مکانیک خودرو عمومی -بخش 11

گیربکس یا جعبه دنده

جعبه دنده از تعدادی چرخ دنده تشكيل شده است، به طوريكه با ثابت بودن توان ورودی به آن، می‌توان دور و گشتاور خروجی را تغيير داد به نحوی كه توان خروجی نيز ثابت و برابر با توان ورودی به جعبه دنده باشد.
مطابق شکل 1 چنانچه دو چرخ‌دنده با یکدیگر درگیر شوند و تعداد دندانه‌های چرخ‌دنده‌های متحرك را به تعداد دندانه های چرخ‌دنده‌های محرك موجود در مسیر انتقال قدرت، تقسيم شود، با توجه به رابطه 1، عددی بدست می‌آيد كه به آن نسبت دنده یا نسبت انتقال گفته می‌شود.

شکل1- درگیری دو چرخ دنده با یکدیگر

چنانچه i بزرگتر از یک باشد، دور خروجی كمتر از دور ورودي و گشتاور خروجی بيشتر از گشتاور ورودی خواهد بود. به اين حالت، وضعيت کم دورانی (Under Drive)گفته مي‌شود و معمولاً در دنده‌های عقب،1 ،2 و بعضاً 3 مورد استفاده قرار می‌گيرد.
چنانچه i مساوی با یک باشد، دور و گشتاور ورودی با دور و گشتاور خروجی برابر می‌شود و به اين حالت، وضعيت مستقیم (Direct Drive)گفته می‌شود كه معمولا در دنده‌های 3 یا 4 مورد استفاده قرار می‌گيرد.
اگر i کوچکتر از یک باشد، دور خروجي بيشتر از دور ورودی و گشتاور خروجی كمتر از گشتاور ورودی خواهد بود. به اين حالت، وضعيت بیش دورانی (Over Drive)گفته می‌شود كه در دنده 5 و بعضاً 4 مورد استفاده قرار می‌گيرد.
از طرفي بايد توجه داشت كه، چنانچه تعداد چرخ‌دنده‌های درگير با يكديگر زوج باشند، جهت اولين و آخرين چرخ‌دنده برعكس هم است در حاليكه اگر تعداد چرخ‌دنده‌های درگير با يكديگر فرد باشند، جهت اولين و آخرين چرخ‌دنده برعكس يكديگر خواهد بود.
شكل 2 ساختمان کلی يك جعبه‌دنده چهار سرعته را نشان می‌دهد.

1-محور خروجی گیربکس 2-چرخ‌دنده دنده یک و عقب محور خروجی 3-چرخ‌دنده دنده دو محور خروجی 4-چرخ‌دنده دنده سه محور خروجی 5-چرخ‌دنده دنده چهار محور ورودی 6-محور ورودی 7-صفحه‌کلاچ 8-چرخ‌دنده دنده چهار محور زیر 9-چرخ‌دنده دنده سه محور زیر 10-چرخ‌دنده دنده دو محور زیر 11-چرخ‌دنده دنده عقب محور زیر 12-چرخ‌دنده هرزگرد دنده عقب 13-چرخ‌دنده دنده یک محور زیر 14-محور زير
شكل2-اجزای يك گيربكس چهارسرعته مربوط به خودرو RD

وضعيت دنده يك:

شکل 3 وضعیت دنده یک را نشان می‌دهد.

شكل 3-وضعيت دنده يك

با توجه به درگیر شدن چرخ‌دنده دنده یک محور خروجی با چرخ‌دنده دنده یک محور زیر، دور و گشتاور به ترتيب زير منتقل می‌شود و نسبت دنده 3/07 بدست می‌آید:
محور ورودی – چرخ دنده دنده چهار روی محور ورودی – چرخ دنده دنده چهار روی محور زير – چرخ دنده دنده يك روی محور زير – چرخ دنده دنده يك روی محور خروجی محور خروجی گيربكس در اين حالت دور خروجی جعبه دنده كاهش يافته(یک سوم شده است) در حالیکه گشتاور خروجی جعبه دنده افزايش می‌يابد(سه برابر شده است) و باید توجه نمود که توان ورودی به جعبه دنده با توان خروجی از جعبه دنده برابر خواهد بود.

وضعيت دنده دو:

شکل 4 وضعیت دنده دو را نشان می‌دهد.

شكل 4-وضعيت دنده دو

با توجه به درگیر شدن چرخ‌دنده دنده دو محور خروجی با چرخ‌دنده دنده دو محور زیر، دور و گشتاور به ترتيب زير منتقل مي‌شود و نسبت دنده 2/1 بدست می‌آید:
محور ورودی – چرخ دنده مربوط به دنده چهار روی محور ورودی – چرخ دنده دنده چهار روی محور زير – چرخ دنده دنده دو روی محور زير – چرخ دنده دنده دو روی محور خروجی –محور خروجی گيربكس
در اين حالت دور خروجی نصف و گشتاور خروجی دو برابر شده است و نسبت به دنده يك، دور خروجی بيشتر و گشتاور خروجی كمتر می‌شود و باز هم باید به یکسان بودن توان ورودی و خروجی جعبه دنده توجه نمود.

وضعيت دنده سه:

شکل 5 وضعیت دنده سه را نشان می‌دهد.

شكل 5-وضعيت دنده سه

با توجه به درگیر شدن چرخ‌دنده دنده سه محور خروجی با چرخ‌دنده دنده سه محور زیر، دور و گشتاور به ترتيب زير منتقل می‌شود و نسبت دنده 1/46 بدست می‌آید:

محور ورودی – چرخ دنده دنده چهار روی محور ورودی- چرخ دنده دنده چهار روی محور زير – چرخ دنده دنده سه روی محور زير – چرخ دنده دنده سه روی محور خروجی –محور خروجی گيربكس

در این حالت گشتاور خروجی یک و نیم برابر شده درحالیکه دور خروجی به نسبت یک و نیم تقلیل می‌یابد و نسبت به دنده دو، دور خروجی بيشتر و گشتاور خروجی كمتر می‌شود، در حالیکه توان ورودی به گیربکس برابر با توان خروجی از گیربکس است.

وضعيت دنده چهار :

شکل 6 وضعیت دنده چهار را نشان می‌دهد.

شكل 6-وضعيت دنده چهار

در این حالت محور ورودی به محور خروجی گیربکس متصل می‌شود و نسبت دنده یک را ایجاد می‌کند بدین منظور که دور و گشتاور محور ورودی با دور و گشتاور محور خروجی برابر است.
مسير انتقال قدرت به شرح ذيل می‌باشد :

محور ورودی – چرخ‌دنده مربوط به دنده چهار روی محور ورودی – چرخ‌دنده دنده سه روی محور خروجی – محور خروجی

در اين حالت، نسبت به دندة سه، دور خروجی زيادتر و گشتاور خروجی كمتر می‌شود.

وضعيت دنده عقب:

شکل 7 وضعیت دنده چهار را نشان می‌دهد.

شكل 7-وضعيت دنده عقب

در این حالت، چر‌خ دنده هرزگرد دنده عقب بین چرخ‌دنده‌های دنده عقب روی محورهای زیر و خروجی قرار می‌گیرد و جهت دوران محور زیر را عکس کرده(راست‌گرد) و سپس چرخ‌دنده دنده عقب روی محور خروجی این دور را چپ‌گرد کرده و به محور خروجی منتقل می‌کند و لذا شرایط دنده معکوس یا دنده عقب ایجاد می‌شود. در این شرایط نسبت دنده 4/08 ایجاد می‌شود بدین معنی که دور خروجی گیربکس یک چهارم دور ورودی می‌شود درحالیکه گشتاور خروجی گیربکس چهار برابر می‌شود. نحوة انتقال قدرت در دنده عقب به شرح ذیل است:

محور ورودی – چرخ‌دنده دنده چهار روی محور ورودی – چرخ‌دنده دنده چهار روی محور زير – چرخ‌دنده دنده عقب روی محور زير – چرخ‌دنده هرزگرد دنده عقب –چرخ‌دنده دنده عقب روی محور خروجی– محور خروجی

در دنده عقب، دور و گشتاور خروجی به دور و گشتاور خروجی در وضعيت دنده يك نزديك است.
شكل 8 وضعيت‌های مختلف درگيری يك گيربكس 5 سرعته، مربوط به يك خودرو جلو محرك (FD) را نشان می‌دهد.
لازم به ذکر است که در این نوع جعبه‌دنده‌ها، با توجه به هم‌جهت بودن دور ميل‌لنگ و دور چرخ‌ها فقط از يك شفت ورودی و يك شفت خروجی استفاده شده است و شفت زير حذف شده است.

شكل 8-وضعيت‌های مختلف گيربكس 5 سرعته جلو محرك

شكل 9 نيز وضعيت دنده عقب گيربكس مذكور را نشان می‌دهد.

شكل 9-وضعيت دنده عقب گيربكس 5 سرعته جلو متحرك

در اكثر گيربكس‌ها دنده‌های مربوط به چرخ‌دنده‌های دنده عقب از نوع مستقيم هستند. به همين دليل در اين نوع خودروها به هنگام حركت در دنده عقب توليد صدا می‌كنند، ولی چون دنده‌های مربوط به چرخ‌دنده‌های ساير دنده‌ها، مورب هستند، در دنده‌های رو به جلو صدايی توليد نمی‌شود.