هر خودرویی برای حرکت نیاز به یک عامل تولید کننده نیرو و یک عامل انتقال دهنده آن دارد. تولید کننده نیرو در آن موتور یا پیشرانه است.سه بخش اصلی این سیستم انتقال دهنده شامل کلاچ، جعبه دنده و دیفرانسیل هستند که در میان آنها جعبه دنده از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است جعبه‌دنده را اصطلاحا گیربکس هم می‌گویند.
اهمیت این بخش از ماشین می‌تواند در حد موتور یا مولد نیرو محسوب شود تعمیرات آن نیاز به تخصص بالایی دارد و توجه به حفظ سلامت آن نیز در اولویت های نگهداری اصولی از ماشین است پس با ایمن یدک خودرو همراه باشید.
گیربکس چیست و چه وظایفی دارد؟
گشتاور تولیدی توسط موتور باید متناسب با نیاز ماشین به چرخ ها منتقل شود. وظیفه کنترل و تنظیم این قدرت با گیربکس یا جعبه دنده خودرو است. درواقع گیربکس به راننده اجازه می دهد تا ماشین را با سرعت‌های مختلف در شرایط متفاوت کنترل کند. اهمیت این قسمت از این جهت است که هر موتوری قادر به تولید میزان مشخصی از توان و گشتاور است گیربکس در کنار این نقش مهم کارهای دیگری با درجه اهمیت متفاوت نیز انجام می‌دهد مانند:
پیشگیری از سرعت‌های ناخواسته: به کمک گیربکس می‌توان ماشین را در سراشیبی ها و شرایط جاده‌ای که احتمال خروج سرعت از کنترل وجود دارد، اتومبیل را به صورت کامل در اختیار راننده قرار داد.
تنظیم جهت حرکت خودرو: به کمک گیربکس می‌توان جهت حرکت خودرو را به جلو و عقب کنترل کرد و به ماشین قدرت حرکت معکوس داد.
کار کردن موتور بدون حرکت خودرو: گاهی مواقع لازم است که موتور ماشین فعال باشد اما حرکتی صورت نگیرد به کمک گیربکس می‌توان انتقال نیروی موتور به چرخ‌ها را متوقف و این امکان را فراهم کرد.
اجزا و قطعات گیربکس و چگونگی عملکرد آن
وجود این چرخ دنده‌ها در تمام انواع گیربکس ثابت است اما نوع و تعداد آنها تغییر می‌کند. اگر می‌خواهید تصوری از چرخ‌دنده‌های داخل یک گیربکس داشته باشید، چرخ‌دنده‌های گوناگون یک دوچرخه دنده‌ای را تصور کنید که احتمالا آن را زیاد دیده‌اید. اجزای دیگر سیستم گیربکس خودرو که در درجه کمتر اهمیت قرار دارند عبارتند از:
پوسته گیربکس
جنس این بخش از چدن ریخته‌گری است و چرخ دنده‌ها، یاتاقان های گیربکس و محورها را در خود جای می‌دهد.
شافت ورودی یا محور کلاچ
این محور که به شافت کلاچ نیز معروف است محور محرک گیربکس محسوب می‌شود. این محور به صورت یک پارچه به چرخ دنده‌ای در قسمت ورودی پوسته گیربکس متصل است و از طریق کلاچ با موتور خودرو در ارتباط است.
شافت خروجی یا محور اصلی
این محور که به واسطه چرخ‌دنده ها و یاتاقان ها با محور واسط در ارتباط است، نیروی تبدیل شده در جعبه دنده را به سمت میل گاردان یا دیفرانسیل هدایت می‌کند. روی این محور نیز چرخ دندههای گوناگونی تعبیه شده است اما نه به شکل یک‌پارچه. در واقع چرخ دنده های روی این محور که قطرهای متفاوتی هم دارند، به کمک یاتاقان‌ها روی آن حرکت دورانی دارند. حرکت این چرخ دنده‌ها به واسطه درگیر شدن آنها با چرخ‌دنده‌های شافت واسط امکان‌پذیر می‌شود.
دسته دنده
در این قسمت ، بیرونی‌ترین جزء سیستم گیربکس است کنترل این دسته اهرمی شکل ممکن است به شکل اتوماتیک صورت بگیرد یا در دست راننده باشد.
میل ماهک
میل ماهک رابط بین دسته دنده و ماهک است و راننده با حرکت دسته دنده در واقع میل ماهک را حرکت می‌دهد. عملکرد این میله فلزی براساس نوع گیربکس فرق می کند. مکانیزم آن می‌تواند دستی، الکترونیکی، خلائی و هیدرولیکی باشد.
امروزه بیشتر شاهد مکانیزم دستی و الکترونیکی آن هستیم در حالت دستی، با حرکت دست راننده حرکت می‌کند. در این حالت همچنین تعداد میل ماهک با تعداد دنده‌ها تغییر می‌کند. برای مثال در یک جعبه دنده ۴ سرعته ۳ میل ماهک داریم. در مکانیزم الکترومغناطیسی حرکت میل ماهک بر پایه روابط الکترو مغناطیسی و ارتباط مگنت‌های متصل به آنها با هسته‌های آهنی و سیم پیچ‌های موجود در جعبه دنده موجب حرکت آنها می‌شود.
دنده برنجی
برای درگیر شدن دندههای کشویی و یاتاقان های گیربکس و انجام هرچه سریعتر و دقیق‌تر این درگیری، از دنده برنجی که بین این دو قطعه قرار می‌گیرد استفاده می‌شود. دنده برنجی که جسمی فلزی و حلقه‌ای است در اطراف خود فرم دندانه‌دار دارد و به دلیل اصطکاک بیشتر با یاتاقان با سرعت بیشتری با این قطعه چفت می‌شود.
کاسه نمد یا عایق نشت
از یاتاقان‌ها و روغن درون آنها در برابر نفوذ ذرات گرد و غبار محافظت می‌کنند.
چرخ دندههای گیربکس
چرخ دنده‌ها مهم‌ترین و اصلی‌ترین قطعه در گیربکس یک ماشین می باشند و بدون آنها جعبه دنده معنا و کاربرد خود را کامل از دست می‌دهد. چرخ‌دنده‌ها که اساسی‌ترین قطعات مکانیکی موجود در پوسته جعبه دنده به شمار می‌روند هر یک نماینده یکی از دندههای ماشین می باشند.
در واقع اگر ماشین جعبه دنده ۶ سرعته داشته باشد، ۶ جفت چرخ دنده مربوط به این سرعت‌ها در گیربکس تعبیه می‌شود. 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.
همچنین چرخ‌دنده‌ها، انتقال گشتاور را با حرکت خلاف جهت آن کنترل می‌کنند. به این ترتیب که چرخ دنده قطورتر به دلیل وزن بیشتر سرعت کمتری دارد و بالعکس. این چرخ دنده‌ها عامل تفاوت بین دنده سنگین و سبک هستند. به این ترتیب که نحوه چرخش و انتقال گشتاور توسط آنها منجر به سرعت و قدرت بالاتر در دندههای سنگین و سرعت بیشتر و قدرت کمتر در دندههای سبک می‌شود. بنابراین چرخ‌دنده‌های قطور تر مربوط به دندههای ابتدایی و برای شروع حرکت هستند و چرخ‌دنده‌های باریک‌تر مربوط به دندههای بالاتر هستند که در سرعت‌های بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.
اما برای درگیر شدن چرخ‌دنده‌ها با هم باید حتما اندازه دندههای آنها دو به دو برابر باشد. البته نیازی نیست که قطر این چرخ دنده‌ها یکی باشد. چرخ دنده‌ها دارای دو نوع فرم دندانه ساده و مارپیچ هستند. همچنین این قطعه های مهم براساس جهت انتقال قدرت به سه دسته عمود محور، موازی محور و افقی محور تقسیم می‌شوند.
آشنایی با انواع گیربکس
گیربکس از ساده‌ترین شکل در اولین خودروی مدرن جهان، تولید بنز، تنها به صورت دو سرعته مورد استفاده قرار گرفت و با پیشرفت علم مکانیک این سیستم نیز پیشرفت‌های فراوانی کرد و به مرور به انواع آن اضافه شد. اکنون سه دسته بزرگ جعبه دنده وجود دارد؛
گیربکس دستی
گیربکس اتومات
گیربکس نیمه خودکار
گیربکس نیمه خودکار
امروزه به طور کلی مردم با دو نوع اتوماتیک و دستی گیربکس آشنایی دارند و تنها به ذکر دستی یا خودکار بودند جعبه دنده‌ها در بیان خصوصیات فنی یک ماشین اکتفا می‌کنند. همچنین اطلاعات در این زمینه در این کلیات خلاصه می‌شود که درگیر کردن دنده‌ها برای حرکت و تغییر آنها در مدل‌های گیربکس دستی نیاز به دخالت راننده و حرکت دسته دنده توسط او دارد، ولی در مدل‌های اتوماتیک تغییر دنده‌ها به صورت خودکار، توسط ماشین و بدون نیاز به دخالت نیرویی بیرونی انجام می‌شود. حال اینکه این سه دسته بزرگ، خود انواع گوناگونی دارند که عملکرد و راندمان و نتیجه متفاوتی ارائه می‌دهند با هم بعضی از مهم‌ترین آنها را بررسی می‌کنیم.
انواع گیربکس‌های دستی
گیربکس‌های دستی نیاز به درگیری کلاچ با موتور که با فشار پدال آن توسط راننده صورت می‌گیرد دارند همچنین تعویض دنده‌ها توسط راننده به وسیله دسته دنده انجام می‌شود. شاید استفاده مداوم از دسته دنده آزاردهنده باشد یا فشردن و رها کردن کلاچ برای ساعت‌ها رانندگی آن هم گاهی در ترافیک منجر به خستگی فراوان راننده شود، اما بسیاری همچنان گیربکس‌های دستی را به طور خودکار ترجیح می‌دهند. از آن جهت که کنترل خودرو کاملا در دست خود راننده است و به تمایل خود سرعت اتومبیل را افزایش یا کاهش می‌دهد.گیربکس‌های دستی عموما ۴ یا ۵ سرعته طراحی می‌شوند، اما به ندرت نمونه‌های ۶ سرعته آن نیز تولید می‌گردد.
گیربکس‌های ترتیبی(غیر سنکرونیزه)
در این نوع گیربکس دستی باید تعویض دنده‌ها به صورت پشت هم و به ترتیب صورت می‌گرفت و امکان تغییر دنده مثلا از دنده ۲ به دنده ۴ وجود نداشت. این معضل، رانندگی و کاهش یا افزایش سرعت را سخت و زمان‌بر می‌کرد.
گیربکس‌های غیر ترتیبی(سنکرونیزه)
برای مثال می‌توان دسته دنده را از سرعت ۲ به ۴ منتقل کرد و نیاز به رعایت ترتیب نیست.
انواع گیربکس‌های اتوماتیک
استفاده از این نوع گیربکس‌ها راحت‌تر و ساده‌تر است و نیاز به مهارت بالایی در رانندگی برای تعویض دندههای به موقع و درگیر کردن کلاچ ندارند.در این سیستم که از پیچیدگی‌های فراوانی برخوردار است، پدال کلاچ حذف می‌شود و دنده صحیح و مناسب توسط خودرو برای راننده انتخاب می‌شود. امروزه انواع مختلفی از گیربکس‌های خودکار در صنعت خودروسازی توسط کمپانی‌های متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرد عمده آنها عبارتند از:
گیربکس‌های خودکار سیاره‌ای (AT)
متداول‌ترین گیربکس‌های اتومات در صنعت خودروسازی هستند و از چرخ دندههای خورشیدی سیاره‌ای برای انتقال قدرت استفاده می‌کنند. کلاچ خودکار آنها هیدرولیکی است با یک سیستم کنترلی مجزا البته که از آنها در خودروهای پیشرفته و لوکس یا اسپرت استفاده می‌شود.
گیربکس‌های AMT
این نوع گیربکس‌ها که سیستم ساده‌تری دارن در قطعات و اجزا با گیربکس‌های دستی مشترک هستند، به همین دلیل هزینه ساخت و نگهداری آنها کمتر است. برای تغییر گیربکس خودرو از نوع دستی به نوع اتوماتیک از جعبه دندههای AMT استفاده می‌شود.
گیربکس‌های DCT یا دو کلاچه
ساختار آنها شبیه به گیربکس‌های دستی معمولی است اما با استفاده از دو جعبه دنده مستقل که هر یک به سیستم کلاچ جداگانه مستقل خود مرتبط هستند. دندههای زوج و فرد به صورت جداگانه بر روی این دو گیربکس مجزا تعبیه شده‌اند.
هر دو جعبه دنده در این سیستم با یک واحد پردازنده گیربکس در ارتباط هستند و کنترل سیستم کلاچ‌گیری توسط این واحد صورت می‌گیرد. تغییر دنده و سرعت نیز با قطعات الکترومکانیکی متصل به محورهای جعبه دنده‌ها انجام می‌شود. این جعبه دنده‌ها که به صورت تمام اتوماتیک فعالیت دارند امکان تعویض دنده دستی را نیز به راننده می‌دهند.
گیربکس‌های نیمه خودکار
تفاوت آنها با گیربکس‌های خودکار و دستی در این است که عمل تعویض دنده به صورت خودکار انجام می‌شود اما به راننده امکان کم و زیاد کردن دنده‌ها به صورت دلخواه را می‌دهد.
گیربکس‌های اتومات معمولی در دسته دنده میان کنسولی خود تنها چهار حالت حرکت، خلاص، عقب و پارک را در اختیار راننده می‌گذاشتند، اما این گیربکس‌ها که اهرم تعویض دنده آنها به صورت شیفترهای مخصوص در پشت غربیلک فرمان آماده می‌شود امکان کنترل سرعت دنده‌ها را با کم و زیاد کردن آنها به راننده می‌دهند. این گیربکس‌ها انواع و اسامی مختلفی دارند که توسط خودروسازان ابداع شده‌اند. رایج‌ترین آنها عبارتند از:
گیربکس‌های تیپ ترونیک
این جعبه دنده که از ابداعات شرکت پورشه است و تکنولوژی انحصاری این کمپانی محسوب می‌شود عملکردی شبیه به گیربکس‌های خودکار معمولی دارد در این سیستم امکان تعویض دنده توسط راننده پیش از فعالیت سیستم خودکار وجود دارد. بنابراین اگر فاصله تعویض دنده‌ها توسط سیستم خودکار زیاد باشد و ضرایب آنها با اختلاف زیاد انتخاب شوند راننده می‌تواند به صورت دستی اقدام به تعویض دنده نماید. این نوع جعبه دنده امکان دنده معکوس را نیز به راننده می‌دهد.
گیربکس‌های شیفت ترونیک
عملکردی شبیه به گیربکس‌های تیپ‌ترونیک S دارند. این جعبه دنده که توسط شرکت هیوندای ساخته شده و عموما در ماشین های این کمپانی به کار می‌رود تفاوت چندانی با تیپ ترونیک‌های S ندارد و تنها ممکن است در آنها اهرم تعویض دنده در میانه کنسول به شکل دسته دنده تعبیه شود و شاهد شیفتر فرمان در آنها نباشیم. اگر بخواهیم با دیدی مفهومی به این قضیه نگاه کنیم می توانیم عملکرد چرخ دنده ها را به اهرم های میله ای شباهت دهیم.
ممکن است کمی عجیب به نظر برسد اما با در نظر گرفتن یک میله که بر روی یک تکیه گاه قرار دارد و در یک سر آن جسمی به آن متصل است، به راحتی در می یابیم که هر چه طول میله را افزایش دهیم، نیروی کمتری برای بلند کردن جسم نیاز داریم. حال این موضوع را در ذهن خود بسپارید و بیایید تا به سراغ چرخ دنده ها و تشابه این دو موضوع بپردازیم.
هنگامی که دو چرخ دنده، یکی با قطر بزرگتر و دیگری با قطر کوچکتر به یکدیگر متصل هستند، وقتی که چرخ دنده ی کوچکتر می چرخد، چرخ دنده بزرگتر به دلیل داشتن شعاع بیشتر همانند همان میله اهرم بلند عمل می کند و باعث
می شود تا قدرت خروجی از چرخ دنده ی بزرگتر، چند برابر قدرت ورودی چرخ دنده ی کوچکتر باشد. به همین ترتیب و با ترکیب چرخ دنده های بیشتر با یکدیگر می توانیم قدرت خروجی را به مراتب افزایش دهیم اما وظیفه ی گیربکس ها صرفا در افزایش گشتاور خلاصه نمی شود.