آیا تا به حال به این فکر کرده اید که ماشین شما چگونه دنده عوض می کند و تغییر سرعت میدهد؟ پاسخ این سوال قطعه ای است به نام گیربکس، که بخشی ضروری از یک خودرو است و تنظیم و ایجاد تعادل نیرو در خودرو را به عهده دارد. در این مقاله، پاسخ سوال گیربکس خودرو چیست، گیربکس چگونه کار میکند و انواع مختلف گیربکسهایی که معمولا در خودروها یافت میشوند را بررسی میکنیم.
گیربکس چیست ؟
جعبه دنده یا گیربکس (Gearbox) قطعهای است که انتقال قدرت، تنظیم و ایجاد تعادل نیرو در خودرو را انجام میدهد. خودرو برای حرکت نیاز به سیستم تولیدکنندهی نیرو و سیستم انتقال نیرو یا سرعت دارد. سیستم انتقال سرعت تشکیل شده است از بخشهای مختلف که وظیفهی انتقال نیروی تولید شده به چرخ ها را به عهده دارد و همهی این بخشها به صورت پیوسته کار میکنند. سه بخش اصلی سیستم انتقال نیرو یا سرعت عبارتند از : کلاچ، گیربکس یا جعبه دنده و دیفرانسیل. این سه بخش به صورت هماهنگ با هم کار کرده و نقص در هر بخش باعث اختلال در کل سیستم انتقال نیرو یا سرعت میشود. گیربکس مجموعهای از قطعات است که شامل دندههای تغییر سرعت و میل کاردانهایی است که توسط آنها توان از موتور به یک محور در حرکت منتقل میشود. گیربکس دارای ۴ یا ۵ دنده برای حرکت رو به جلو و معمولاً یک دنده برای حرکت به عقب است. محل قرارگیری گیربکس در خودرو معمولا در پایین موتور و هم سطح با سینی روغن موتور است و در یک طرف موتور خودرو قرار میگیرد.
تاریخچه ساخت گیربکس
گیربکس یکی از بزرگترین اختراعات بشر است چرا که با پیوستن گیربکس ها به صنعت خودرو تحولی شگرف در آن ایجاد شد و می توانیم این تحول بزرگ را مدیون مخترع گیربکس یعنی اسکار اچ بانکر باشیم. بانکر در تاریخ ۳۰ مه ۱۸۹۵ متولد شد و در ژانویه ۱۹۷۹ برای همیشه به خاطرات پیوست. او متولد آساتور سارافیان بود و بسیاری او را پدر گیربکس می دانند چرا که اسکار اولین مخترع گیربکس شناخته می شود.
هرچند که لازم است که بدانیم پیش از آن که اسکار اختراع خود را ثبت نماید در حدود ۱۴ سال قبل تر فردی از کانادا با نام هورنر مونرو جعبه دنده ایی را ثبت اختراع نموده بود. آلفرد هورنر مونرو را یک مهندس بخار می دانند او گیربکس خود را توسط فشار هوا و بدون مایع هیدرولیک طراحی نموده بود. هرچند که کمبود توانایی آن باعث شد که هیچ وقت به فروشی جهانی نرسد و همین موضوع باعث آن گردید که در آینده از او به عنوان اولین مخترع گیربکس یاد نشود.
Hydra Matic اولین گیربکس اتوماتیک مایع هیدرولیک بوده است که توسط شرکت جنرال موتورز تولید شد. Hydra Matic در حدود دهه های ۱۹۳۰ تولید شد و در سال ۱۹۴۰ به دنیا معرفی گردید.
گیربکس چگونه کار میکند و چه وظایفی دارد؟
نیروی تولیدی توسط موتور باید با توجه به نیاز خودرو به چرخها به صورت مساوی منتقل شود. وظیفه کنترل و تنظیم این قدرت با گیربکس یا جعبه دندهی خودرو است. گیربکس به راننده این امکان را میدهد که خودرو را با سرعتهای مختلف در شرایط متفاوت کنترل کند. اهمیت گیربکس از این جهت است که هر موتور خودرویی قادر به تولید میزان مشخصی از توان و نیرو است، اما خودرو از طریق گیربکس میتواند بدون بالا بردن دور موتور و نیرو، به سرعت دلخواه برسد.
گیربکس علاوه بر تنظیم نیروی تولیدی موتور خودرو وظایف مهم دیگری هم به عهده دارد. به عنوان مثال میتوان به موارد زیر اشاره کرد:
- کنترل سرعت خودرو: به کمک گیربکس میتوان سرعت خودرو را در سراشیبیها و شرایط بد جادهای که احتمال انحراف از جاده وجود دارد، اتومبیل را به صورت کامل در اختیار راننده قرار میدهد.
- کنترل جهت حرکت خودرو: به کمک گیربکس میتوان جهت حرکت خودرو را به جلو و عقب کنترل کرد و به خودرو توانایی حرکت معکوس را میدهد.
- کار کردن موتور بدون حرکت خودرو: گاهی لازم است که موتور خودرو فعال باشد اما خودرو حرکتی نکند. به کمک گیربکس میتوان انتقال نیروی موتور به چرخها را متوقف کرد.
قطعات تشکیل دهندهی گیربکس و چگونگی عملکرد آنها
گیربکس از قطعات متعددی تشکیل میشود. مهمترین بخش یک گیربکس چرخدندههای آن است که بسته به نوع گیربکس در اشکال و جنسهای مختلف مورد استفاده قرار میگیرند. چرخ دندهها ضروری ترین قطعه در گیربکس خودرو هستند و بدون آنها جعبه دنده کاربرد خود را از دست میدهد. در ساختمان گیربکس تعداد زیادی چرخ دنده روی هم سوار میشوند و بسته به فعالیت هر یک، میزان قدرت و نیروی انتقالی از موتور به چرخها مشخص میشود. هریک از چرخ دندهها نشانگر یکی از دندههای روی دسته دندهی داخل کابین خودرو هستند. وجود این چرخ دندهها در تمامی گیربکسها ثابت است اما نوع و تعداد چرخدندهها تغییر میکند.
در واقع اگر خودرو جعبه دنده ۶ سرعته داشته باشد، ۶ جفت چرخ دنده مربوط به این سرعتها در گیربکس وجود دارد. چرخ دندهها، حلقههایی فلزی با دیواره بیرونی دندانهدار و در قطرهای متفاوت هستند که روی محورهای خود سوار میشوند. ارتباط بین محورها از طریق درگیری دندانههای این چرخ دندهها برقرار میشود.
قطر چرخ دنده ها با نیرویی که از موتور به چرخ ها منتقل می کنند رابطه عکس دارد، به عنوان مثال چرخ دنده قطورتر به دلیل وزن بیشتر سرعت کمتری دارد و بالعکس. این چرخ دندهها دلیل تفاوت بین دنده سنگین و سبک هستند. بنابراین چرخدندههای قطورتر مربوط به دندههای کمتر و برای شروع حرکت هستند و چرخدندههای باریکتر مربوط به دندههای بالاتر هستند که در سرعت بالا مورد استفاده قرار میگیرند.
اما برای درگیر شدن چرخدندهها با هم باید اندازه دندههای آنها دو به دو برابر باشد. چرخ دندهها دارای دو نوع فرم دندانه ساده و مارپیچ هستند. چرخ دنده ها براساس جهت انتقال نیرو و سرعت به سه دسته عمود محور، موازی محور و افقی محور تقسیم میشوند.
- جنس چرخ دنده ها
موادی که چرخ دنده ها از آن ساخته می شوند و طراحی آنها برای هزینه کم و استحکام بالا مهم است.
برای ساخت چرخ دنده ای از مواد اولیه متفاوتی استفاده می شود. هر ماده دارای مزایایی است که عملکرد بهتری دارد.
موادی که بیشتر مورد استفاده قرار می گیرند، آلیاژ مس، آلیاژ آلومینیوم و آلیاژ آهن هستند.
آلیاژهای مس – این آلیاژها زمانی استفاده می شوند که آکارها در معرض یک محیط خورنده باشند و باید غیر مغناطیسی باشند. آلیاژهای مختلف مس به دلیل خاصیت شکل پذیری در کاربردهای مختلف مورد استفاده قرار می گیرند. بسته به آلیاژها می توان به مقاومت های متفاوتی دست یافت.
آلیاژهای آهن- این آلیاژها زمانی استفاده می شوند که به استحکام برتر نیاز باشد. از آلیاژهای آهن در کاربردهایی استفاده میشود که آلیاژهای مس مناسب هستند، اما خواص مغناطیسی آن عاملی نیست.
آلیاژهای آلومینیوم – آلومینیوم استحکام بالا و وزن کم دارد. آلیاژهای آلومینیوم در برابر خوردگی و اکسیداسیون مقاوم هستند. اگرچه آلیاژهای آلومینیوم گرانتر از آلیاژهای آهن هستند، اما تبدیل آنها به چرخ دنده آسان تر است که هزینه های دیگر را جبران می کند.