گیربکس های دستی چگونه کار می کنند

خودروها به دلیل فیزیک موتور بنزینی به گیربکس نیاز دارند . اول، هر موتوری دارای یک خط قرمز است - حداکثر مقدار دور در دقیقه که موتور نمی تواند بدون انفجار از آن عبور کند. دوم، اگر نحوه عملکرد اسب بخار را خوانده باشید ، می دانید که موتورها محدوده دور در دقیقه باریکی دارند که در آن اسب بخار قدرت و گشتاور حداکثر است. به عنوان مثال، یک موتور ممکن است حداکثر اسب بخار خود را در 5500 دور در دقیقه تولید کند. گیربکس اجازه می دهد تا با افزایش سرعت و کاهش سرعت خودرو، نسبت دنده بین موتور و چرخ های محرک تغییر کند. شما دنده ها را عوض می کنید تا موتور بتواند زیر خط قرمز و نزدیک به باند دور در دقیقه بهترین عملکرد خود باقی بماند.

در حالت ایده‌آل، گیربکس آنقدر در نسبت‌های خود انعطاف‌پذیر خواهد بود که موتور همیشه می‌تواند در یک مقدار دور در دقیقه با بهترین عملکرد کار کند. این ایده پشت گیربکس متغیر پیوسته (CVT) است. در ادامه در مورد آن صحبت خواهیم کرد.

انتقال پیوسته متغیر

یک گیربکس متغیر پیوسته (CVT) دارای محدوده نسبت دنده تقریبا بی نهایت است. در گذشته، CVT ها از نظر هزینه، اندازه و قابلیت اطمینان نمی توانستند با جعبه دنده های چهار سرعته و پنج سرعته رقابت کنند، بنابراین شما آنها را در خودروهای تولیدی نمی دیدید. این روزها، پیشرفت‌هایی در طراحی باعث رایج‌تر شدن CVT شده است.

گیربکس از طریق کلاچ به موتور متصل می شود . بنابراین شفت ورودی گیربکس در همان دور در دقیقه موتور می چرخد ​​که هم قدرت خروجی و هم مصرف سوخت را بهبود می بخشد. CVTها در خودروهای هیبریدی رایج شدند زیرا به طور قابل توجهی کارآمدتر از گیربکس های دستی و اتوماتیک سنتی هستند و محبوبیت آنها از آنجا افزایش یافت زیرا خودروسازان برای بهترین رتبه بندی مصرف سوخت رقابت می کردند. در اواخر سال 2016 ، از هر چهار خودروی فروخته شده در ایالات متحده، یک دستگاه مجهز به CVT بود.

برای اطلاعات بیشتر در مورد نحوه عملکرد گیربکس های متغیر پیوسته، می توانید نحوه کار CVT ها را بخوانید. حالا بیایید به یک انتقال ساده نگاه کنیم.

انتقال بسیار ساده

برای درک ایده اصلی پشت یک گیربکس استاندارد، نمودار سمت چپ یک گیربکس دو سرعته بسیار ساده را در حالت خنثی نشان می دهد. بیایید به هر یک از بخش‌های این نمودار نگاهی بیندازیم تا بفهمیم چگونه آنها با هم مطابقت دارند:

• شفت سبز رنگ از موتور از طریق کلاچ می آید . شفت سبز و چرخ دنده سبز به صورت یک واحد متصل می شوند. (کلاچ وسیله ای است که به شما امکان می دهد موتور و گیربکس را وصل و جدا کنید.) وقتی پدال کلاچ را فشار می دهید، موتور و گیربکس قطع می شوند تا موتور حتی اگر ماشین در حالت ایستاده ایستاده باشد می تواند کار کند. وقتی پدال کلاچ را رها می کنید، موتور و شفت سبز رنگ مستقیماً به یکدیگر متصل می شوند. شفت و دنده سبز رنگ در همان دور موتور می چرخند.
• شفت قرمز و چرخ دنده ها را میل لخت نامیده می شود . اینها همچنین به صورت یک تکه به هم متصل می شوند، بنابراین تمام چرخ دنده های روی شفت و خود شفت به صورت یک واحد می چرخند. شفت سبز و شفت قرمز مستقیماً از طریق چرخ دنده های مشبک خود به هم متصل می شوند به طوری که اگر شفت سبز در حال چرخش است، شفت قرمز نیز می چرخد. به این ترتیب هر زمان که کلاچ درگیر می شود، میل لخت نیروی خود را مستقیماً از موتور دریافت می کند.
• شفت زرد یک شافت اسپلینت است که مستقیماً از طریق دیفرانسیل به چرخ‌های محرک خودرو به محور محرک متصل می‌شود. اگر چرخ ها در حال چرخش هستند، شفت زرد رنگ در حال چرخش است.
• چرخ دنده های آبی بر روی یاتاقان ها سوار می شوند، بنابراین روی شفت زرد می چرخند . اگر موتور خاموش باشد اما ماشین در حال حرکت باشد، شفت زرد رنگ می‌تواند در داخل چرخ دنده‌های آبی بچرخد در حالی که دنده‌های آبی و میل چرخ‌دنده بی‌حرکت هستند.
• هدف یقه اتصال یکی از دو چرخ دنده آبی به شفت محرک زرد است . یقه از طریق اسپلاین ها مستقیماً به شفت زرد متصل می شود و با شفت زرد می چرخد. با این حال، یقه می تواند در امتداد شفت زرد به چپ یا راست بلغزد تا با هر یک از چرخ دنده های آبی درگیر شود. دندان‌های روی قلاده که دندان‌های سگ نامیده می‌شوند، در سوراخ‌هایی در طرفین چرخ‌دنده‌های آبی قرار می‌گیرند تا آنها را درگیر کند.

حالا بیایید ببینیم وقتی دنده اول را می‌گیرید چه اتفاقی می‌افتد.

تعویض به دنده اول

تصویر سمت چپ نشان می دهد که چگونه وقتی یقه بنفش به دنده اول تغییر می کند، دنده آبی را در سمت راست خود درگیر می کند. همانطور که گرافیک نشان می دهد، شفت سبز رنگ موتور، میل پایه را می چرخاند، که دنده آبی را به سمت راست می چرخاند. این چرخ دنده انرژی خود را از طریق یقه منتقل می کند تا محور محرک زرد را به حرکت درآورد. در همین حین دنده آبی سمت چپ در حال چرخش است، اما روی بلبرینگ خود چرخیده است بنابراین روی شفت زرد اثری ندارد.

از این بحث می توانید به چند سوال پاسخ دهید:

• هنگامی که هنگام تعویض دنده اشتباه می کنید و صدای ساییدن وحشتناکی را می شنوید، صدای مشک شدن دندان های چرخ دنده را نمی شنوید. همانطور که در این نمودارها مشاهده می کنید، تمام دندانه های چرخ دنده در تمام زمان ها کاملا مشبک هستند. ساییدن صدای دندان های سگ است که تلاش ناموفقی برای درگیر کردن سوراخ های کنار یک چرخ دنده آبی دارد.
• گیربکس نشان داده شده در اینجا "همگام" ندارد (که بعداً در مقاله بحث شد)، بنابراین اگر از این گیربکس استفاده می کردید باید آن را دو کلاچه کنید. دو کلاچ در اتومبیل های قدیمی رایج بود و هنوز هم در برخی از اتومبیل های مسابقه مدرن رایج است. در کلاچ دوبل، ابتدا پدال کلاچ را یکبار فشار می دهید تا موتور از گیربکس جدا شود. این کار فشار را از روی دندان های سگ می گیرد تا بتوانید قلاده را به حالت خنثی حرکت دهید. سپس پدال کلاچ را رها می کنید و دور موتور را به "سرعت مناسب" می رسانید. سرعت مناسب مقدار دور در دقیقه است که موتور باید در دنده بعدی کار کند. ایده این است که چرخ دنده آبی دنده بعدی و یقه با همان سرعت بچرخند تا دندان های سگ درگیر شوند. سپس پدال کلاچ را دوباره فشار می دهید و یقه را در دنده جدید قفل می کنید. در هر تعویض دنده باید کلاچ را دو بار فشار داده و رها کنید، از این رو به آن "دبل کلاچ" می گویند.

• همچنین می توانید ببینید که چگونه یک حرکت خطی کوچک در دسته تعویض دنده به شما اجازه می دهد تا دنده را عوض کنید. دستگیره تعویض دنده یک میله متصل به دوشاخه را حرکت می دهد. چنگال یقه را روی شفت زرد می لغزد تا یکی از دو دنده را درگیر کند.

انتقال واقعی

گیربکس های چهار سرعته دستی تا حد زیادی منسوخ شده اند و گیربکس های پنج و شش سرعته جای خود را به عنوان گزینه های رایج تر می گیرند. برخی از خودروهای پرفورمنس ممکن است حتی دنده های بیشتری ارائه دهند. با این حال، همه آنها بدون توجه به تعداد دنده ها، کم و بیش یکسان کار می کنند. در داخل، چیزی شبیه به این است:

سه شاخک وجود دارد که توسط سه میله کنترل می شود که توسط اهرم تعویض دنده درگیر می شوند. با نگاه کردن به میله های دنده از بالا، آنها در دنده عقب، اول و دوم به این شکل هستند:

به خاطر داشته باشید که اهرم تعویض دنده یک نقطه چرخش در وسط دارد. هنگامی که دستگیره را به جلو فشار می دهید تا دنده اول را درگیر کنید، در واقع میله و چنگال را برای دنده اول به عقب می کشید.

می بینید که با حرکت دادن شیفتر به چپ و راست ، چنگال های مختلف (و در نتیجه یقه های متفاوت) را درگیر می کنید. حرکت دستگیره به جلو و عقب ، یقه را حرکت می دهد تا یکی از چرخ دنده ها را درگیر کند.

دنده معکوس توسط یک دنده کوچک بیکار (بنفش) کنترل می شود. همیشه دنده عقب آبی رنگ در این نمودار بالا در جهتی بر خلاف سایر دنده های آبی می چرخد. بنابراین، پرتاب گیربکس به عقب در حالی که خودرو به جلو می رود غیرممکن است. دندان های سگ هرگز درگیر نمی شوند. با این حال، آنها سر و صدای زیادی ایجاد خواهند کرد.

همگام سازها

گیربکس های دستی در خودروهای سواری مدرن از سنکرونایزر یا سنکرو استفاده می کنند تا نیازی به کلاچ دوبل را از بین ببرند. هدف سینکرو این است که به قلاده و چرخ دنده اجازه دهد قبل از تماس دندان های سگ، تماس اصطکاکی برقرار کنند. این به یقه و چرخ دنده اجازه می دهد تا قبل از اینکه دندان ها درگیر شوند، سرعت خود را هماهنگ کنند، مانند این:

مخروط روی دنده آبی در ناحیه مخروطی شکل یقه قرار می گیرد و اصطکاک بین مخروط و یقه یقه و دنده را همگام می کند. سپس قسمت بیرونی قلاده می لغزد تا دندان های سگ بتوانند با چرخ دنده درگیر شوند. هر سازنده ای انتقال و همگام را به روش های مختلف پیاده سازی می کند، اما این ایده کلی است.