دفتر طراحی و فنی مهندسی فرزانگان

طراحی قطعات صنعتی شما با برترین نرم افزار های روز دنیا...

گیربکسهای اتوماتیک

گیربکسهای اتوماتیک
(بخش اول)

مقدمه:

دانش استفاده از مطالب جدید وابسته به علوم فنی خودرو ها امروزی برای دانشجویان رشته های فنی خودرو و مکانیک عمری ضروری است .

لذا در این مقاله سعی شده است تا خلاصه ای از داشته های فنی و گردآوری شده از کتب و جزوات و سایت های اینترنتی عرضه شود، باشد تا مفید فایده واقع گردد .

اصول کلی انتقال قدرت :

انتقال قدرت چیست:

به فرآیند رسانده دور خروجی موتور به چرخ ها ، انتقال قدرت می گویند .

اجزاء سیستم انتقال قدرت عبارتند از :

  • سیستم کلاچ
  • گیربکس
  • میل گاردان
  • دیفرانسیل
  • پلوس ها

تفاوت گیربکس های معمولی و اتو ماتیک:

به طور کلی تفاوت گیربکس های دنده ای و اتو ماتیک را از چند منظر میتوان بررسی کرد:

اولا ً:گیر بکس های مکانیکی دستی، تحت تاثیر نیروی دست و با فرمان راننده عمل تعویض دنده را انجام می دهند ولی در انتقال قدرت اتوماتیک ، عمل تعویض دنده به شرایط کاری ، و دور خروجی از گیربکس و میزان باز بودن دریچه گاز بستگی دارد .

ثانیاً: در گیربکس های معمولی عمل تعویض دنده بدون استفاده از کلاچ های مکانیکی ،امری غیر قابل پیش بینی است . اما در گیربکس های اتوماتیک عمل تعویض دنده بدون استفاده از سیستم کلاچ، و مکانیکی انجام می گیرد .

ثالثاً: در گیربکس های اتوماتیک علاوه بر شرایط اتوماتیک، امکان استفاده از شرایط گیربکس معمولی و انتقال دور به صورت دستی نیز با درگیر کردن کلید انجام پذیر است .

در ادامه سعی می کنیم که به ساختمان و قطعات گیربکس های اتوماتیک بپردازیم .

اصول و کارکرد گیربکس های اتوماتیک :

گیربکس های اتوماتیک بر مبنای شرایط خروجی گیربکس و انتخاب وضعیت حرکت، توسط راننده عمل می کنند .

در یک گیربکس اتوماتیک حالات زیر قابل استفاده است :

1.     حالت P (پارک ):

در این حالت اهرم پارک در گیربکس درگیر می شود و هیچ دوری از شفت خروجی گیربکس خارج نمی گردد و لذا یک حالت ترمزی برای خودرو ایجاد می کند .

2.     حالت N (خلاص):

در این حالت تمام قطعات گیربکس آزادند و تحت هیچ نیروی قرار ندارند و لذا گیربکس در حالت کاملاً آزاد کار می کند .

3.     حالت L (دستی):

در این حالت که در گیربکس های مختلف بین 1تا3 دنده می تواند داشته باشد، امکان حرکت معمولی برای راننده ایجاد می شود و عمل تعویض دنده فقط از طریق تعویض دستی انجام می پذیرد . استفاده از این وضعیت گیربکس برای بالا رفتن از سربالای ها و یا پایین آمدن از سراشیبی استفاده می شود. چون در این حالت اگر راننده از حالت D یا اتوماتیک استفاده کند به دلیل کم و زیاد شدن اجباری دور، نمی تواند خودرو را کنترل کند .

4.     حالت D :

در این حالت راننده می تواند بدون استفاده از کلاچ مکانیکی ، دنده عوض کند . در این گیربکس ها تعویض اتوماتیک دنده ، تابع شرایط کاری گیربکس است .

در گیربکس های اتوماتیک قدیم : گاورنر روی شفت خروجی گیربکس قرار می گیرد و بنا به شرایط خروجی گیربکس عمل تعویض دنده انجام می گیرد .

گیربکس های اتوماتیک می توانند بین یک یا چند دنده در حالت اتوماتیک داشته باشند که با فشردن دکمه D یا قرار دادن دسته دنده در حالت D روی کنسول دنده، حالت تعویض بصورت خودکار انجام می گیرد . 

5.     حالت R:

در این حالت از کار گیربکس ،دور خروجی عکس شده و گیربکس در جهت عقب حرکت خواهد کرد .

6.     حالت دنده S:

در بعضی از گیربکس های قدیمی نظیر هیدروماتیک (Hydromatic) و گیربکس های جدید نظیر AL4 که روی خودرو های 206 و 406 نصب می گردد ، حالت فوق وجود دارد .

با درگیر کردن دنده S ،سرعت خروجی گیربکس به طور لحظه ای افزایش می یابد .

7.     حالت *:

در این حالت ، از گیربکس برای استفاده در شرایط خاص جاده های شنی ،یخی و لغزنده استفاده می شود، و با استفاده از این حالت می توانید با افزایش گشتاور خروجی ،کنترل بهتری داشته باشیم .

حالت های مختلف روی کنسول دسته دنده :

بطور کلی علائم راه انداز گیربکس های اتوماتیک به دو صورت عمده استفاده می شود :

1.     در حات اول که روی اتوبوس های شهری می توانید ببینید ،کلید ها به صورت دائمی قرار گرفته اند .

2.     در حالت دوم که در خودرو های سواری بیشتر مورد استفاده قرار می گیرد ،به صورت زیر آمده است :

  • پارک  P:Park
  • خلاص  N:Neutral
  • دنده عقب   R:Reverse
  • اتوماتیک     :Drive D
  • دستی    L:Manual
  • شیفت  S:Super
  • شرایط جوی جاده   *

 

 

 

 

اجزایی گیربکس اتوماتیک

شکل زیر اجزای یک گیربکس اتوماتیک مدل AL4 را نشان می دهد که در خودرو های پژو 206 و 406 استفاده شده است

 

 

دنده ها

دنده ها اساسی ترین قطعاتی هستند که در گیربکس های اتوماتیک به کار می روند ، اساس کار گیربکس ها ،چه از نوع معمولی و چه از نوع اتوماتیک بر استفاده از دنده استوار است .

لذا در این قسمت از بحث به قوانین چرخ دنده ها و ارتباط آنها با یکدیگر بپردازیم :

قانون دنده ها :

قانون اول :

اگر در یک مکانیزم دو دنده با هم درگیر شوند به دنده اولی که دور را انتقال می دهد ، دنده محرک و به دنده دوم که دور را دریافت می کند دنده متحرک می گویند .

قانون دوم :

اگر دنده محرک در جهت عقربه های ساعت گردش کند، دنده متحرک در جهت عکس عقربه ها گردش می کند .

قانون سوم :

اگر دنده محرک بزرگتر از دنده متحرک باشد ، سرعت خروجی زیاد می شود و گشتاور خروجی کاهش می یابد . (دنده های سبک)

قاون چهارم :

اگر دنده محرک کوچکتر از دنده متحرک باشد، سرعت خروجی کاهش یافته و گشتاور افزایش می یابد .

قانون پنجم :

اگر دنده محرک یا متحرک در یک مجموعه که بیشتر از دو دنده دارد ثابت شود، گشتاور خروجی، سرعت خروجی و جهت حرکت تغییر می کند .

 خورشیدی :

دنده های خورشیدی اساسی ترین قطعه یک گیربکس اتوماتیک به شمار می روند، دنده خورشیدی در یک مجموعه عضو محرک سایر دنده ها ی گیربکس به شمار می آید .

یک مجموعه خورشیدی یا سیاره ای شامل قطعات زیر است :

  • دنده هرزگرد
  • دنده رینگی
  • قفسه یا حامل

مجموعه دنده های خورشیدی یا سیاره ای ، قادرند تا حول محور خودشان بچر خند و همزمان اطراف دنده خورشیدی دوران کنند و دارای مزایایی زیر اند :

  • تمام اعضای خورشیدی روی یک محور مشترک قرار دارند .
  • در این مجموعه ها به دلیل درگیری ثابت دنده ها، امکان سر و صدا و شکستن دنده ها به حداقل می رسد .
  • دنده های خورشیدی گشتاور بیشتری را می توانند منتقل کنند .

 

 

 

گیربکس های اتوماتیک که در خودرو های امروزی به کار می روند می توانند یک یا چند خورشیدی داشته باشند . در جعبه دنده های مختلف،خورشیدی دنده مستقیم، خورشیدی دنده عقب و گاهاً خورشیدی های 1،2،3 و عقب دیده می شود .

یک مجموعه خورشیدی می تواند هر یک از 5 وظیفه زیر را انجام دهد :

1-    افزایش سرعت یا کاهش گشتاور (اورداریو)

2-    کاهش سرعت یا افزایش گشتاور (آندردرایو)

3-    انتقال مستقیم( یک به یک )

4-    معکوس کردن جهت چرخش

5-    خلاص کردن

وقتی دو چرخ دنده با هم درگیر می شوند ، در جهت مخالف یک دیگر گردش می کنند . برای این که دو چرخ دنده در یک جهت بچرخند باید چرخ دنده سومی به نام چرخ دنده هرزگرد بین آنها قرار گیرد ، این چرخ دنده کاری انجام نمی دهد فقط جهت دور را عکس می کند .

با استفاده از یک چرخ دنده کوچک خارجی که درون یک چرخ دنده بزرگ داخلی قرار می گیرد می توان دو چرخ دنده دیگر را به گردش هم جهت وا داشت ، با قرار دادن چرخ دنده دیگری در وسط و درگیر کردن آن با چرخ دنده خارجی ،یک دست چرخ دنده ی سیاره ای یا خورشیدی ایجاد می شود .

 

 

طرز کار مجوعه خورشیدی :

اگر یک عضو از مجموعه خورشیدی ثابت شود و عضو دیگر بچرخد ، حاصل کار افزایش سرعت ، کاهش گشتاور و یا کاهش سرعت و حرکت معکوس خواهد بود . نتیجه کار بستگی به این دارد که کدام عضو ثابت بماند و یا کدام عضو بچرخد ، در این رابطه موارد زیر را بررسی می کنیم .

1-    افزایش سرعت 1 : اگر خورشیدی ثابت بماند و قفسه بچرخد نتیجه افزایش سرعت خواهد بود .

2-  افزایش سرعت 2 : اگر رینگی ثابت شود و قفسه بچرخد نتیجتا خورشیدی سریع تر از قفسه می چرخد و حاصل افزایش سرعت است .

3-  کاهش سرعت : اگر چرخ دنده رینگی بچرخد و خورشیدی ثابت باشد، قفسه آهسته تر می گردد این حالت دنده دو است .

4-    دنده عقب : اگر قفسه ثابت باشد ، خورشیدی بچرخد ، هرز گردها ، هرز می گردند و رینگی را در جهت عکس می چرخاند .

5-  انتقال مستقیم : اگر دو عضو به هم قفل شوند و یا با سرعت مساوی بچرخند مجموعه چرخ دنده های خورشیدی به صورت یک واحد عمل می کنند و نسبت دور 1:1 می شود .

6-  خلاص : وقتی هیچ کلاچی درگیر نباشد و هیچ بست و یا قفل کننده ای (باند) درگیر نباشد و هیچ باری بر موتور وارد نمی شود . حالت استارت

 

انواع چرخ دنده های خورشیدی

در جعبه دنده های  امروزی از دو نوع مجموعه چرخ دنده خورشیدی دیگر هم استفاده می شود :

v    مجموعه چرخ دنده سیاره ای سیمپسون: این مجموعه چرخ دنده ، دو دست سیاره ای جداگانه دارد . هر یک از خورشیدی ها به صورت جداگانه با رینگی و قفسه درگیر است .

v    مجموعه چرخ دنده سیاره ای راونیو : در این حالت یک چرخ دنده رینگی و دوست هرزگرد دارد و دارای دو خورشیدی جلو و عقب می باشد . این مجموعه را خورشیدی مرکب می گویند .

 

 

یک مجموعه چرخدنده سیاره ای راونو یا مرکب که در آن از پینیون های کوتاه و بلند استفاده می شود .

 

حالت مختلف دنده های خورشیدی در یک گیربکس اتوماتیک  .

 

 

 

 

 

کنترل گر های چرخ دنده های خورشیدی :

چرخ دنده های خورشیدی به وسیله قطعات زیر کنترل می شود :

1-    باند های ترمزی Brake Band (BB)

2-    کلاچ هیدرولیکیHC))Hydraulic Clutch

3-    کلاچ یک طرفه One way Clutch(OWC)

کلاچ یک طرفه به صورت خودکار عمل می کند و مانع چرخش معکوس می گردد و در گیربکس های اتوماتیک ، کلاچ یکطرفه در تورک کنوتور نیز دیده می شود .

کلاچ چند صفحه ای میتواند در گیر شود و باعث حرکت یا ثابت شدن یک عضو گردد و نیز قابلیت قفل کردن دو عضو را را نیز داراست .

بست ها یا باندها ی ترمزی و کلاچ هیدرولیکی بوسیله ی فشار روغن کار می کنند ، پمپ روغن که در داخل تورک کنوتور قرار دارد با به حرکت در آمدن ، فشار روغن لازم را تامین می کند و با فشار روغن از راه سوپاپ ها و مجاری گالری روغن گیربکس به پشت پیستون های باند یا کلاچ می رسد و باعث عمل کردن قطعه می گردد.

انواع باندهای ترمزی قابل استفاده در گیربکس های اتوماتیک عبارتند از :

باند ساده و باندهای سرو که در شکل زیر نشان داده شده اند .

 

در شکل قبل وقتی فشار روغن به پشت پمپ هدایت می شود ، پیستون به حرکت در می آید و نیروی پیستون بر فنر غلبه می کند و به ضامن بست فشار وارد می آورد و بست قفل کننده (باند سرو)به کار می افتد ، حال اگر محور ورودی چرخ دنده داخل را بچرخاند ،هرزگرد ها با سرعت کمتری حرکت می کنند و در نتیجه قفسه و محور خروجی با سرعت کمتری اما گشتاور بیشتری می چرخند .

برای آزاد کردن باندهای سرو، کافی است فشار روغن از پشت پیستون پمپ برداشته شود .

برای درگیر شدن کلاچ ، فشار روغن به پشت پیستون کلاچ هدایت می شود و با حرکت پیستون، صفحه ها به هم فشرده می شوند ،صفحه ها چرخ دنده خورشیدی را به قفسه قفل می کنند و در این حالت مجموعه خورشیدی یک پارچه می شود . زمانی که فشار روغن بر داشته شود ،فنر های برگشت دهنده ،صفحات را به حال خود بر می گردانند . اشکال زیر نحوه ی عمل کرد قطعات باز شده کلاچ هیدرولیکی را نشان می دهد.

 

جریان انتقال قدرت در یک مجموعه چرخ دنده سیاره ای در هنگامی که بست قفل کرده است . این وضعیت کاهش سرعت لازم برای دنده دو را تامین می کند .