیستم سنکرونیزه این کار را انجام می‌دهد.

نحوه عملکرد سیستم

فرایند هماهنگ‌سازی دارای مراحل مختلفی است. برای درک بهتر این فرایند به شکل 8 توجه کنید.

1- بچه دنده (روی چرخ‌دنده اصلی) 2- دنده‌برنجی 3- خار موشکی 4- کشویی
شکل 8- مدل شماتیک مکانیزم سنکرونیزه با دنده‌برنجی

هنگامی که ماهک توسط دسته‌دنده و اهرم‌بندی انتقال، حرکت می‌کند. نیرو توسط ماهک به کشویی منتقل می‌شود. کشویی حرکت افقی را به خار موشکی منتقل می‌کند. این مرحله در شکل 9 مشاهده می‌شود.

A: حالت خلاص B: حالت درگیری دنده برنجی با مخروطی دنده اصلی
1- درگیری خار موشکی با دنده‌برنجی 2-درگیری مخروطی دنده برنجی با دنده اصلی
شکل 9- مرحله اول و دوم هماهنگ‌سازی هدایت دنده برنجی به سمت بچه دنده

بر اساس شکل 9 خار موشکی دنده برنجی را از حالت آزاد (حالت A)به سمت مخروطی و بچه دنده روی دنده اصلی هدایت می‌کند (حالت B)

در مرحله بعد (مرحله 3)دنده داخلی کشویی، کاملاً، دنده‌برنجی را به سمت بچه دنده فشار می‌دهد. این کار باعث می‌شود مخروطی دنده برنجی با مخروطی روی نشان اصلی به هم فشرده شده و سرعت دنده‌برنجی با سرعت چرخ‌دنده اصلی هماهنگ شوند. (حالت C). شکل 10 این مراحل را نشان می‌دهد

B: حالت درگیری دنده برنجی با مخروطی دنده اصلی
C: حالت نشست کامل دنده برنجی روی مخروطی
D: حالت هدایت دنده داخلی کشویی توسط دنده برنجی
3- فشردن و هم سرعت شدن دنده‌برنجی با دنده اصلی 4-هدایت هزارخار داخلی کشویی به سمت بچه دنده
شکل 10- مرحله سوم و چهارم هماهنگ‌سازی هدایت دنده برنجی به سمت بچه دنده

در مرحله 4 فرایند هم سرعت سازی، دنده‌های هزارخار داخلی کشویی با دنده‌های، دنده‌برنجی تماس پیدا می‌کنند. درصورتی‌که برخورد دنده به دنده باشد، دنده‌برنجی به دلیل نوک‌تیز بودن آن، با حرکت جزئی هزارخار کشویی را در جهت مناسب هدایت می‌کند. همانطور که در حالت D نشان‌داده‌شده است اختلاف سرعت زاویه‌ای (Δω) کم به کم به صفر نزدیک می‌شود

در مرحله 5 کشویی حرکت خود را به سمت بچه دنده ادامه می‌دهد. دنده‌برنجی هماهنگ‌سازی اولیه دور این دو عضو را فراهم می‌کند. اما این هماهنگ‌سازی به دلیل عدم درگیری بچه دنده هنوز کامل نیست و درواقع فقط مخروطی سبب هماهنگ‌سازی اولیه دور شده است. (شکل 11)

D: حالت هدایت دنده داخلی کشویی توسط دنده برنجی
E: تماس اولیه کشویی با بچه دنده
F: قفل‌شدن بچه دنده و کشویی
5- تماس هزارخار کشویی با بچه دنده 6-قفل‌شدن کشویی با بچه دنده
شکل 11- مرحله پنجم و ششم هماهنگ‌سازی هدایت دنده‌برنجی به سمت بچه دنده

در مرحله 6 حرکت کشویی به سمت بچه دنده ادامه پیدا می‌کند. بچه دنده به دلیل اینکه اخلاف سرعت زاویه بین این دو عضو تقریباً صفر است به‌آرامی وارد هزارخار داخلی کشویی می‌شود. در این حالت بچه دنده کاملاً با کشویی قفل می‌شود. چون بچه دنده با دنده اصلی یک‌پارچه است بنابراین، دنده اصلی با کشویی قفل شده است. از طرف دیگر کشویی روی توپی هزارخار شده و توپی نیز روی شفت خروجی قرار دا؛ بنابراین دنده اصلی با شفت خروجی یک‌پارچه می‌شود.

در جعبه‌دنده‌های امروزی برای هماهنگی بهتر از دو و گاهی سه دنده‌برنجی (در موارد بسیار خاص) به‌صورت متوالی استفاده می‌کنند که البته فقط یکی از آنها دارای دنده است و باقی به‌صورت مخروطی هماهنگ‌کننده هستند. به‌عنوان نمونه گیربکس ساینا از نوع دنده‌برنجی دوبل است. شکل 12 نمونه‌ای از این مکانیزم هماهنگ‌کننده را نشان می‌دهد.

1- دنده اصلی 2- بچه دنده 3- یاتاقان رولبرینگی 4- مخروطی داخلی
5- مخروطی دوبل (میانی) 6- دنده‌برنجی 7- توپی 8-کشویی 9- خار (ساچمه فنری)
شکل 12- نوعی مکانیزم دنده‌برنجی دوبل

همانطور که در شکل 12 مشاهده می‌شود این نوع مکانیزم هماهنگ‌کننده از خار موشکی استفاده نمی‌کند؛ بلکه بجای آن از طرح ساچمه فنر استفاده می‌کند. غیر از این تغییر دو عضو دیگر به مجموعه اضافه شده است. یکی مخروطی داخلی (شماره 4) و دیگری مخروطی دوبل (شماره 5) . اگر توجه کنید روی دنده اصلی بین مخروطی و بچه دنده، چندین شیار مشاهده می‌شود. این شیار را محل قرارگیری زاییده‌های است که روی مخروطی دوبل (میانی) نیز قرار دارد. شکل 13 این موضوع را بهتر نشان می‌دهد.

1- کوپلینگ دنده‌برنجی و مخروط داخلی 2- کوپلینگ مخروطی دوبل و دنده اصلی
شکل 13- کوپلینگ‌های اضافه شده در سنکرونیزه دوبل

عملکرد سیستم‌های سنکرونیزه بخش مهمی از کار جعبه‌دنده‌های دستی است و به همان ترتیب در عیب‌یابی این مجموعه نیز مؤثر است. در کلاس‌های مکانیک خودرو ایمگ بررسی سیستم جعبه‌دنده به‌صورت عملی در کارگاه دانشگاه شریف بررسی می‌شود

نویسنده: مهندس بهروز خطیبی