گیربکس یا جعبه دنده‌ی خودرو چیست و چه وظایفی دارد؟

به گزارش مجله خبری نگار،گیربکس یا همان جعبه دنده خودرو، یکی از قطعات مهمی که حرکت خودرو بدون آن غیرممکن به نظر می‌رسد است. گیربکس میزان معینی از گشتاور تولیدی توسط قوای محرکه را از طریق کلاچ به چرخ‌ها منتقل کرده و جزئی از سیستم انتقال قدرت محسوب می‌شود.

جعبه دنده‌ی خودرو چیست؟

اتومبیل در راستای آغاز حرکت، به دو عامل تولید کننده‌ی نیرو و انتقال دهنده‌ی نیرو نیاز دارد. این نیروی مورد نیاز توسط موتور تأمین می‌شود.
در واقع خودرو برای حرکت، ملزم به نیروی پیشرانه است. این نیرو، به واسطه‌ی سیستم انتقال دهنده نظیر کلاچ، دیفرانسیل و جعبه دنده به سمت چرخ‌های اتومبیل جریان می‌یابد.
در میان قسمت‌های اساسی و تشکیل دهنده‌ی سیستم انتقال دهنده‌ی نیرو، جعبه دنده یا گیربکس از اهمیت چشمگیری برخوردار است.

گشتاور تولیدی توسط موتور باید متناسب با نیاز خودرو به چرخ‌ها منتقل شود. وظیفه کنترل و تنظیم این قدرت با گیربکس یا جعبه دنده خودرو است. درواقع گیربکس به راننده اجازه می‌دهد تا خودرو را با سرعت‌های مختلف در شرایط متفاوت کنترل کند. اهمیت این بخش از این جهت است که هر موتوری قادر به تولید میزان مشخصی از توان و گشتاور است. اما از طریق گیربکس می‌توان بدون بالا بردن دور موتور و گشتاور، به سرعت دلخواه رسید. گیربکس در کنار این وظیفه مهم کار‌های دیگری با درجه اهمیت متفاوت نیز انجام می‌دهد. مانند:

پیشگیری از سرعت‌های ناخواسته:

به کمک گیربکس می‌توان خودرو را در سراشیبی‌ها 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 خودرو قدرت حرکت معکوس داد.

کار کردن موتور بدون حرکت خودرو:

گاهی لازم است که موتور خودرو فعال باشد، اما حرکتی صورت نگیرد. به کمک گیربکس می‌توان انتقال نیروی موتور به چرخ‌ها را متوقف و این امکان را فراهم کرد.

اهمیت جعبه دنده در شتاب خودرو

از آنجایی که موتور و پیشرانه‌ی خودرو ها، تا میزان مشخصی دارای گشتاور هستند، وجود گیربکس ضرورت دارد. گیربکس سرعت خودرو را در شتاب‌های متغیر کنترل می‌کند و مانع تداخل فشار به قسمت پیشرانه می‌گردد.
علاوه بر این، وجود گیربکس در خودرو مانع شتاب گیری خودرو در شرایط متغیر جاده‌ای نظیر سرآشیبی می‌شود.

گیربکس از قابلیت تغییر جهت خودرو برخوردار است. به عبارتی سرنشین می‌تواند با تغییر دنده، فرمان حرکت به سمت جلو عقب را صادر کند.
بدین جهت وظایف گیربکس شامل تبدیل گشتاور در خصوص حرکت، ایجاد حرکت معکوس و قابلیت کارکرد مداوم موتور می‌شود.

اجزا و قطعات گیربکس و چگونگی عملکرد آن

گیربکس‌ها به همان اندازه که مهم هستند از قطعات متعددی نیز تشکیل می‌شوند. مهم‌ترین بخش یک گیربکس چرخ‌دنده‌های آن هستند که بسته به نوع گیربکس در اشکال و جنس‌های مختلف مورد استفاده قرار می‌گیرند. در ساختمان گیربکس تعداد زیادی چرخ دنده روی هم سوار می‌شوند و بسته به فعالیت هر یک، میزان قدرت و گشتاور انتقالی از موتور به چرخ‌ها مشخص می‌شود. هریک از چرخ دنده‌ها نشانگر یکی از دنده‌های روی دسته دنده (سرعت دنده) داخل کابین هستند.

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 مختلف 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، یاتاقان‌های 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 بخش ورودی پوسته گیربکس متصل است و از طریق کلاچ با موتور خودرو در ارتباط است.

• شافت واسط یا محور زیر

این محور وظیفه انتقال گشتاور از محور محرک به محور متحرک را بر عهده دارد. روی آن تعدادی چرخ دنده تعبیه شده است که با محور یک پارچه هستند. چرخ دنده ابتدایی این محور با چرخ‌دنده‌ی محور محرک درگیر است و سرعت ورودی را که توسط موتور تولید شده است، به همان صورت و بدون تغییر در میزان آن به سمت شاف خروجی هدایت می‌کند. چرخ دنده‌های روی این شافت اندازه‌های متفاوتی دارند.

• شافت خروجی یا محور اصلی

این محور که به واسطه چرخ‌دنده‌ها و یاتاقان‌ها 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 مختلفی تعبیه شده است، اما نه به صورت یک‌پارچه. در واقع چرخ دنده‌های 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.

• یاتاقان یا بیرینگ گیربکس

این قطعه که چرخ دنده هماهنگ کننده نیز نامیده می‌شود در لایه داخلی دندانه‌دار ساخته شده و با حرکت کشویی به سمت چرخ دنده مورد نظر رفته با آن چفت شده و موجب فعالیتش می‌شود.

• دسته دنده

این بخش، بیرونی‌ترین جزء سیستم گیربکس است. دسته دنده که در برخی از خودرو‌های با گیربکس اتوماتیک به طور کامل حذف شده است، عموما مسیری H شکل را برای تغییر دنده‌ها مختلف در جعبه دنده طی می‌کند. کنترل این دسته اهرمی شکل ممکن است به صورت خودکار 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 متفاوت است. 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 ۴سرعته 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 سیم‌پیچ‌های موجود در جعبه دنده موجب حرکت آن‌ها می‌شود.

• ماهک

قطعه‌ای خمیده و فلزی است متصل به انتهای میل ماهک. نیروی وارده بر میل ماهک توسط دسته دنده به آن منتقل شده و موجب حرکتش می‌شود. حرکت ماهک نیز کشویی دنده را درگیر کرده و در نتیجه چرخ دنده مورد نظر فعال شده و سرعت خودرو تنظیم می‌شود. به تعداد هر میل ماهک یک ماهک در گیربکس وجود دارد.

• کشویی دنده

قطعه‌ای است که از دو جهت شیار دارد و از یک سمت ماهک در یکی از این شیار‌ها قرار گرفته و موجب حرکت آن می‌شود و از جهت دیگر در جعبه دنده برنجی و یاتاقان در شیار دیگر آن قرار می‌گیرد و دنده انتخاب شده وارد مدار می‌شود. کشویی روی قطعه‌ای با نام توپی حرکت رفت و برگشت را انجام می‌دهد.

• دنده برنجی

برای درگیر شدن دنده‌های کشویی و یاتاقان‌های 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. همچنین در کنار یاتاقان‌ها، نیرو‌های دورانی و طولی وارد آمده به آن‌ها را کاهش می‌دهد.

• 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 خودرو هستند 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 خودرو هستند.

در واقع اگر خودرو 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. با تفاوت در قطر چرخ دنده‌ها و در نتیجه ایجاد تفاوت در سرعت حرکت آن‌ها روی محور نیز تغییر در گشتاور منتقل شده از موتور به چرخ‌ها ایجاد می‌شود. 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 دنده ها‌ی سنگین (چرخ دنده ها‌ی قطورتر) و سرعت بیشتر و قدرت کمتر در دنده ها‌ی سبک (چرخ دنده‌های نازک‌تر) می‌شود؛ بنابراین چرخ‌دنده‌های قطورتر 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 قطعات مهم براساس جهت انتقال قدرت به سه دسته عمود محور، موازی محور و افقی محور تقسیم می‌شوند.

انواع جعبه دنده‌ی خودرو

۱. جعبه دنده‌ی دستی

جعبه دنده‌ی دستی با عنوان گیربکس استاندارد نیز شناخته می‌شود. فرآیند تعویض دنده در گیربکس‌های دستی توسط راننده صورت می‌گیرد.
در گیربکس استاندارد، قدرت خروجی از موتور خودرو، به وسیله‌ی چرخ دنده و سفت دنده میان چهار چرخ اتومبیل جریان پیدا می‌کند. در این فرایند وظیفه‌ی کنترل جا به جایی شفت میان دنده‌ها بر عهده‌ی پدال کلاچ است.

در واقع شخص راننده با فشردن پدال کلاچ، روند انتقال نیرو از موتور را به چرخ دنده‌ها در حالت خلاصی قرار می‌دهد. سپس با حرکت اهرم شفت دنده بر روی چرخ دنده ها، دنده را عوض می‌کند.
لازم به ذکر است که اکثر خودرو‌های امروزی دارای گیربکس ۵ سرعته هستند و تنها در مواردی خاص، جعبه دنده‌های ۶ و یا ۷ سرعته استفاده می‌شود.

گیربکس‌های دستی به دو دسته‌ی ترتیبی و غیر ترتیبی تقسیم می‌شوند. در گیربکس‌های ترتیبی، رعایت ترتیب دنده حائز اهمیت است و امکان تعویض نامرتب دنده وجود ندارد. به طور مثال راننده با افزایش سرعت قادر است دنده را از حالت دو به حالت سه تغییر می‌دهد.
در صورتی که در دنده‌های دستی غیر ترتیبی یا سنکرونیزه، امکان جهش دنده وجود دارد و راننده می‌تواند به راحتی با افزایش سرعت، دنده را از حالت ۲ به ۴ انتقال دهد.

۲. جعبه دنده‌ی اتوماتیک

جعبه دنده‌های اتوماتیک به نوعی سیستم خودکار مجهز هستند. در این سیستم پدال کلاچ حذف می‌شود.
عملکرد جعبه دنده‌ی اتوماتیک با بالا رفتن گشتاور شفت در داخل جعبه دنده آغاز می‌شود. در طی این روند، توربین‌های موجود در شفت به حرکت در می‌آیند و با تحمیل فشار به روغن داخل محفظه‌ی روغن، دنده به صورت خودکار جا به جا می‌گردد.

گیربکس‌های اتوماتیک در انواع مختلفی نظیر AMT، AT، DCT و CVT تعبیه می‌شود.
در میان گیربکس‌های مختلف اتوماتیک، جعبه دنده‌ی AMT در دسته‌ی نیمه خودکار قرار دارد. مکانیزم گیربکس‌های نیمه خودکار مبنی بر جعبه دنده‌ی دستی است که روند تعویض دنده و کلاچ گیری را از طریق قطعات الکترومکانیکی تکمیل می‌کند.