جعبه دنده غیر سنکرونیزه

انتقال گشتاور و دور و هماهنگ‌کردن آن همواره یکی از دغدغه‌های مهم برای سازندگان تجهیزات صنعتی از جمله خودروسازان است. کیفیت عملکرد این فرایند از موارد مهم رضایت‌مندی مشتری در هنگام استفاده از دستگاه موردنظر است. باتوجه‌به اهمیت ساختار هماهنگ‌سازی در این مقاله ابتدا جعبه دنده غیر سنکرونیزه تشریح می‌شود سپس در مقاله بعدی ساختار هماهنگ‌سازی در جعبه‌دنده‌های دستی امروزی بررسی خواهد شد.

مقدمه
بسیاری از دستگاه‌ها در مسیر انتقال گشتاور/ دور متناسب با نیاز از اجزا تغییردهنده گشتاور/دور استفاده می‌کنند تا بتوانند نیاز کاربر را برآورده کنند. گاهی این اجزا تغییر دور ثابتی را در مسیر ایجاد می‌کنند. مثلاً نسبت انتقال گشتاور/دوربین دنده‌استارت و فلایویل بر اساس حداقل دور و گشتاور لازم برای روشن‌شدن موتور تعیین می‌شود و همواره عددی ثابت است. اما در جعبه‌دنده‌ها متناسب با شرایط مختلف حرکت باید این نسبت متغیر باشد. برای درک بهتر مفهوم هماهنگ‌سازی، بهتر است ابتدا جعبه‌دنده‌های بدون این سیستم مورد بررسی قرار بگیرد

سیستم‌های غیر سنکرونیزه (None – synchronizing System)

قدیمی‌تریم مدل جعبه‌دنده‌ای خودرو از نوع غیر سنکرونیزه هستند. این مدل‌ها به دو صورت کلی دسته‌بندی می‌شوند. شکل 1 این دسته‌بندی را نشان می‌دهد.

شکل 1- انواع سیستم غیر سنکرونیزه جعبه دنده

سیستم دنده کشویی (Slide-gear)

همانطور که در مقاله انواع جعبه دنده، اشاره شد سیستم‌های متفاوتی برای جعبه دنده وجود دارد. در سیستم‌های بسیار قدیمی از دنده مستقیم استفاده می‌شد. (شکل 2)

1- شفت ورودی 2- شفت خروجی 3- شفت زیر 4- دنده‌های اصلی انتقال
شکل 2- نحوه درگیری دنده‌ها در گیربکس‌های غیر سنکرونیزه

معرفی گیربکس های اتوماتیک موجود در بازار ایران | بخش اول

معرفی گیربکس های اتوماتیک موجود در بازار ایران | بخش دوم

همانطور که در شکل 2 ملاحظه می‌شود در این مدل گیربکس از چرخ‌دنده مستقیم استفاده شده است. گشتاور از شفت ورودی (شماره 1) از سمت کلاچ وارد شده و از طریق دنده ورودی به دنده شفت زیر می‌رود. همه دنده‌ها روی شفت زیر ثابت شده‌اند؛ بنابراین با چرخیدن یک‌دنده تمامی دنده‌ها و شفت زیر (شماره 3) نیز خواند چرخید. برای انتقال گشتاور/ دور به شفت خروجی کافی است یکی از دنده‌های روش شفت خروجی (شماره 2) با یکی از دنده‌های شفت زیر (شماره 3) درگیر شود. شکل 1 وضعیت اهرم‌بندی دسته‌دنده در موقعیت‌های دنده 1 و 2 را نشان می‌دهد. دسته‌دنده باعث حرکت یکی از چرخ‌دنده‌های شفت خروجی می‌شود.
چرخ‌دنده شفت رو با خود شفت رو به‌صورت هزارخار درگیر است؛ بنابراین اگر دنده شفت رو بچرخد، شفت خروجی نیز خواهد چرخید و در نهایت گشتاور/دور به شفت خروجی منتقل می‌شود.
هر هنگام حرکت دور چرخ‌دنده شفت خروجی متناسب با دور چرخ‌ها است و دور چرخ‌دنده ورودی متناسب با دور موتور بنابراین در هنگام درگیرشدن این دو دنده حتماً به هر دوچرخ دنده فشار خواهد آمد؛ چون اصطلاحاً درگیری دنده به دنده اتفاق خواهد افتاد.
حتی با درنظرگرفتن فعال‌شدن کلاچ، اگرچه ارتباط شفت زیر و دنده‌های آن از موتور قطع می‌شود؛ اما هنوز هم سرعتی در حال چرخش خواهند بود که در نهایت باعث درگیری صدادار چرخ‌دنده‌ها شده و علاوه بر این استهلاک قطعات به‌شدت بالا خواهد رفت.

شکل 3-نحوه تعویض دنده در سیستم جعبه دنده غیر سنکرونیزه

بر اساس شکل 3 در حالت دنده 3 باید شفت ورودی و خروجی را یکپارچه کند؛ بنابراین از مکانیزم Dog Clutch که در بازار به این مکانیزم چنگکی نیز می‌گویند استفاده می‌شود.

سیستم دنده چنگکی (یا بچه دنده) (Constant- mesh)

نسل بعدی این نوع گیربکس‌ها استفاده از مکانیزم چنگکی را توسعه داده و آن را برای تمامی دنده‌ها استفاده کردند. هم‌زمان به این کار از چرخ‌دنده‌ای مورب نیز استفاده شد. حسن کار آنجا بود که در این حالت دنده زیر و دنده رو همواره با هم درگیر بودند فقط در موقع نیاز هر دنده توسط چنگکی به شفت خروجی متصل می‌شد. به این نسل Constant mesh می‌گویند که در واقع بهترین مدل از نوع غیر سنکرونیزه است . (شاید در برخی از کتب این مدل را نیمه سنکرونیزه درج کرده باشند که باتوجه‌به ساختار آن ترجمه مناسبی به نظر نمی‌رسد) شکل 4 این مورد را نشان می‌دهد.

1- جهت حرکت کشویی 2- کشویی 3- چنگکی روی شفت خروجی 4- چنگکی روی دنده
شکل 4 – استفاده از دنده مورب و چنگکی در گیربکس غیر سنکرونیزه (شکل نمادین)

به‌صورت کلی استفاده از سیستم دنده چنگکی مزایای زیر را دارد

• باتوجه‌به استفاده از دنده مورب ساده یا Helix سطح تماس افزایش‌یافته و گشتاور بهتر منتقل می‌شود.
• باتوجه‌به درگیری دایم دنده‌ها و عدم حرکت کشویی دنده، سایش دنده‌ها بسیار کمتر خواهد بود

و البته در مقابل این مزایا، مشکلات زیر هم وجود دارد.

• در صورتی که شفت‌ها به دلیل خرابی تکیه‌گاه های آنها (بلبرینگ‌های گیربکس) نسبت به یکدیگر مقدار بسیار جزیی خارج از مرکز شوند. تعویض دنده به دنده 4 (دنده مستقیم) تقریبا غیرممکن خواهد بود.
• باتوجه‌به تمرکز گشتاور بالا در لحظه تعویض دنده در بخش چنگکی، فرسایش و خرابی‌های این واحد بسیار بالا خواهد بود

شکل 5 به‌صورت انیمیشن مراحل کاری نوعی جعبه دنده از نوع چنگکی ساده را به‌صورت شماتیک نشان می‌دهد.

رنگ سبز: شفت ورودی و دنده ورودی
رنگ آبی: دنده‌های روی شفت خروجی
رنگ قرمز: دنده‌ها و شفت زیر
رنگ آبی کم‌رنگ: شفت خروجی و دنده‌عقب
شکل 5- جعبه دنده غیر سنکرونیزه از نوع constant mesh

شکل 5 شماتیک یک جعبه دنده 5 دنده (5+1) را نشان می‌دهد. به‌عنوان‌مثال مسیر انتقال گشتاور در دنده 1 تشریح می‌شود
جریان گشتاور از طریق دنده شفت ورودی (Z=24) وارد گیربکس می‌شود و به دنده زیر متناظر خود (Z=36) می‌رود. باتوجه‌به یک پاچه بودن دنده زیر، شفت زیر نیز شروع به حرکت می‌کند. دنده زیر متناظر دنده یک (Z=16) با دور یکسان با شفت زیر دوران خواهد کرد. باتوجه‌به اینکه چنگکی دنده یک توسط دسته‌دنده باعث درگیرشدن شفت خروجی و چرخ‌دنده دنده یک (Z= 44) شده است .گشتاور از دنده زیر یک به دنده رو یک و در نهایت شفت خروجی منتقل خواهد شد. مسیر انتقال گشتاور/ دور و نسبت انتقال گشتاور در دنده یک را در شکل 6 مشاهده می‌کنید.

شکل 6- مسیر انتقال گشتاور در دنده یک در گیربکس از نوع constant mesh

سیستم‌های غیر سنکرونیزه شاید در برخی تجهیزات راه‌سازی یا ماشین‌آلات کشاورزی مشاهده شود. خودروهای سواری سالیان سال است که از این مدل استفاده نمی‌کنند. در مقاله بعدی نحوه عملکرد سیستم‌های سنکرونیزه در گیربکس‌ها دستی بیان خواهد شد.

نویسنده : مهندس بهروز خطیبی