عملکرد سیستم سنکرونیزه

همانطور که در مقاله‌های انواع جعبه‌دنده‌ها و گیربکس‌های غیر سنکرونیزه اشاره شد. جعبه‌دنده‌های دستی سالیان سال است که روی خودروها استفاده می‌شوند. جعبه‌دنده‌ های اولیه مکانیزم مناسبی برای هماهنگ‌سازی بین دنده‌های درگیر در زمان تعویض دنده نداشتند. استفاده از سیستم‌های سنکرونیزه این مشکل را تا حد زیادی کاهش داد. در این مقاله به بررسی عملکرد سیستم سنکرونیزه، انواع و ساختار این مکانیزم مهم در جعبه‌دنده‌های دستی پرداخته خواهد شد.

دلیل سیستم سنکرونیزه (synchronizing System)

همانطور که در گیربکس‌ها از نوع constant-mesh تشریح شد ،با اینکه استفاده از چرخ‌دنده مورب و درگیر بودن دایم بین چرخ‌دنده زیرورو بخشی از مشکلات را حل کرد؛ اما هنوز مکانیزم چنگکی کیفیت مناسب برای هماهنگ‌سازی بین دنده و شفت خروجی را ندارد. به همین دلیل جعبه‌دنده‌های غیر سنکرونیزه سالیان سال است که کاربردی در گیربکس خودرو ندارند و نوع سنکرونیزه جایگزین آن شده است.  در سیستم سنکرونیزه درگیری ناگهانی بین دو سمت وجود ندارد؛ بلکه به‌صورت آرام و به‌مرور انجام می‌شود. این کار طول عمر اهرم‌بندی تعویض دنده را بسیار زیاد کرده است علاوه‌برآن صدای تعویض دنده به میزان قابل‌ملاحظه‌ای کاهش‌یافته است.

انواع سیستم سنکرونیزه

به روش‌های مختلف می‌توان دسته بندی انواع سیستم‌های سنکرونیزه را انجام داد شکل 1 نمونه ای از این روش‌ها را نشان می‌دهد.

شکل 1- نوعی روش دسته‌بندی سیستم‌ سنکرونیزه

سیستم سنکرونیزه پین دار (pin-type Syncronizer)

سیستم‌ سنکرونیزه پین دار شاید از اولین سیستم‌های هماهنگ‌کننده در جعبه‌دنده‌ها به شمار بروند. امروزه این نوع هماهنگ‌کننده‌ها کمتر در خودروهای سواری استفاده می‌شود. اما هنوز در خودروهای سنگین و نیمه‌سنگین و تجاری قابل‌مشاهده است. مدل‌های مختلفی برای شکل 2 فرم کلی این نوع را نشان می‌دهد.

1- پین هدایت‌کننده 2- فنر قفلی 3- کلاچ 4- دنده داخلی
شکل 2- مکانیزم سنکرونیزه از نوع پین گیربکس بیوک 1959

همانطور که در شکل 2 نیز مشاهده می‌شود این مکانیزم از زمان قدیم در خودروها کاربرد داشته است. شکل 3 نمای گستره نوع دیگری از همین ساختار سنکرونیزه را نشان می‌دهد

1- توپی 2- صفحات اصطکاکی 3- پوسته بیرونی صفحات و دنده داخلی آن 4- خار النگویی
شکل 3- نمونه گسترده نوعی مکانیزم سنکرونیزه پینی

همانطور که مشخص است توپی از داخل فرم هزارخار دارد که روی شفت خروجی قرار می‌گیرد. ماهک تعویض دنده نیز در این مدل روی توپی قرار می‌گیرد. فراموش نشود در این جعبه‌دنده‌ها همه دنده‌های رو به‌صورت مورب بوده و با دنده‌های شفت زیر درگیر و در حال دوران هستند؛ بنابراین کافی است چرخ‌دنده موردنظر با شفت خروجی کوپل (Couple) شود. با حرکت ماهک تعویض دنده، توپی کمی حرکت می‌کند. پین‌ها با کمک ساچمه و فنر به توپی متصل شده‌اند؛ بنابراین با حرکت اولیه توپی ساچمه و فنر پین‌ها را در جای خود نگه می‌دارند. حرکت توپی از طریق پین‌ها به صفحات اصطکاکی میرد و صفحات اصطکاکی (شماره 2) را حرکت می‌دهند. این صفحات بین خار النگویی (شماره 4) و پوسته بیرونی (شماره 3) فشرده می‌شوند و کمی پوسته بیرونی را به سمت چنگکی روی دنده موردنظر حرکت می‌دهند. درصورتی‌که دنده داخلی روی پوسته (شماره 3) و دنده چنگکی (بچه دنده) روی چرخ‌دنده اصلی در یک راستا نباشند. صفحات اصطکاکی با حرکت روی یکدیگر این اختلاف زاویه را جبران می‌کند و اجازه می‌دهند کمی پوسته بیرونی چرخش داشته باشد تا دنده خارجی آن با دنده داخلی پوسته هماهنگ شوند. بعد از هماهنگی این ده دنده توپی به‌صورت کشویی روی هزارخار شفت خروجی کمی حرکت می‌کند در نهایت بچه دنده کاملاً داخل پوسته بیرونی قرار می‌گیرد و در یکدیگر قفل شوند. در ادامه چرخش، چرخ‌دنده توسط پوسته بیرونی به پین‌ها و از طریق پین‌ها به توپی انتقال می‌یابد. توپی هم روی شفت خروجی به‌صورت هزارخار درگیر است؛ بنابراین شفت خروجی نیز متناسب با دور چرخ‌دنده موردنظر خواهد چرخید.
این سیستم سنکرونیزه خواص زیر را دارد

• هماهنگ‌سازی نسبتاً مناسب بین شفت خروجی و چرخ‌دنده
• قیمت تمام شده پایین
• توان انتقال گشتاور بالا

مزایای این نوع سیستم سبب شده تا در گیربکس‌های سنگین و نیمه‌سنگین بخش شیفتر دنده‌های پایین (LO) و بالا (Hi) از این مکانیزم استفاده کند

سیستم سنکرونیزه مخروطی (Cone Synchromesh)

در نسل بعدی سیستم‌های سنکرونیزه یک تفاوت مهم ایجاد شد و آن استفاده از ساختار مخروطی برای هماهنگی بهتر و راحت‌تر بود. تقریباً تمامی جعبه‌دنده‌های دستی خودرو های سواری امروزی از نوادگان این نسل هستند.
اساس کار سیستم سنکرونیزه مخروطی بسیار ساده است که شکل 4 آن را نشان می‌دهد.

A: قبل از هماهنگ‌سازی دور B: بعد از هماهنگ‌سازی دور
1- محور محرک -2 محور متحرک
شکل 4- اساس کار سیستم سنکرونیزه مخروطی

بر اساس شکل 4 برای هم سرعت کردن دو محور می‌توان از مکانیزم مخروطی و ایجاد اصطکاک بین بخش محور به وجود می‌آید. هنگامی که محور متحرک (شماره 2) را به سمت محور محرک (شماره 1) حرکت می‌دهیم. ابتدا بخش مخروطی بین دو محور با هم درگیر می‌شوند. اصطکاک به وجود آمده در بخش مخروطی به‌تدریج سبب هم دورشدن محور متحرک با محور محرک خواهد شد. این اساس کار شاید برای دورهای کم مناسب به نظر برسد؛ اما برای دورهای بالا اصطکاک ایجاد شده بسیار بالا خواهد بود و همچنین بخشی بزرگی از گشتاور و دور نیز مستهلک خواهد شد؛ بنابراین در جعبه‌دنده‌ها از مکانیزم مخروطی در کنار مکانیزم چنگکی استفاده می‌کنند. شکل 5 این روش را نشان می‌دهد.

A: جدا بودن دو محور B: درگیرشدن مخروطی هماهنگ‌کننده
C: درگیری اولیه D : درگیری و هم دورشدن کامل
1- محور محرک 2- محور متحرک 3- بچه دنده 4- چنگکی
شکل 5- ساختار سنکرونیزه از نوع مخروطی

همانطور که در شکل 5 نشان‌داده‌شده است ابتدا مخروطی به‌عنوان مرحله اول سنکرونیزاسیون در نظر گرفته می‌شود. (مرحله A و B) وقتی هم سرعت کردن اولیه بین دو محور انجام شد در مرحله C درگیری اولیه بین چنگکی (شماره 4) و بچه دنده (شماره 3) شروع می‌شود. با کمی دقت مشاهده می‌شود نوک دنده‌های چنگکی مثلثی است این کار درگیری بین دنده چنگکی و بچه دنده را آسان‌تر می‌کند. در مرحله D حرکت شفت محرک به سمت متحرک کامل شده و درگیری بین بچه دنده و چنگکی کامل می‌شود.
نمونه اولیه این سیستم سنکرونیزه را در شکل 6 مشاهده می‌کنید.

A: قبل از درگیری B: بعد از درگیری کامل
1- کشویی 2- دنده اصلی 3- بچه دنده 4- مخروطی 5- هزارخار توپی
6- شفت خروجی 7- توپی 8- محل قرارگیری ماهک تعویض دنده
شکل 6- سیستم قدیمی سنکرونیزه از نوع مخروطی

با اینکه عملکرد این نوع مکانیزم سنکرونیزه بسیار بهتر از سیستم سنکرونیزه پینی بود؛ اما هنوز هم مشکلاتی داشت به‌عنوان‌مثال هنوز میزان هماهنگ‌شدن کامل نبود. فرسایش قطعات، مخصوصاً بخش مخروطی بالا بود حرکت کشویی ثبات لازم را نداشت به همین دلیل طرح‌هایی برای توسعه این مکانیزم به‌سرعت ارائه شد. سیستم‌های سنکرونیزه ساچمه فنر و دنده‌برنجی معرفی شدند. در مقاله‌های بعدی عملکرد این  نوع از سیستم‌های سنکرونیزه بیان خواهد شد و سپس به عیب‌یابی جعبه‌دنده پرداخته می‌شود.

نویسنده : مهندس بهروز خطیبی