عملگر تعويض دنده و ميله بندي آن ( )
عملگر تعويض دنده و ميله بندي آن (نویسنده و گردآورنده علی شمسی)
سالها پيش جعبه دنده هاي دستي چهار دنده بودند و دسته دنده درکف اتاق قرار داشت؛ جاييکه راننده براحتي به آن دسترسي داشت. انتهاي جعبه دنده به مکانيسم تعويض دنده متصل مي شد. پس از آن دسته دنده را به لوله فرمان منتقل کردند؛ جاييکه بيشتر در دسترس راننده بود. بااين تغيير جاي پاها در صندلي جلو نيز وسيعتر شد. امروزه دسته دنده دوباره در کف اتاق نصب مي شود. درواقع اغلب اوقات دسته دنده بخشي از کنسول مياني است. براي اتصال دسته دنده به جعبه دنده از ميله بنديهاي با آرايش مختلف استفاده شده است. طرز کار تمام اين ميله بنديها اساساً يکي است. براي عوض کردن دنده بايد دو حرکت به دسته دنده اعمال کرد. در اولين حرکت ماهک روي کشويي و کشويي مربوط به چرخدنده مورد نظر انتخاب مي شود. حرکت دوم سبب مي شود که ماهک روي کشويي، غلاف کشويي را به حرکت در آورد. در نتيجه حرکت اخير، چرخدنده مورد نظر به محور اصلي قفل مي شود. (شکل2-8)
شکل2-8 مکانيسم تعويض دنده
در شکل2-9 نمونه اي از ميله بندي تعويض دنده مربوط جعبه دنده طولي پنج و شش سرعته اتومبيل فورد را مشاهده مي کنيد.
شکل2-9 ميله بندي تعويض دنده فورد
دنده هاي کمکي ( splitter change & range change )
براي خودروهاي نسبتاً سبک با وزن حدود يک تن که نسبت قدرت به وزن بزرگي دارند، يک جعبه دنده 4 سرعته يا 5 سرعته معمولي جوابگوي اتومبيل در عملکرد صحيح خود مي باشد. اما براي خودروهاي سنگيني که بارهاي بزرگي را تحمل مي کنند و نسبت قدرت به وزن بسيار پاييني دارند، استفاده از اين جعبه دنده ها به تنهايي نمي تواند گزينه مناسبي باشد. تحت چنين شرايط عملکردي اگر فاصله نسبت انتقال دنده ها خيلي زياد باشد، در حين تعويض دنده دور موتور به شدت افت مي کند و بازيافت گشتاور دوباره موتور به کندي صورت مي گيرد؛ بنابراين براي کمتر کردن اثرات ناشي از اين افت دور در هنگام تعويض دنده به فاصله هاي کوچکتري از اختلاف افزايش نسبت دنده اي نياز است. با دو برابر کردن تعداد نسبت دنده ها اثرات افت دور موتور در حين تعويض دنده کاهش مي يابد.
جهت تحقق اين امر و افزايش تعداد نسبت انتقال مي توان از تعداد چرخدنده هاي بيشتر با نسبت انتقالهاي گوناگون در گيربکس استفاده کرد، اما استفاده از اين روش به بزرگ و سنگين شدن جعبه دنده مي انجامد. براي جلوگيري از اين امر يک جعبه دنده کوچک دو وضعيتي را به صورت سري با جعبه دنده معمولي 4 سرعته، 5 سرعته و ... قرار مي دهند. استفاده از اين جعبه دنده کمکي به اين ترتيب تعداد نسبت انتقال را در جعبه دنده هاي معمولي دو برابر مي کند. در وضعيتهاي بسيار خاص مي توان از جعبه کمکي سه وضعيته استفاده کرد، در اين صورت تعداد دنده هاي جعبه دنده معمولي تا سه برابر افزايش مي يابد که در اينگونه کمکيها معمولاً يکي از نسبتهاي انتقال بسيار کم در نظر گرفته مي شود.
جعبه دنده هاي کمکي مي توانند به دو صورت قبل يا بعد از جعبه دنده اصلي قرار گيرند که طراح با توجه به شرايط مورد نظر خودرو آن را برمي گزيند :
Splitter gear change : در نوع جعبه دنده، جعبه دنده کمکي قبل از جعبه دنده اصلي قرار مي گيرد. در اين حالت جعبه دنده کمکي دو حالت دارد، حالت اول که نسبت انتقال مستقيم است و گشتاور ورودي از موتور بدون تغيير به جعبه دنده اصلي مي رسد و حالت دوم که نسبت انتقال ناشي از اين دنده تقريباً 1 : 4/1 – 2/1 است. (شکل2-10)
شکل2-10 جعبه دنده کمکي از نوعSplitter و ترتيب تعويض دنده ها در اين نوع جعبه دنده
Range gear change : در اين نوع جعبه دنده، جعبه دنده کمکي بعد از جعبه دنده اصلي قرار مي گيرد. جهت تعويض دنده در اين نوع جعبه دنده ها ابتدا دنده کمکي را در حالت low قرار داده و دنده هاي اصلي را به ترتيب تغيير مي دهيم، سپس دنده کمکي را در حالت انتقال مستقيم يا high قرار داده و دوباره دنده هاي اصلي را به ترتيب عوض مي کنيم. (شکل2-11)
شکل2-11 جعبه دنده کمکي از نوعrange و ترتيب تعويض دنده ها در اين نوع جعبه دنده
هر دو نوع جعبه دنده هاي splitter و change مي توانند به صورت چرخدنده هاي ساده يا خورشيدي باشند. همچنين برخي از جعبه دنده ها در صورت نياز مي توانند از جعبه دنده هاي splitter و change به صورت همزمان استفاده کنند.
) PTO ( Power take-off
PTO در واقع مکانيزمي است که تعدادي شفت محرک را براي بکار انداختن تجهيزات کمکي در برخي از خودروهاي خاص فراهم سازد. اين شفتها مي توانند نيروي محرک خود را از موتور و توسط دنده هاي تايمينگ سر ميل لنگ بگيرند؛ اما معمولاً در اکثر سيستمها اين نيرو را از قسمتي از جعبه دنده مي گيرند. کابردهاي مرسوم PTO ها شامل موارد زير هستند؛ مانند : پمپهاي هيدروليکي، کمپرسورها، ژنراتورها، بالابرها، جرثقيل ها، چرخ لنگرهاي دوار، قرقره هاي شيلنگ آتش نشاني، دستگاههاي مخلوط کننده، تيغه هاي ماشين برف روب و ديگر مکانيزمهاي مکانيکي که به منبع جداگانه اي از قدرت محرکه نياز دارند.
قدرت محرک PTO مي تواند توسط يکي از دنده هاي روي lay shaft فراهم شود و يا اينکه شفت مربوطه مستقيماً به انتهاي lay shaft متصل شود و چرخش خود را يکسره از خود شفت بگيرد. (شکل2-12) PTO ها بسته به نوع استفاده مي توانند به صورت تک سرعته يا دو سرعته کار کنند. در واقع سيستمي مانند جعبه دنده هاي کمکي در اين مورد نيز مورد استفاده قرار مي گيرد که فراهم آورنده دو سرعت متفاوت مي باشد. جهت دستيابي به سرعت دلخواه شفت نسبت دنده ها در اين مورد نيز مي تواند به صورت دلخواه انتخاب شوند.
شکل2-12 جعبه دنده بهمراه PTO هايي که قدرت خود را از دنده ها مي گيرند.
اوردرايو (Over drive)
وقتي جعبه دنده هاي استاندارد را در دنده بالا قرار مي دهيم، نسبت انتقال يك به يك است. در جاده هاي سرازيري در صورتيكه موتور اتومبيل قدرت كافي را داشته باشد و سرعت نيز در حد معقولي باشد موتور قادر خواهد بود كه اتومبيل را با نسبت تبديل كمتر از واحد نيز به حركت در آورد. براي اين منظور در گيربکس بعضي از اتومبيل ها وسيله اي بنام اوردرايو پيش بيني شده است. اوردرايو يا فوق سرعت يك سيستم مكانيكي است كه به انتهاي جعبه دنده هاي معمولي بسته مي شود. محور خروجي جعبه دنده محور ورودي اوردرايو را به حركت در مي آورد. اوردرايو شامل يك مجموعه دنده سياره اي است که بوسيله آن مي توان نسبت تبديل پايين تر از يک را بدست آورد.
يكي از مزاياي مهم اوردرايو آن است كه با استفاده از آن مي توان با ثابت نگهداشتن سرعت اتومبيل، دوران موتور آنرا تا حدود 30 درصد تنزل داد. طبعاً استفاده از اوردرايو سبب کاهش مصرف سوخت در ماکزيمم سرعت مي شود. اوردرايو با توجه به صحت عوامل زير عمل رضايت بخشي را ارائه خواهد كرد :
1- موتور اتومبيل قدرت كافي را داشته باشد.
2- سرعت اتومبيل در حد كافي باشد.
3- جاده تقريباً مسطح يا سرازير باشد
شکل2-13 اثرات اوردرايو بر روي عملکرد موتور
استفاده از اوردرايو به خودي خود موجب تضمين سرعت حداكثر نخواهد بود. با افزايش سرعت اتومبيل مقاومت باد به سرعت زياد مي شود. در سرعت هاي خيلي زياد اثرات مقاومت ناشي از باد را مي توان با اثر بازدارندگي در يك سربالايي شيب تند قابل قياس دانست. در اين موقع است كه ديگر نمي توان دنده بالا يا اوردرايو را يك امتياز محسوب آورد و بايستي براي كار صحيح موتور اتومبيل را به يك دنده پايين تر منتقل ساخت. در شکل 2-13 نمودار مربوط به اثرات اوردرايو بر روي عملکرد موتور مي توان مشاهده کرد. ملاحظه مي شود که از اثرات اوردرايو کاهش مصرف سوخت و همچنين افزايش گشتاور موتور در ماکزيمم سرعت مجاز است. براي فراهم کردن چنين شرايطي و اضافه کردن اوردرايو به جعبه دنده هاي معمولي معمولاً از ترکيبهاي چرخدنده هاي سياره اي استفاده مي کنند. يک مجموعه خوشيدي يا سياره اي شامل يک دنده خورشيدي يا دنده مرکزي است که با دنده هاي هرز گرد سياره اي يا پينيونها که روي محور نگهدارنده يا بازو قرار گرفته اند، احاطه شده است؛ حرکت دوراني مي کنند و بطور دائم درگير مي باشند. پينيونها نيز در داخل دنده داخلي يا رينگ (به اين دليل به اين نام خوانده مي شود که محيط دايره از داخل دندانه دار شده است) احاطه شده و بطور دائم با اين دنده هاي سياره اي در گير مي باشند. (شکل2-14)
شکل2-14 نمونه ساده اي از چرخ دنده سياره اي واجزاي آن
اگر يک عضو از مجموعه چرخدنده سياره اي ثابت نگهداشته شود و عضو ديگر بچرخد، حاصل کار افزايش سرعت، کاهش سرعت يا چرخش معکوس خواهد بود. نتيجه کار بستگي به اين دارد که کدام عضو ثابت مانده و کدام عضو بچرخد.
در صورت عدم نياز به اوردرايو مي توان آنرا در وضع قفل شده قرار داد. وقتي دو قسمت از مجموعه دنده سياره اي بهم قفل شوند، مجموعه قادر به تغيير گشتاور يا دوران نبوده و همه آن به صورت يك واحد يكپارچه دوران خواهد كرد.
سيستم انتقال قدرت اتوماتيک
چون دستيابي به يک سيستم انتقال نرم و بدون صدا با استفاده از جعبه دنده هاي دستي مرسوم که در بالا اشاره شد، امکان پذير نمي باشد، بنابراين در جعبه دنده هاي اتوماتيک نيز همانند آنچه قبلاً براي اوردرايو گفته شد از سيستم چرخدنده خورشيدي استفاده مي شود. علاوه بر آن، اين نوع سيستم جعبه دنده اي مزاياي زيادي دارد:
1- تمام اعضا مجموعه خورشيدي برروي يک محور اصلي قرار دارند و در نتيجه همه آنها در يک مجموعه قرار گرفته اند.
2- دنده هاي خورشيدي هميشه بطور ثابت با هم در گير مي باشند و امکان حذف دنده و يا شکستن و سرو صدا کمتر وجود دارد و هم چنين تعويض دنده، سريع و بطور خودکار و بدون افت قدرت انجام مي گردد.
3- دنده هاي خورشيدي نسبت به جعبه دنده هاي استاندارد مي توانند سخت تر و قويتر باشند و بارهاي گشتاوري را بطور سريع منتقل نمايند و داراي حجم کمتري باشند. به اين دليل که گشتاور از ميان دنده هاي سياره اي عبور مي نمايند و نيرو بين چند دنده سياره اي تقسيم مي گردد، قدرت انتقال افزايش مي يابد.
4- موقعيت اعضا مجموعه سياره اي براي نگهداشتن يا درگيري و قفل نمودن آنها با يکديگر براي تعويض دنده ها نسبت به هم رابطه ساده اي دارند.
در جعبه دنده هاي اتوماتيک حتماً بايد از کلاچ هيدروليکي و مبدل گشتاور بجاي کلاچ اصطکاکي استفاده کرد. ساختمان و نحوه عمل اين مبدلها در قسمت کلاچها توضيح داده شد.
اغلب اين جعبه دنده هاي خودکار سه يا چهار دنده براي حرکت رو به جلو دارند. اين جعبه دنده ها در وضعيتهاي پارک، خلاص و دنده عقب نيز قرار مي گيرند. در اين خودروها دنده چهار معمولاً اوردرايو است. در بعضي از جعبه دنده هاي خودکار که شش دنده اند، دنده پنج اوردرايو است. خودروهايي که جعبه دنده خودکار دارند، معمولاً با دنده يک به راه مي افتند. سپس جعبه دنده به دنده هاي دو، سه و چهار مي رود. تعويض دنده ها و قفل شدن مبدل گشتاور بدون کمک راننده انجام مي شود. با افزايش سرعت خودرو، دنده ها تعويض مي شود و بار موتور کاهش مي يابد. راننده براي کاهش سرعت خودرو و متوقف کردن آن پايش را از روي پدال گاز برمي دارد و در صورت نياز ترمز مي گيرد. در اين حالت جعبه دنده مبدل گشتاور را خلاص مي کند و به صورت خودکار دنده معکوس مي رود؛ هنگامي که خودرو متوقف مي شود، جعبه دنده در دنده يک است. در اين حالت به کلاچي که با پا بکار مي افتد نيازي نيست. بکسواد کردن مبدل گشتاور اين امکان را مي دهد که حتي حين درگيري جعبه دنده نيز موتور درجا کار کند.
شکل کلي نمونه اي از اين جعبه دنده ها را در پايين مشاهده مي کنيد. همانطور که ملاحظه مي شود براي دستيابي به دنده مورد نظر بايد تعدادي از دنده هاي خورشيدي، پينيونها، بازوها يا رينگها ثابت يا بهم قفل شوند. براي بوجود آمدن اين شرايط، يکسري عملگر (مانند کلاچهاي يکطرفه، بستهاي قفل کننده و کلاچهاي چند صفحه اي) وجود دارد که با قفل شدن يا آزاد شدن هريک از آنها توسط سيستم کنترلي، تعدادي از دنده ها قفل شده و اتومبيل در دنده مورد نظر قرار مي گيرد.
در شکل2-15 نمونه اي از اين گيربکسهاي اتوماتيک بهمراه عملگرهاي آن را مشاهده مي کنيد. بعنوان مثال براي قرار گرفتن گيربکس در دنده يک، بايد کلاچهاي DC و FC و همچنين کلاچ يکطرفه OWC قفل شوند. براي ديگر دنده ها نيز به همين ترتيب عملگرهاي ديگر عمل مي کنند.
One Way Clutch OWC
Brake (L+R)B
Brake ODB
Clutch FC
Brake 2GB
Clutch (H+R)C
ClutchDC
applied
-
-
applied
-
-
applied
First D
-
applied
-
applied
applied
-
applied
Second D
-
-
-
applied
-
applied
applied
Third D
-
-
applied
applied
-
applied
-
Fourth D
-
applied
-
-
-
applied
applied
Reverse R
شکل2-15شکل شماتيکي ازگيربکسهاي اتوماتيک بهمراه عملگرهای آن
سيستم کنترل هيدروليکي جعبه دنده اتوماتيک
سيستم هيدروليکي، سيال تحت فشار لازم براي بکار انداختن جعبه دنده خودکار را تامين مي کند. کلاً سيستم هيدروليکي کارهاي زير را انجام مي دهد:
سيال را به مبدل گشتاور مي رساند.
سيال تحت فشار را بسوي پمپ بست قفل کننده و کلاچهاي چند صفحه اي هدايت مي کند.
قطعات داخلي را روغنکاري مي کند.
مبدل گشتاور و ساير قطعات را خنک مي کند.
همانطور که ديديم عمل تعويض دنده يا تغيير کارکرد عملگرها در اين نوع جعبه دنده ها به صورت خودکار و بدون دخالت راننده انجام مي پذيرد. جهت نيل به اين مقصود بايد اطلاعاتي از وضعيت حال حاضر خودرو در دسترس باشد، تا سيستم کنترلي بتواند بر اساس اين اطلاعات تصميم گيري نمايد. اين اطلاعات که در واقع زمان تعويض دنده را مشخص مي کنند از سه طريق بدست مي آيند :
دور خروجي جعبه دنده
دور موتور
بار موتور (ميزان گشودگي دريچه گاز)
هر کدام از اين عوامل فشارهاي متغيري را در مسير هيدروليکي سيستم کنترلي ايجاد مي کنند که در نتيجه تاثير اين فشارها برروي شيرهاي هيدروليکي در سر راه و نهايتاً برروي بستهاي قفل کننده و کلاچهاي چند صفحه اي و تغيير وضعيت هر يک از آنها، مي تواند دنده خودرو عوض شود.
در شکل 2-16 شماي کلي از اين سيستم کنترل را بهمراه اجزاي عمل کننده آن مشاهده مي کنيد.
شکل2-16 اجزاي سيستم کنترل در ارتباط با يکديگر و نحوه عمل عملگرها
بست قفل کننده (band brake)
بست قفل کننده در واقع کفشک ترمزي است که دور يک کاسه کلاچ فلزي مي پيچد. بست قفل کنده با ماده اي از جنس لنت ترمز پوشانيده مي شود. وقتي اين بست روي کاسه کلاچ فشرده مي شود، کاسه کلاچ و چرخدنده خورشيدي از چرخش باز مي ايستند و ثابت مي شوند. يک سر بست قفل کننده به پوسته جعبه دنده متصل است و سر ديگر آن با يک پمپ در ارتباط است. (شکل2-17) پمپ وسيله اي در سيستم هيدروليک است که فشار هيدروليکي را به حرکت مکانيکي تبديل مي کند. وقتي فشار هيدروليکي سيال تحت فشار به پشت پيستون پمپ هدايت مي شود، پيستون به حرکت در مي آيد. پيستون بر نيروي فنر پمپ غلبه کرده و به ضامن بست، فشار وارد مي آورد. در نتيجه بست قفل کننده به کار مي افتد. جهت آزاد کردن بست نيز فشار روغن از پشت پيستون برداشته مي شود.
شکل2-17 بست قفل کننده
کلاچ چند صفحه اي (multiple clutch)
اين کلاچ که شامل چند صفحه کلاچ مي باشد در داخل کاسه کلاچ قرار دارد. اين صفحه ها يک در ميان فولادي و اصطکاکي اند. صفحه هاي فولادي لختند اما هر دو طرف صفحه هاي اصطکاکي لنت کوبي شده اند. صفحه هاي فولادي با هزارخاربه کاسه کلاچ متصلند. صفحه هاي لنت کوبي شده با هزارخار به يک توپي در کلاچ متصلند تا مجموعه چرخدنده سياره اي را کنترل کند. (شکل2-18) براي درگير کردن کلاچ، فشار روغن به پشت پيستون کلاچ هدايت مي شود، در نتيجه پيستون به حرکت در مي آيد و صفحه ها را به هم مي فشارد. صفحه ها چرخدنده خورشيدي را به بازو قفل مي کنند. در اين حالت مجموعه چرخدنده سياره اي بصورت واحدي يکپارچه مي چرخد.
شکل2-18 کلاچ چند صفحه اي
گاورنر
گاورنر وسيله اي حساس به سرعت است که فشار هيدروليکي را متناسب با سرعت محور خروجي تغيير مي دهد. فشار گاورنر تعويض دنده را متناسب با سرعت خودرو کنترل مي کند. گاورنر حرکت خود را از محور خروجي جعبه دنده مي گيرد. فشار لوله اصلي توسط پمپ به گاورنر مي رسد. وقتي محور خروجي آهسته مي چرخد، نيروي گريز از مرکز تاثير اندکي بر وزنه هاي گاورنر دارد. در اين حالت گاورنر فشار مختصري را به يکطرف شير راه دهنده وارد مي کند. با افزايش سرعت محور خروجي و خودرو، وزنه ها به طرف خارج متمايل مي شوند. در نتيجه شير گاورنر بيشتر باز شده و فشار گاورنر افزايش مي يابد.
www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com www.ake.blogfa.com