با وجود سنگین تر شدن ترافیک در شهرهای بزرگ وکوچک ماشین های دنده اتومات خواهان بیشتری پیدا کردند.یا اگر برای شما مهندسی آن مهم است این مقاله کاملا شما را با نحوه کار کردن گیربکس اتومات آشنا میکند.
آیا تا به حال به این فکر کرده اید که چگونه یک ماشین می تواند دنده مناسب را بدون اینکه کاری انجام دهید جز فشار دادن روی پدال گاز یا ترمز اعمال کند؟
احتمالا می‌دانید که موتور خودرو چگونه کار میکند، موتور چگونه نیرویی را که از طریق پیشرانه تولید میکند، منتقل میکند و چگونه یک گیربکس دستی به‌عنوان یک تابلوی برق بین موتور و پیشرانه عمل میکند
در هر صورت وقتی فهمیدید که گیربکس‌های اتومات چگونه کار می‌کنند شگفت‌زده خواهید شد که چرا وسایل نقلیه به گیربکس از هر نوع نیاز دارند.
موتور وسیله نقلیه شما قدرت چرخشی ایجاد می کند. برای به حرکت درآوردن ماشین باید آن نیروی چرخشی را به چرخ ها منتقل کنیم. این کاری است که پیشرانه خودرو – که گیربکس هم بخشی از آن است – انجام می دهد.
موتور بدون گیربکس:
یک موتور فقط می تواند در یک سرعت معین بچرخد تا به طور موثر کار کند. اگر خیلی کم بچرخد، نمی‌توانید ماشین را از حالت سکون حرکت دهید. اگر خیلی سریع بچرخد، موتور می تواند خود را تخریب کند.
چیزی که نیاز داریم این است که بتوانیم توان موتور را در مواقع مورد نیاز چند برابر کنیم (حرکت کردن، بالا رفتن از تپه و…). اما همچنین مقدار نیروی ارسالی از موتور را در مواقعی که نیاز نیست کاهش دهیم. مثل رفتن به سراشیبی، ترمز زدن.
عملکرد گیربکس چگونه است؟
گیربکس تضمین می کند که موتور شما با سرعت بهینه می چرخد (نه خیلی آهسته و نه خیلی سریع) همزمان به چرخ های شما قدرت مناسبی را که برای حرکت و توقف ماشین نیاز دارند، ارائه می دهد.
گیربکس بین موتور و بقیه پیشرانه قرار می‌گیرد و به نوعی مانند تابلو برق برای خودرو عمل می کند.
در واقع با گیربکس دستی، با فشار دادن کلاچ و جابجایی دنده ها در جای خود، کنترل می کنید که کدام دنده ها درگیر شوند.
در یک گیربکس اتومات، مهندسی درخشان تعیین میکند که چه دنده‌ای درگیر باشد بدون اینکه مجبور باشید کاری انجام دهید به جز فشار دادن گاز یا پدال‌های ترمز. این جادوی خودرو است.
محفظه جعبه
محفظه جعبه دنده تمام قسمت های گیربکس اتومات را در خود جای می دهد. به نوعی شبیه یک زنگ است . بدنه جعبه دنده معمولاً از آلومینیوم ساخته شده است. این محفظه در خودروهای مدرن علاوه بر محافظت از تمامی دنده‌های متحرک گیربکس، دارای سنسورهای مختلفی است که سرعت چرخش ورودی را از موتور و سرعت چرخش خروجی به بقیه خودرو را ردیابی میکند.
تا به حال به این فکر کرده اید که چرا می توانید موتور خودروی خود را روشن کنید، اما اجازه ندارید ماشین به جلو حرکت کند؟ خوب، به این دلیل است که جریان نیرو از موتور به گیربکس قطع شده است. این قطع شدن به موتور اجازه می دهد تا به کار خود ادامه دهد حتی اگر بقیه پیشرانه خودرو هیچ نیرو دریافت نمی کند. در گیربکس دستی، با فشار دادن کلاچ، برق را از موتور به پیشرانه قطع می‌کنید.
اما چگونه می توان برق را از موتور به بقیه پیشرانه در گیربکس اتوماتی که کلاچ ندارد قطع کرد؟
اینجاست که جادوی سیاه گیربکس های اتومات آغاز می شود به‌وسیله مبدل گشتاور
مبدل گشتاور
مبدل گشتاور بین موتور و گیربکس قرار می گیرد. این چیزی شبیه به دونات است که در دهانه بزرگ جعبه دنده قرار دارد. از نظر انتقال گشتاور دو وظیفه اصلی دارد:
قدرت را از موتور به شفت ورودی گیربکس منتقل می کند
گشتاور خروجی موتور را چند برابر می کند
این دو عملکرد را به لطف نیروی هیدرولیک او مایع انتقال داخل جعبه دنده شما انجام می دهد.
قطعات یک مبدل گشتاور
در اکثر خودروهای مدرن چهار بخش اصلی مبدل گشتاور وجود دارد: 1) پمپ، 2) استاتور، 3) توربین، و 4) کلاچ مبدل گشتاور.
1- پمپ (معروف به پروانه)
پمپ شبیه یک فن است. دارای یک دسته تیغه است که از مرکز کار می کند. پمپ مستقیماً روی محفظه مبدل گشتاور نصب می شود که به نوبه خود مستقیماً به چرخ فلایویل موتور پیچ می شود. در نتیجه، پمپ با همان سرعت میل لنگ موتور می چرخد. (باید این را به خاطر بسپارید که وقتی به نحوه عملکرد مبدل گشتاور می پردازیم.) پمپ سیال انتقال را از مرکز به سمت بیرون پمپ می کند. . .
2- توربین
توربین در داخل محفظه مبدل قرار می گیرد. یک فن است. توربین مستقیماً به شفت ورودی گیربکس اتومات متصل می شود. به پمپ متصل نیست بنابراین می تواند با سرعتی متفاوت از پمپ حرکت کند. این نکته ی مهمی است. این چیزی است که به موتور اجازه می دهد با سرعتی متفاوت از بقیه پیشرانه بچرخد.
توربین می تواند به لطف مایع انتقالی که از پمپ ارسال می شود بچرخد. پره های توربین به گونه ای طراحی شده اند که سیال دریافتی به سمت مرکز توربین و برگشت به سمت پمپ حرکت می کند.
3- استاتور (معروف به راکتور).
استاتور بین پمپ و توربین قرار می گیرد. شبیه تیغه فن یا پروانه هواپیما است استاتور دو کار انجام می دهد:
- سیال انتقال را از توربین به طور موثرتر به پمپ می فرستد، و
- گشتاور خروجی از موتور را برای کمک به حرکت ماشین چند برابر می کند، اما پس از اینکه ماشین حرکت کرد، گشتاور کمتری ارسال می کند.
استاتور از طریق یک کلاچ یک طرفه به یک شفت ثابت روی گیربکس متصل می شود. این بدان معنی است که استاتور فقط می تواند در یک جهت حرکت کند. این تضمین می کند که سیال از توربین در یک جهت هدایت می شود. استاتور فقط زمانی شروع به چرخش می کند که سرعت سیال از توربین به حد معینی برسد.
این دو عنصر طراحی استاتور کار پمپ را آسانتر کرده و فشار سیال بیشتری ایجاد می کند. این به نوبه خود باعث ایجاد گشتاور تقویت شده در توربین می شود
از آنجایی که توربین به گیربکس متصل است، گشتاور بیشتری می تواند به گیربکس خودرو ارسال شود.
4- کلاچ مبدل گشتاور.
به لطف نحوه عملکرد دینامیک سیال، با رفتن سیال انتقال از پمپ به توربین، توان از بین می رود. این منجر به چرخش توربین با سرعت کمی کمتر از پمپ می شود. وقتی ماشین در حال حرکت است این مشکلی نیست
این تفاوت سرعت چیزی است که به توربین اجازه می دهد تا گشتاور بیشتری را به گیربکس منتقل کند)، اما هنگامی که در حال حرکت است، این تفاوت منجر به ناکارآمدی انرژی می شود.
برای نفی این اتلاف انرژی، اکثر مبدل های گشتاور مدرن یک کلاچ مبدل گشتاور دارند که به توربین متصل است. وقتی ماشین به سرعت معینی می رسد (معمولاً 45-50 مایل در ساعت)، کلاچ مبدل گشتاور درگیر می شود و باعث می شود که توربین با همان سرعت پمپ بچرخد. یک کامپیوتر زمانی که کلاچ مبدل درگیر است را کنترل می کند.
نگاهی به عملکرد مبدل گشتاور حالت توقف به سرعت :
ماشین را روشن می‌کنی، و در بیکار است. پمپ با همان سرعت موتور می‌چرخد و مایع انتقال را به سمت توربین می‌فرستد، اما چون موتور در حالت توقف خیلی سریع نمی‌چرخد، توربین به این سرعت نمی‌چرخد، بنابراین نمی‌تواند تحویل دهد. گشتاور به گیربکس
پا می گذاری روی گاز این باعث می شود موتور سریعتر بچرخد که باعث می شود پمپ مبدل گشتاور سریعتر بچرخد. از آنجایی که پمپ سریعتر می چرخد، سیال انتقال به اندازه کافی سریع از پمپ حرکت می کند تا چرخش سریعتر توربین را آغاز کند. پره های توربین سیال را به استاتور می فرستند. استاتور هنوز نمی چرخد زیرا سرعت سیال انتقال به اندازه کافی بالا نیست.
اما به دلیل طراحی تیغه های استاتور، با عبور سیال از آنها، سیال را در همان جهتی که پمپ در حال چرخش است، به سمت پمپ منحرف می کند. این به پمپ اجازه می دهد تا سیال را با سرعت بالاتری به توربین برگرداند و فشار سیال بیشتری ایجاد کند. هنگامی که سیال به سمت توربین برمی گردد، این کار را با گشتاور بیشتری انجام می دهد و باعث می شود توربین گشتاور بیشتری را به گیربکس برساند. ماشین شروع به حرکت به جلو می کند.
این چرخه بارها و بارها با افزایش سرعت خودرو ادامه می یابد. هنگامی که به سرعت کروز می رسید، سیال انتقال به فشاری می رسد که باعث می شود پره های راکتور در نهایت بچرخند. با چرخش راکتور، گشتاور کاهش می یابد. در این مرحله، برای حرکت دادن ماشین به گشتاور زیادی نیاز ندارید، زیرا ماشین به نرمی حرکت می کند. کلاچ مبدل گشتاور درگیر می شود و باعث می شود که توربین با همان سرعت پمپ و موتور بچرخد.
بسیار خوب، بنابراین مبدل گشتاور چیزی است که اجازه می دهد یا از انتقال نیروی موتور به گیربکس جلوگیری می کند و گشتاور چند برابری به گیربکس را می دهد تا ماشین از حالت توقف خارج شود. وقت آن است که نگاهی به بخش هایی از گیربکس بیندازیم که به خودرو امکان تعویض اتوماتیک دنده را می دهند
همانطور که وسیله نقلیه شما به سرعت های بالاتری می رسد، به گشتاور کمتری برای حفظ خودرو نیاز دارد. گیربکس ها به لطف نسبت دنده ها می توانند مقدار گشتاور ارسالی به چرخ های خودرو را افزایش یا کاهش دهند. هر چه نسبت دنده کمتر باشد، گشتاور بیشتری تولید می شود. هر چه ضریب دنده بالاتر باشد، گشتاور کمتری تولید می شود.
در گیربکس دستی، برای تغییر ضرایب دنده، باید تعویض دنده خود را تغییر دهید.
در گیربکس اتوماتیک، ضریب دنده به طور خودکار افزایش و کاهش می یابد. و این به لطف طراحی مبتکرانه یک چرخ دنده سیاره ای امکان پذیر است.
اجزای گیربکس سیاره ای (خورشیدی)
یک گیربکس اتومات سیاره‌ای از یک عدد چرخ دنده مرکزی تشکیل شده است. این چرخ دنده مرکزی که به آن دنده خورشیدی می‌گویند توسط سه چرخ دنده احاطه شده است. به این نوع چرخ دنده ها پینیون گفته می‌شود. حرکت پینیون ها به صورت دورانی می‌باشد، در واقع این عضو داخل یک رینگ می‌چرخد. دو عضو چرخ دنده مرکزی و پینیون به وسیله یک بازو قوی به یکدیگر متصل شده‌اند. کلیه اعضای گفته شده بر روی یک صفحه قرار دارند. درواقع نیروی محرک به دنده های مرکزی منتقل می‌شود. همین موجب حرکت پینیون ها می‌شود. در ادامه حرکت کردن پینیون ها موجب چرخیدن بازوی دستگاه می‌شود. به همین ترتیب گشتاور و نیرو را منتقل خواهند کرد.
گیربکس های سیاره ای
هر گیربکس خورشیدی یک تا چهار طبقه دارد. هر طبقه از آن دور را تا حدود زیادی کاهش خواهد داد و به همان نسبت سبب افزایش گشتاور خواهد شد. این گیربکس ها برای دورهای پایین از طبقه زاویه ای استفاده می‌کنند تا عملکرد خود را بهبود بخشند.
دنده های خورشیدی نسبت به دنده های استاندارد مقاوم‌تر هستند و می‌توانند گشتاورهای زیاد را انتقال دهند.
مقالات پیشنهادی؟
منابع:
