تایر یکی از قسمت های اصلی خودرو است که بر روی رینگ مستقر شده و مجموعه لاستیک را تشکیل می دهد .

به طور کلی یک تایر از 4 قسمت تشکیل شده :

1 : لایه های تایر

2 : آج های تایر

3 : تیوب

5 : والو  ( محلی که باد وارد تایر می شود )

تایر ها جز وزن فنر بنده نشده خودرو هستند و عملا نیروی عمودی وارد شده از سمت بالا رو تحمل می کنند ، پس باید داری ویژگی های خاصی نیز باشند که به آنها اشاره خواهد شد ، یک تایر مناسب باید بتواند بار زیاد – لغزندگی جاده – سرعت زیاد را به خوبی تحمل کرده و از مسیر منحرف نشود .

بدنه متشکل از لایه‌هایی از رشته‌های مقاوم و مستحکم است که مجموعا قابلیت تحمل فشار داخلی تایر و همچنین جذب نیروهای وارده از سطح جاده را داراست. معمولا در خودروهای سواری جنس این لایه از الیاف پلی‌استر است و در خودروهای سنگین از فولاد استفاده می‌شود. زاویه نصب این لایه‌ها نسبت به محیط تایر در نوع رادیال بین 88 تا 90 درجه و در نوع بایاس پلای 30 تا 40 درجه است. استحکام یک تایر معمولی با تعداد لایه‌های بدنه توصیف می‌شود.

لایه گذاری در تایرها :

زاویه دو لایه قرینه یکدیگر است .

نحوه ساخت تایر

تایرها از روی هم گذاری لایه های لاستیک ایجاد می شوند ، این لایه ها در دمای زیاد تحت اثر پرس های سنگین قرار می گیرند و با لایه های فلزی نیز مقاوم سازی می شوند .

لایه گذاری های مختلفی در تایرها انجام می شود که رایج ترین آنها زاویه دار متقاطع و رادیال است .

زاویه دار متقاطع : این لاستیک ها دارای کیفیت مطلوبی هستند و به علت قیمت ارزان تر نسبت به رادیال کاربرد بیشتری دارند

رادیال : یک لاستیک با لایه گذاری کاملا افقی ، خنک در سرعت های زیاد ، میل به غلتش خوب و استحکام بسیار زیاد ( در خودرو های دارای بار زیاد به علت نرمش زیاد استفاده نمی شود )

در شکل زیر حلقه سیمی ( Body Plies )

آج لاستیک ( Tread )

دیواره جانبی لاستیک ( SideWall ) که در لاستیک رادیال بسیاز ضعیف است

و سایز لایه ها دیده می شود :

مشخصات عمومی لاستیک از جمله :

قطر رینگ – نوع لاستیک – پهنا – ارتفاع – نوع کاربرد ( سواری و سنگین ) - کشور سازنده

- حداکثر فشار قابل تحمل و …… نمایش داده شده است .

آج تارها

آج قسمت خارجی تایر است که مستقیما با سطح زمین در ارتباط است ، اهمیت آجها در جاده های شهری و اتوبان ها کمتر معلوم می شود و این یکی از همان دلایلی است که افراد نا آگاه فقط به زیبایی آح ها اهمیت می دهند . طرح‌های مختلف آج برای تخلیه بهتر آب از زیر تایر و افزایش قابلیت تایر در برخورد با شرایط گوناگون سطح جاده ساخته می‌شود. می‌توان به طرح‌های رگه‌ای (Rib) ، عرضی (Lug) ، ترکیبی از عرضی و رگه‌ای (Rib & Lug) و بلوکی (Block) اشاره کرد که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند.

ولی نقش این بازیگران در جاده های شنی – برفی – مرطوب و کم اصطکاک به خوبی آشکار می شود ، انتخاب لاستیک با آج مناسب در شرایط سخت رانندگی فرمان پذیری خودرو را افزایش می دهد .

انتخاب آجها با شکل مناسب از پرشدن لاستیک از گل و برف در جاده های  نا مطلوب نیز جلو گیری می کند .

عمق آج در تایر نو 5/9 میلی متر است و تا عمق 2 میلی متر قابل قبول است .

 خوردگی قسمت میانی آج ها به علت پرباد بود لاستیک

آج های قدرتمند در لاستیک تراکتور برای پخش کردن گل ولای به اطراف

بدين ترتيب موتور مجهز به توربوشارژر قدرت بيشتري نسبت به موتور معمولي توليد مي‌کند. توربوشارژر به سادگي مي‌تواند نسبت قدرت به وزن موتور را بهبود ببخشد، يعني با قدرت مساوي، خودروي مجهز به توربو شارژر از موتوري با وزن و حجم کمتر سود مي‌برد، در نتيجه حجم و وزن خودرو نيز کمتر مي‌شود و اين بدان معني است که شتاب خودروي مجهز به توربوشارژر بيشتر است و سريع‌تر به سرعت مناسب دست پيدا مي‌کند.
توربوشارژر قدرت لازم براي فشرده کردن هواي ورودي را از کجا تأمين مي‌کند؟ در نوع ابتدايي توربوشارژر (که سوپر شارژر نام دارد)، قدرت مورد نياز از ميل لنگ گرفته مي‌شد، يعني بخشي از توان توليدي خودرو صرف فشرده سازي هواي ورودي مي شد. ولي در نوع پيشرفته‌تر که همان توربوشارژر است، از فشار گاز خروجي اگزوز استفاده مي‌شود. گازهاي خروجي اگزوز داغ هستند و مي‌توان از انرژي جنبشي، سرعت و فشار آنها براي چرخاندن يک توربين استفاده کرد. اين توربين هم يک پمپ هوا را مي‌گرداند و در نهايت، پمپ، هوا را فشرده کرده به درون سيلندر مي‌فرستد. توربين نصب شده در مسير گازهاي خروجي گاه به سرعت 150 هزار دور در دقيقه مي رسد که بيش از 30 بار سريع‌تر از دور موتور اغلب خودروهاي امروزي است.
دماي اين توربين هم به دليل تماس با گازهاي داغ خروجي بسيار بالاست. اين دو عامل موجب مي‌شوند توربين از فناوري پيشرفته‌اي برخوردار باشد تا بتواند کارآيي و دوام خود را تا مدت ها حفظ کند.
يک نگاه آماري: توربوشارژرهاي رايج مي‌توانند هوا را به فشار 40 تا 55 کيلوپاسکال بيشتر از هواي محيط برسانند. از آنجايي که فشار هواي سطح دريا 100 کيلوپاسکال است، مشخص مي‌شود که توربوشارژر تقريباً 50 درصد هواي بيشتر وارد سيلندر مي‌کند. بنابراين انتظار مي‌رود که قدرت هم تا پنجاه درصد افزايش يابد. ولي به دليل برخي تلفات، اين افزايش قدرت بين 30 تا 40 درصد خواهد بود. يکي از دلايل اين اتلاف به اين موضوع باز مي‌گردد که کار مورد نياز توربوشارژر رايگان نيست. هنگامي که گاز خروجي اگزوز توربين را مي‌چرخاند، بدان معني است که مقاومتي در برابر خروج گازها وجود دارد، پس پيستون بايد فشار بيشتري اعمال کند تا گاز تخليه شود و اين، بخشي از قدرت موتور را مصرف مي‌کند.
يکي ديگر از مزاياي توربوشارژر، قابليت بهبود کارکرد موتور در ارتفاعات است. در ارتفاعات، فشار هوا کمتر است و در نتيجه هواي کمتري در سيلندر وارد مي‌شود. خودروهاي معمولي در چنين ارتفاعاتي با کاهش قدرت مواجه مي‌شوند، ولي خودروهاي مجهز به توربوشارژر عليرغم آنکه با کاهش قدرت مواجه مي‌شوند، ولي مقدار اين کاهش به مراتب کمتر است؛ چرا که کار لازم براي فشرده کردن گاز رقيق کمتر است!
همان طور که اشاره شد، يک توربوشارژر معمولي از يک توربين، يک ميل محور (شافت) و يک کمپرسور تشکيل شده است. مجراي گاز خروجي اگزوز معمولا به گونه اي طراحي مي‌شود که گاز داراي بيشترين سرعت و دماي ممکن باشد. پره‌هاي توربين با طراحي خاص مي‌توانند به گردش 150 هزار دور در دقيقه دست پيدا کنند، ولي انتقال چنين گردشي به کمپرسور کار ساده‌اي نيست. ميل محوري که پروانه توربين را به پره‌هاي کمپرسور متصل مي‌کند، بايد داراي پايداري بسيار بالايي باشد. اغلب ميل محورهاي معمولي در چنين سرعت بالايي منفجر مي‌شوند، زيرا هم دماي ميله بسيار بالا مي‌رود، هم اندکي جابه‌جايي و عدم تعادل در نصب ميل محور کافي است تا در اين سرعت، ميل محور به بيرون پرتاب شود. از اين رو از ياتاقانهاي روغني براي مهار ميل محور در توربوشارژر استفاده مي‌شود. در چنين ياتاقانهايي، لايه نازکي از روغن اطراف ميل محور را مي‌پوشاند و بدين ترتيب، هم ميل محور را خنک مي‌كند و هم اصطکاک‌هاي احتمالي را به حداقل مي‌رساند.
پس از انتقال قدرت به کمپرسور، پره کمپرسور به گردش در مي‌آيد. کمپرسور همانند يک پمپ سانتريفوژ عمل مي‌کند، بدين ترتيب که هوا را از مرکز به گردش در مي‌آورد و در نهايت هواي فشرده شده را از حفره تعبيه شده در محيط خارج به بيرون مي‌دمد.
محدوديت هاي توربوشارژر
الف- فشار: فشار حداکثر درون سيلندر نبايد از يک مقدار مجاز بيشتر شود. هنگامي که مخلوط هوا و سوخت در سيلندر يک خودروي بنزيني متراکم مي شود، دماي آن نيز همراه با فشار افزايش خواهد يافت. فشار بيش از اندازه به ديواره هاي سيلندر، سرسيلندر و حتي پيستون و ميل لنگ موجب کاهش عمر مفيد آنها مي‌شود.
افزايش دما اثري به مراتب بدتر دارد. اگر دما از حد مشخصي بالاتر رود، مخلوط هوا و سوخت مي‌توانند پيش از زدن جرقه دچار احتراق شوند. بدين ترتيب نه تنها چرخه منظم موتور دچار اخلال مي‌شود، بلکه ضربه ناشي از احتراق مي‌تواند آسيب‌هاي جدي به موتور وارد آورد. از اين رو برخي با کاهش دادن نسبت تراکم سيلندر، حداکثر فشار و دما را در محدوده مجاز نگه مي‌دارند. البته برخي ديگر سوختي با اکتان بالاتر را براي موتور پيشنهاد مي‌كنند.
ب- زمان تأخير: يکي از مهم‌ترين مشکلات توربوشارژر اين است که نمي‌توانند افزايش قدرت را به طور ناگهاني اعمال کنند. هنگامي که به پدال گاز فشار مي‌آوريد، حدوداً يک ثانيه طول مي‌کشد تا توربين به سرعت لازم دست پيدا کند و افزايش قدرت اعمال شود. بنابراين افزايش قدرت با کمي تأخير حاصل مي‌شود. يکي از روش‌هاي کاستن اين زمان تأخير، پايين آوردن اينرسي قطعات است که معمولاً از طريق سبک کردن قطعات بدست مي‌آيد؛ بدين ترتيب توربين و پمپ سريع تر شتاب مي‌گيرند و قدرت سريع تر اعمال مي شود.
ج- اندازه توربوشارژر: اندازه توربوشارژر هم مزايا و معايبي به همراه دارد. هر چه توربوشارژر کوچکتر باشد، زمان تأخير کمتري دارد و سريع تر قدرت را اعمال مي‌کند، ولي در سرعت هاي بسيار بالا که بايد حجم زيادي هوا را وارد سيلندر کند، کم توان و گاه خطرناک ظاهر مي‌شود. در مقابل، توربوشارژر بزرگ مي‌تواند به خوبي از عهده پمپ کردن حجم زياد هوا برآيد، ولي زمان تأخير آن بيشتر خواهد بود
خوشبختانه راه‌حل‌هاي جالبي براي مقابله با اين مشکلات پيشنهاد شده است که به برخي از آنها اشاره مي‌کنيم:
- دريچه اگزوز (wastegate)
بسياري از خودروهاي توربوشارژردار از يک يا چند دريچه کمکي در مجراي اگزوز سود مي‌برند که آنها را قادر مي‌سازد از توربوشارژرهاي کوچک استفاده کنند. هنگامي که سرعت خودرو بسيار بالا مي‌رود و بالتبع حجم گاز اگزوز افزايش مي‌يابد، اين خطر وجود دارد که توربين با سرعت بسيار بالاتري بگردد. از اين شرايط اين دريچه‌ها باز شده و بخشي از اگزوز بدون آنکه از توربين عبور کند، از موتور خارج مي‌شود. به اين ترتيب سرعت دوران توربين در سرعت‌هاي بالا هم در حد مجاز باقي مي‌ماند.
- ياتاقانهاي ساچمه‌اي
در اين ياتاقانها، از ساچمه‌هاي بسيار پيشرفته‌اي استفاده شده که از مواد بسيار پيشرفته و با فناوري فرا دقيق ساخته شده‌اند.
اين ياتاقانها موجب مي‌شوند ميل محور با اصطکاک کمتري نسبت به ياتاقانهاي روغني که در اغلب نمونه‌ها استفاده مي‌شود، بگردد؛ ضمن آنکه موجب مي شود از ميل محورهاي کوچکتر و سبکتري هم بتوان استفاده کرد. اين چنين ميل محور سريع‌تر شتاب مي‌گيرد و زمان تأخير کاهش مي‌يابد.
- پره‌هاي سراميکي توربين
سراميک، دسته‌اي از مواد هستند که استحکام خوبي دارند و به مراتب از فلز هم ابعاد خود سبک‌ترند. استفاده از اين پره‌ها به جاي پره‌هاي فلزي دو مزيت دارد، نخست آنکه با سبک‌تر کردن توربين، زمان تأخير را کاهش مي‌دهد و دوم، چون بر همکنش با مواد خورنده درون اگزوز ندارد، شکل خود را براي مدت‌ها حفظ مي‌کند و مانند پره فلزي خورده نمي‌شود.
- خنک کننده داخلي
هنگامي که توربوشارژر هوا را فشرده مي‌کند، خواه نا خواه دماي هوا نيز افزايش مي‌يابد. اين افزايش دما جداي از تأثير مخرب بر حداکثر فشار درون سيلندر، موجب مي‌شود مولکولهاي هوا کمتر از آن مقداري باشند که در طراحي خودرو در نظر گرفته شده است. لذا از يک خنک کننده استفاده مي‌شود تا بدون افت محسوس فشار هوا، دماي آن به مقدار قابل توجهي کاهش يابد. بدين ترتيب مي‌توان با اطمينان خاطر و بدون نگران بودن از پيش شعله، فشار مخلوط هوا و سوخت را به حداکثر رساند.
سوپر شارژر
سوپر شارژرها كمپرسورهايي هستند كه توان مورد نياز خود را براي فشردن هوا از موتور مي‌گيرند . و توربو شارژر ها، همان سوپر شارژر هايي هستند كه نيروي محركه خود را از دودهاي خروجي از اگزوز مي‌گيرند .
سه نوع سوپر شارژر وجود دارد :
• نوع دمنده اي
• نوع گريز از مركز
• نوع مارپيچي
كه همگي آنها قدرت رانشي خود را بطريقي از ميل لنگ موتور مي‌گيرند بطوريكه سرعت بالاتر موتور ، باعث سريع‌تر چرخيدن آنها مي‌شود .
دو نوع اول با سرعتي معادل 15000 دور در دقيقه و نوع سوم يا گريز از مركز با سرعتي معادل 40000 دور در دقيقه مي‌چرخد .
مقايسه توربو شارژر و سوپر شارژر
زمان در سرويس قرار گرفتن : سوپرشارژرها بلافاصله بعد از روشن نمودن و چرخش موتور، در سرويس قرار مي‌گيرند و هواي فشرده را در اختيار موتور قرار مي‌دهند هر چند اين ميزان تقويت اوليه براي موتور، خيلي اندك است ولي بتدريج با دور گرفتن موتور افزايش مي‌يابد و حاصل آن افزايش آرام و يكنواخت توان موتور است .
اما در مقابل توربو شارژر ها نقطه ضعفي دارند كه آن را تاخير در واكنش نشان دادن مي‌نامند. چون لختي كه توربو شارژرها در آغاز كار دارند و بايد ابتدا دودهاي خروجي داغ توليد شوند تا دور بگيرند (spool up) باعث مي‌شود كه مدتي طول بكشد تا هوا را براي فرستادن به موتور فشرده كنند و بنابراين تا دور موتور بالا نرفته است نمي‌توانند هوا را به شكل دلخواه فشرده كنند.
در حالتي كه دريچه هواي ورودي آنها باز باشد (wide open throttle =wot) معمولا يك افزايش ناگهاني در قدرت توربو شارژر پديد مي‌آيد. اين موضوع در دورهاي حدود rpm 3000 صورت مي‌گيرد و در اين حالت اگر شما خودرويي را كه توربو شارژر دارد رانده باشيد، ضربه‌هايي را كه وارد مي‌شود حس خواهيد كرد.
البته اين امكان وجود دارد كه توربو شارژرها را در اندازه‌اي ساخت كه واكنش اوليه آنها سريع‌تر باشد . مثلاً موتور هاي ديزلي وجود دارد كه توربو شارژرهاي آنان به اندازه‌اي كوچك است كه دور آن به 2000-1700 دور در دقيقه مي‌رسد. عيب عمده‌اي كه اين نوع توربوشارژرها دارند اين است كه توانهاي بالايي را نمي‌توان از آنها گرفت.
افت توان غير قابل اجتناب
سوپرشارژرها بعلت اينكه نيروي خود را از موتور مي‌گيرند باعث مي‌شوند كه بخشي از توان توليد شده توسط موتور را مصرف كنند اين افت توان غير قابل اجتناب مي‌تواند حتي از 50 اسب بخار هم تجاوز كند البته اين سوپر شارژرها بيش از آنچه انرژي مصرف مي‌كنند به توان موتور اضافه مي‌كنند . ولي توربو شارژرها بعلت اينكه هيچگونه انرژي را از موتور مصرف نمي‌كنند ولي با ايجاد مانع در جريان دودهاي خروجي از موتور و افزايش فشار پس زدن سبب مي‌شوند بخشي از توان موتور بطور غير مستقيم كاسته شود . چون در اين حالت پيستون بايد انرژي بيشتري را براي بيرون راندن دودهاي خروجي از سيلندر صرف كند ولي از طرف ديگر استفاده از توربو شارژر باعث مي‌شود كه هواي فشرده با فشار وارد سيلندر شود و همين موضوع باعث محكم به پائين رفتن پيستون و دادن انرژي به آن مي شود كه با انرژي كه قبلاً گفته شد خنثي مي‌شود. بهر حال استفاده از توربو شارژر بعلت اينكه تواني براي كار كردن از موتور نمي‌گيرد و باعث بالا رفتن توان موتور مي‌شود معمول تر از سوپر شارژر است.
توليد حرارت
هنگاميكه هواي ورودي خنك‌تر باشد متراكم‌تر و چگال‌تر است كه بدين مفهوم است كه اكسيژن بيشتري در واحد حجم به موتور مي‌رسد . اكسيژن بيشتر به مفهوم توان بيشتر است سوپر شارژرهاي دمنده‌اي از اين جهت كه توليد گرما مي‌كنند مطلوب نيستند اين گرماي توليد شده حاصل ناكافي بودن تراكم هواي ورودي است و از اين روي توربوشارژرها كارآيي بيشتري نسبت به سوپر شارژرها دارند .
سوپر شارژرهاي گريز از مركز مي‌توانند از اين جهت بهتر از توربو شارژرها باشند و قابليت انعطاف بيشتري را از خود بروز دهند. با قرار دادن لوله هواي ورودي به موتور در نزديكي دودهاي خروجي مي‌توان هواي ورودي به موتور را گرمتر كرد . سوپر شارژرهاي گريز از مركزي كه خوب طراحي شده باشند مي‌توانند اين گرما را از طريق نصب خنك كننده كاهش دهند .
قابليت اطمينان
مردم اغلب مي‌گويند كه سوپر شارژرها نسبت به توربو شارژرها قابليت اطمينان بيشتري دارند و اين بدان علت است كه توربو شارژرها در حرارت بالا كار مي‌كنند و توسط روغن روانكاري مي‌شوند و هر گاه قبل از خنك شدن آنها موتور خودرو را خاموش كنند اين روغن در معرض حرارت قرار مي‌گيرد و باعث كوتاه شدن عمر كاري توربو شارژر مي‌شود. اما با تعمير و نگهداري و مراقبت‌هاي لازم از توربو شارژر مي توان بر اين مشكل هم فائق آمد.
ميزان تقويت
از نظر حداكثر توان مطلق توليدي استفاده از توربو شارژر امكان بالاتري براي تقويت قدرت موتور ارائه مي‌دهد تا استفاده از سوپر شارژر . مثلاً در تراكتورهايي كه جهت كشش مورد استفاده قرار مي‌گيرند، استفاده از سه توربو شارژر بصورت سري باعث مي‌شود كه سطح تقويت هواي ورودي فشاري معادل psi 200 توليد كند !
نتيجه گيري : توربو شارژر يا سوپر شارژر ؟
اظهار نظر در مورد اينكه استفاده از كداميك (توربو شارژر يا سوپر شارژر) بهتر است كاري مشكل است .
مهم‌ترين مزيت سوپر شارژر اين است كه زمان واكنش نشان دادن آن كم است و به سرعت در سرويس قرار مي‌گيرد (البته غير از نوع گريز از مركز آن ) و استفاده از آن هم ساده است.
از آن طرف عمده‌ترين مزيت توربو شارژر ، كارايي بالاي آن و توليد حداكثر توان است .
اين ديگر بستگي به نظر خريداران خودرو دارد كه تصميم بگيرند كدام نوع را براي وسيله خود انتخاب كنند .

The bearing makes many of the machines we use every day possible. Without bearings, we would be constantly replacing parts that wore out from friction. In this article, we’ll learn how bearings work, look at some different kinds of bearings and explain their common uses, and explore some other interesting uses of bearings

The Basics

The concept behind a bearing is very simple: Things roll better than they slide. The wheels on your car are like big bearings. If you had something like skis instead of wheels, your car would be a lot more difficult to push down the roadThat is because when things slide, the friction between them causes a force that tends to slow them down. But if the two surfaces can roll over each other, the friction is greatly reduced.

 

A simple bearing, like the kind found in a skate wheel
Bearings reduce friction by providing smooth metal balls or rollers, and a smooth inner and outer metal surface for the balls to roll against. These balls or rollers “bear” the load, allowing the device to spin smoothly.

 

Bearing Loads

Bearings typically have to deal with two kinds of loading, radial and thrust. Depending on where the bearing is being used, it may see all radial loading, all thrust loading or a combination of both.

The bearings that support the shafts of motors and pulleys are subject to a radial load.

The bearings in the electric motor and the pulley pictured above face only a radial load. In this case, most of the load comes from the tension in the belt connecting the two pulleys.

The bearings in this stool are subject to a thrust load.

The bearing above is like the one in a barstool. It is loaded purely in thrust, and the entire load comes from the weight of the person sitting on the stool.

The bearings in a car wheel are subject to both thrust and radial loads.

The bearing above is like the one in the hub of your car wheel. This bearing has to support both a radial load and a thrust load. The radial load comes from the weight of the car, the thrust load comes from the cornering forces when you go around a turn.

Types of Bearings

There are many types of bearings, each used for different purposes. These include ball bearings, roller bearings, ball thrust bearings, roller thrust bearings and tapered roller thrust bearings.
Ball Bearings
Ball bearings, as shown below, are probably the most common type of bearing. They are found in everything from inline skates to hard drives. These bearings can handle both radial and thrust loads, and are usually found in applications where the load is relatively small.

Photo courtesy The Timken Company Cutaway view of a ball bearing

In a ball bearing, the load is transmitted from the outer race to the ball, and from the ball to the inner race. Since the ball is a sphere, it only contacts the inner and outer race at a very small point, which helps it spin very smoothly. But it also means that there is not very much contact area holding that load, so if the bearing is overloaded, the balls can deform or squish, ruining the bearing.

Roller Bearings
Roller bearings like the one illustrated below are used in applications like conveyer belt rollers, where they must hold heavy radial loads. In these bearings, the roller is a cylinder, so the contact between the inner and outer race is not a point but a line. This spreads the load out over a larger area, allowing the bearing to handle much greater loads than a ball bearing. However, this type of bearing is not designed to handle much thrust loading.

A variation of this type of bearing, called a needle bearing, uses cylinders with a very small diameter. This allows the bearing to fit into tight places.

Photo courtesy The Timken Company Cutaway view of a roller bearing

Ball Thrust Bearing
Ball thrust bearings like the one shown below are mostly used for low-speed applications and cannot handle much radial load. Barstools and Lazy Susan turntables use this type of bearing.

Photo courtesy The Timken Company Ball thrust bearing

Roller Thrust Bearing
Roller thrust bearings like the one illustrated below can support large thrust loads. They are often found in gearsets like car transmissions between gears, and between the housing and the rotating shafts. The helical gears used in most transmissions have angled teeth — this causes a thrust load that must be supported by a bearing.

Photo courtesy The Timken Company Roller thrust bearing

Tapered Roller Bearings
Tapered roller bearings can support large radial and large thrust loads.

Photo courtesy The Timken Company Cutaway view of (left) a spherical roller thrust bearing and (right) a radial tapered roller bearing

Tapered roller bearings are used in car hubs, where they are usually mounted in pairs facing opposite directions so that they can handle thrust in both directions.

 

Some Interesting Uses

There are several types of bearings, and each has its own interesting uses, including magnetic bearings and giant roller bearings.
Magnetic Bearings
Some very high-speed devices, like advanced flywheel energy storage systems, use magnet bearings. These bearings allow the flywheel to float on a magnetic field created by the bearing.

Some of the flywheels run at speeds in excess of 50,000 revolutions per minute (rpm). Normal bearings with rollers or balls would melt down or explode at these speeds. The magnetic bearing has no moving parts, so it can handle these incredible speeds.

Giant Roller Bearings
Probably the first use of a bearing was back when the Egyptians were building the pyramids. They put round logs under the heavy stones so that they could roll them to the building site.

This method is still used today when large, very heavy objects like the Cape Hatteras lighthouse need to be moved.

Earthquake-Proof Buildings
The new San Francisco International Airport uses many advanced building technologies to help it withstand earthquakes. One of these technologies involves giant ball bearings.

 

Click on “Earthquake!”
to see the earthquake bearing support system at work.The 267 columns that support the weight of the airport each ride on a 5-foot-diameter (1.5-meter) steel ball bearing. The ball rests in a concave base that is connected to the ground. In the event of an earthquake, the ground can move 20 inches (51 cm) in any direction. The columns that rest on the balls move somewhat less than this as they roll around in their bases, which helps isolate the building from the motion of the ground. When the earthquake is over, gravity pulls the columns back to the center of their bases.

For more information on bearings and related topics, check out the links on the next page

دراین مقاله می آموزیم که یاتاقان ها چگونه کار می کنند و به برخی از انواع یاتاقان ها گذری اجمالی خواهیم داشت

مفاهیم مربوط به یاتاقانها ساده می باشند چرخهای ماشین شما مانند یک یاتاقا ن بزرگ عمل می کنند. اگر شما چیزی مانند اسکیت را بجای چرخهای اتومبیل تان مورد استفاده قرار دهید، اتومبیل تان به سختی خوا هد توانست از یک سرازیری به پایین جاده حرکت کند. زیرا وقتی که اشیاء می لغزند اصطکاک بین آنهاباعث ایجاد نیرویی می شود که تمایل به کاهش سرعت آن شئ دارد، اما اگر دو سطح بتوانند نسبت به هم بغلتند اصطکاک به مقدار چشم گیری کاهش می یابد.

یک یاتاقان ساده شبیه چیزی است که در چرخ اسکیت یافت می شود .

یاتاقانها بوسیله ی لایه های فلزی داخلی وخارجی ونیز غلتک یا ساچمه ها ی فلزی صیقلی که نسبت به هم می غلتند ،اصطکاک را کاهش می دهند. این غلتک ها یا ساچمه ها با تحمل بار وارده اجازه می دهند که وسیله بطور یکنواخت وبه نرمی بچرخد .

یاتاقانها عموما به دو شکل بارگذاری می شوند، شعاعی (radial force) و محوری (force trust ) با توجه به جایی که یاتاقان در آنجا بکار می رود ممکن است تمام بار شعاعی یا محوری یا ترکیبی از هر دو باشد.

یاتاقان ها یی که متصل به شفت موتور و قرقره می باشند و تحت تاثیر بارهای شعاعی قرار دارند .

یاتاقانهای بکار رفته در موتور الکتریکی وقرقره در تصویر فوق تنها تحت تاثیربارهای شعاعی قرار دارند. بیشترین بارها از نیروی کشش تسمه مرتبط کننده ی در قرقره بوجود می آید.

یاتاقان بکاررفته در این صندلی تحت تاثیربار محوری می با شد.

یاتاقان نشان داده شده در شکل فوق ، مانند یاتاقانها ی بکار رفته در تکیه گا هها عمل می کند . این یاتاقان تحت تاثیر نیروهای محوری خا لص می باشد .وتمام بار ناشی از نیروی وزن شخصی می باشد که به روی صندلی نشسته است .

یاتاقانها ی بکار رفته در چرخ یک ماشین که تحت تاثیربارهای محوری وشعاعی می باشند .

یاتاقان فوق مانند یاتاقانی که در رینگ (توپی) چرخ ماشین شما قرار دارد، عمل می کند . این یاتاقانها هم متحمل بار محوری می شوند و هم متحمل بار شعاعی. بار شعاعی ناشی از وزن ماشین می باشد وبار محوری ناشی از نیروهای جانبی است که وقتی شما در پیچ جاده دور می زنید به آن اعمال می شود.

گونه های بسیار زیاد ی از یاتاقانها وجود دارد که هریک برای هدفی خاص بکار می روند . برخی از آنها عبارتنداز: یاتاقان ساچمه ای (بلبرینگ) ، یاتاقان غلتکی(رولر برنیگ )، یاتاقان طولی- سا چمه ای ، یاتاقان محوری – ساچمه ای ، یاتاقان غلتکی محوری ویاتاقان غلتکی- مخروطی

یاتاقان های ساچمه ای :

یاتاقانهای ساچمه ای (آنچه در شکل نشان داده شده است)احتمالا رایج ترین نوع یاتاقان می باشند .آنها در هر چیز از اسکیت گرفته تا وسایل سنگین بکاررفته اند .این یاتاقانها هم بارهای محوری وهم بارهای شعاعی را تحمل می کنند .واغلب در جاهایی بکار می روند که بار نسپتا کو چک است .

نیم برشی از یاتاقان ساچمه ای

دریک یاتاقان ساچمه ای بار از جداره بیرونی به ساچمه ها منتقل می شود واز آنجا نیز یه جداره ی درونی انتقال می یابد. این ساچمه ها به علت کروی بودن در نقاط کوچکی با دیواره ها ی درونی وبیرونی تماس دارند که باعث می شوند به نرمی بچرخند .اما این موضوع سبب می شود که سطح کوچکی بار را تحمل کند، بنابر این اگر باراضافه بر یاتاقان وارد شود ساچمه ها دچار تغییر شکل یا لهشدگی می شوند که آنهم باعث خرابی یاتاقان خواهد شد.

یاتاقانهای غلتکی :

یاتاقانهای غلتکی – آنچه که در شکل زیر نشان داده شده است – در جاها یی مانند غلتک تسمه ی نقاله که باید بارها ی سنگین شعاعی را تحمل کنند به کار می روند.دراین یاتاقانها ، غلتک ها استوانه ای هستند بنابراین سطح تماس جداره ی داخلی

وخارجی باغلتک ها یک نقطه نیست، بلکه یک خط است . این توزیع باربر یک سطح گسترده تر به یاتاقانهای اجازه می دهد که بار بیشتری را نسبت به یاتاقانهای ساچمه ای تحمل کنند درحالیکه این نوع از یاتاقانها بارهای محوری را تحمل نمی کنند.

با اندکی تغییر، در این یاتاقانها واستفاده از غلتک های با شعاع بسیار کوچک یاتاقان سوزنی حاصل می شود . در این حالت یاتاقان در محلهایی کیپ قرار می گیرد (م : برای جلوگیر ی از نفوذ مایعات و…)

نیم برشی از یک یاتاقان غلتکی

یاتاقانهای محوری -ساچمه ای

یاتاقانهای محوری – ساچمه ای:آنچه که در زیر نشان داده شده است – عموما برای کارهای با سرعت پایین مورد استفاده قرار می گیرند و نمی توانند بارهای شعاعی زیادی تحمل کنند . در صندلی های چرخان ومیزهای دایره ای شکل (با پایه وسط )از این یاتاقانها استفاده می شود

یاتاقان محوری – ساچمه ای

یاتاقانهای محوری – غلتکی

یاتاقانهای محوری – غلتکی ( شبیه آنچه در زیر نشان داده شده است ) می توانند بارهای محوری زیادی را تحمل کنند.

آنها اغلب در جعبه دنده ها ، مانند سیستم انتقال قدرت اتومبیل ودر بین چرخ دنده ها ونیز بین محفظه شفت های دوار بکار می روند . چرخ دنده های حلزونی که در اغلب سیستم های انتقال قدرت بکار می روند دارای دندانه های زاویه دار می باشند که باعث ایجاد بارهای محوری می شود واین بارها را یاتاقانها تحمل می کنند .

یاتاقان محوری -غلتکی

یاتاقانهای غلتکی -مخروطی

یاتاقانهای غلتکی مخروطی می توانند بارهای بزرگ شعاعی ومحوری را تحمل نمایند .

نیم برش (شکل چپ)یک یاتاقان غلتکی با غلتکهای کره ای و (شکل سمت راست)یک یاتاقان مخروطی – غلتکی

یاتاقانهای غلتکی – مخروطی در رینگ (توپی)چرخ بکار می رود. در این حالت آنها همیشه بصورت دوتا دوتا ودر سوی مخالف هم نصب می شوند. تا بتوانند بارهای محوری را در هردو جهت تحمل کنند .

دراین قسمت برخی از یاتاقانها با استفاده های جالب توجه معرفی می شوند مانند یاتاقانهای مغناطیسی ویاتاقانهای غلتکی عظیم .

یاتاقانهای مغناطیسی:

در برخی از وسایل با سرعت بالا مانند سیستم های ذخیره انرژی چرخ لنگر پیشرفته از یاتاقانهای مغناطیسی استفاده می شود این یاتاقانها به چرخ لنگر اجازه می دهند تا در یک میدان مغناطیسی که بوسیله یاتاقان ایجاد می شود شناور بماند . برخی از این چرخ لنگرها با سرعتی بیش از 50000 دور بر دقیقه می چرخد . یاتاقانهای معمولی با غلتک یا ساچمه ممکن است در این سرعت ذوب یا منفجر شوند . یاتاقانهای مغناطیسی هیچ حرکت اجزائی ندارند وبه این علت می توانند این سرعت باور نکردنی را تحمل کنند .

یاتاقانهای غلتکی عظیم :

احتمالا اولین استفاده از یاتاقانها در گذشته به هنگام ساختن اهرام ثلاثه مصر باشد . آنهابه منظور غلتاندن سنگ های عظیم به محل ساختمان ها، کنده های گردی را در زیر این سنگ ها قرار می دادند. این روش ممکن است امروزه نیز به منظور جابه جایی اشیاء سنگین بکار گرفته شود .

ساختمانهای ضد زلزله :

فرودگاه جدید سا نفرانسیسکو از بسیاری از تکنولوژیهای پیشرفته ساختمان سازی به منظور مقاومت ساختمانهایش در برابر زلزله استفاده کرده است . یکی از این تکنولوژی ها، استفاده از یاتاقانهای غلتکی عظیم می باشد .

  267ستون هر کدام سوار بر بلبرینگ های ساچمه ای با قطر5 فوت ( 1.5 متر) که وزن ساختما نهای فرودگاه را تحمل می کنند . ساچمه ها در مکانهای مقعری که به زمین متصل است ساکن می باشند . در یک زمین لرزه، زمین می تواند 20 اینج (51 سانتیمتر )در تمام جهات حرکت داشته باشد . ستون هایی که بر روی این ساچمه ها قراردارند کمتر از این مقدار حرکت می کنند واین باعث می شود ساختمان از حرکت زمین در امان بماند . وقتی زمین لرزه شدید باشد جاذبه ستون ها را به مکان خود باز می گرداند.

یک انژکتور الکترونیکی معمولی

 در این مقاله یاد می گیریم سوخت چگونه وارد سیلندر می شود و معنی اصطلاحات “تزریق سوخت چند راهه”  و “تزریق سوخت از ساسات”را می فهمیم.همچنین درک می کنیم که چطور “تراشه های عملکرد” قدرت موتور را بیشتر می کنند

از ابتدای پیدایش موتور های احتراق داخلی ،کاربراتور وسیله ای بوده که سوخت را به موتور می رسانده است.در بسیاری از ماشین های دیگر مثل چمن زن ها و اره موتوری ها هنوز کاربراتور وجود دارد اما با پیشرفت خودرو ها کاربراتور ها بیشتر وبیشتر پیچیده شدند تا تمام نیازهای موتور هنگام کار کردن را برآورده کنند مثلا برای انجام بعضی از این وظایف کاربراتور پنج حالت دارد:

●حالت اصلی:مقداری سوخت به موتور می رساند که جریان موثری از سوخت به موتور وارد شود

●حالت سکون:فقط به اندازه ای سوخت به موتور می رساند که موتور روشن بماند

●پمپ شتاب دهنده:وقتی ناگهان پدال گاز فشار داده می شود مقدار بیشتری سوخت می رساند تا قبل از افزایش دور موتور افت قدرت نداشته باشیم

●حالت افزایش قدرت:وقتی خودرو از تپه ای بالا می رود ویا چیزی را یدک می کشد سوخت بیشتری تامین می کند

●حالت کشیدن ساسات:وقتی موتور سرد است مقدار بیشتری سوخت وارد موتور می کند تا موتور روشن شود

برای بدست آوردن استانداردهای دقیق زیست محیطی مبدل های کاتالیزوری معرفی شدند،برای موثر بودن این مبدل ها،کنترل بسیار دقیق نسبت سوخت و هوا لازم است.حسگرهای اکسیژن مفدار اکسیژن در اگزوز را نشان می دهند و واحد کنترل موتور(ECU) هر لحظه این اطلاعات را برای تنظیم نسبت سوخت و هوا به کار می برد.به این یک حلقه ی کنترل بسته می گویند و رسیدن به این کنترل دقیق با کاربراتورممکن نیست پیش از استفاده از سیستم تزریق سوخت،مدت کوتاهی از کاربراتورهای الکتریکی استفاده شد اما این کاربراتورها حتی از انواع مکانیکی نیز پیچیده تر بودند

در ابتدا کاربراتورها با سیستم تزریق سوخت از ساسات(که سیستم تزریق سوخت تک نقطه ای یا مرکزی نیز نامیده می شود)جایگزین شدند که در آن سوپاپ تزریق سوخت در ساسات قرار داشت،این نوع انژکتور تقریبا یک جایگزین برای کاربراتور بود بنابراین خودروسازها تغییر جدی در طراحی موتور ندادند

به تدریج موتورهای جدیدی طراحی شدند و سیستم تزریق سوخت از ساسات با تزریق سوخت چند راهه(که تزریق سوخت متوالی نیز نامیده می شود)جایگزین شدواین سیستم برای هر سیلندر یک انژکتور دارد که معمولا طوری قرار گرفته اند که سوخت را مستقیما به سوپاپ ورودی می پاشند.این سیستم کنترل دقیق تر و پاسخ دهی سریع تری به تغییرات پدال گاز دارد

در این مقاله ما می آموزیم که چرا خودروهای دنده اتوماتیک به یک مبدل گشتاور نیاز دارند ، مبدل گشتاور چطور  کار می کند و چه چیزها از معایب و مزایای آن هستند.

درست مانند خودروهای دنده دستی ، خودروهای دنده اتوماتیک هنگامی که چرخها و چرخ دنده ها در گیربکس توقف می کنند، به راهی برای اجازه دادن به چرخش موتور احتیاج دارند. خودروهای دنده دستی از یک کلاچ استفاده می کنند که موتور را به طور کامل از جعبه دنده جدا می کند. خودروهای دنده اتوماتیک از یک مبدل گشتاور استفاده می کنند.

   مبدل گشتاور یک نوع کوپلینگ هیدرولیکی است ، که اجازه می دهد موتور به مقدار کمی ازادانه و جداگانه از جعبه دنده بچرخد.اگر موتور به طور اهسته در حال گردش است ، همچون زمانی که خودرو درپشت چراغ قرمز توقف کرده، مقدار گشتاور رد شده داخل مبدل گشتاور خیلی کم است ، بنابراین برای نگه داشتن  خودرو  فقط یک فشار کم روی پدال ترمز لازم دارد.

اگر شما زمانی که خودرو ایستاده بود پدال گاز را فشار می دادید ،  مجبور بودید برای نگه داشتن خودرو از حرکت، فشار بیشتری روی پدال ترمز وارد کنید. این به خاطر این است که هنگامی که شما پا روی پدال گاز می گذارید ، سرعت خودرو بالا می رود و درون مبدل گشتاور سیال بیشتری ارسال می شود که سبب بیشتر شدن گشتاور انتقال داده شده به چرخ ها می شود.

در شکل نشان داده شده زیر ، چهار قطعه درون بدنه خیلی محکم مبدل گشتاور وجود دارد.

●پمپ

●توربین

●استاتور

●سیال جعبه دنده

بدنه مبدل گشتاور به فلایویل موتور پیچ شده است، بنابراین مبدل با هر سرعتی که موتور می گردد، گردش می کند.پره هایی که پمپ کردن مبدل گشتاور را ایجاد می کنند به بدنه وصل شده اند ، بنابراین سرعت انها هم با سرعت موتور یکی است.                     

شکل برش خورده ی زیر نشان می دهد هر قطعه ای به چه صورت درون مبدل گشتاور بسته شده است.

 اجزا مبدل چگونه به گیربکس و موتور متصل شده اند

پمپ درون یک مبدل گشتاور یک نوع پمپ گریز از مرکز (پمپ سانتریفیوژ) است. همچنانکه مبدل می چرخد، سیال به بیرون پرت می شود ، تقریبا مانند چرخش دورانی یک ماشین لباس شویی ،که آب و لباس ها را به طرف بیرون جداره ی ماشین لباس شویی پرتاب می کند. در صورتی که سیال به بیرون پرتاب شود ، یک خلا ایجاد می شود که سیال بیشتری را به مرکز می کشد. 

مقطع پمپ  که به بدنه ی مبدل گشتاور متصل است.

 سپس سیال وارد تیغه های توربین، که به گیربکس متصل است، می شود. توربین باعث چرخش گیربکس می شود که بطور اساسی خودروی شما را حرکت می دهد.

شما در شکل زیر می توانید ببینید که تیغه های توربین کج شده هستند. این به این معنا است که سیالی که از بیرون توربین( پمپ)  به آن وارد می شود، قبل از خارج شدن ان از مرکز توربین،یک تغییر مسیر دارد. این تغییر مسیر است که باعث چرخش توربین می شود.

 توربین مبدل گشتاور : هزار خار وسط را به خاطر بسپارید.این  جایی است که به آن گیربکس متصل می شود.

برای تغییر مسیر صحیح یک شئ متحرک، شما باید نیرویی به ان اعمال کنید. مهم نیست که شئ یک خودرو است و یا یک قطره سیال. و هر نیرویی که باعث تغییر مسیر شئ شود،عکس العملی دارد که باعث تغییر مسیر منشا نیرو می شود. بنابراین توربین باعث تغییر مسیر سیال می شود، و سیال باعث چرخش توربین می شود.

سیالی که از مرکز توربین خارج می شود، در یک مسیر متفاوت نسبت به زمانی که وارد شده بود، حرکت می کند. اگر  به پیکان های شکل بالا نگاه کنید، می توانید ببینید سیالی که  از توربین متحرک  خارج می شود در خلاف جهتی است که پمپ (و موتور) می چرخد. اگر سیال اجازه داشته باشد به پمپ ضربه بزند، باعث اتلاف نیرو و کند کار کردن موتور می شود. این دلیلی است که مبدل گشتاور یک استاتور دارد.

 استاتور سیال بازگشتی از توربین را به پمپ می فرستد. این راندمان مبدل گشتاور را بهبود می بخشد. توجه کنید که هزار خار استاتور به یک کلاچ یکطرفه متصل است.

 استاتور در مرکز مبدل قرار دارد. وظیفه ی ان هدایت دوباره ی سیال خروجی از توربین است قبل از اینکه به پمپ ضربه بزند. این به طور چشمگیری راندمان مبدل گشتاور را افزایش می دهد.

 استاتور یک تیغه ی طراحی شده خیلی تهاجمی دارد که مسیر سیال را تقریبا به طور کامل وارونه می کند. یک کلاچ یکطرفه (داخل استاتور) استاتور را به یک شافت ثابت در گیربکس ارتباط می دهد( مسیری که کلاچ اجازه دارد گردش کند در شکل بالا ملاحظه می شود). به خاطر این طرح هنگامیکه سیال به پره های استاتور برخورد می کند استاتور نمی تواند با نیروی سیال برای تغییر مسیر ، بچرخد.و می تواند فقط در جهت مخالف بچرخد.

 وقتی خودرو حرکت می کند یک اتفاق کوچک قدری فریبنده رخ می دهد. یک نقطه در نزدیکی سرعت 40 مایل بر ساعت یا 64 کیلومتر بر ساعت که هر دو تای پمپ و توربین تقریبا با سرعت یکسان می چرخند(پمپ همیشه کمی سریع تر گردش می کند). در این نقطه، سیال از توربین برگشته، وارد پمپ متحرک در مسیر یکسان می شود، درنتیجه نیازی به استاتور نیست.

 با وجود اینکه توربین مسیر سیال را تغییر دهد و آن را به پشت پرتاب کند، به دلیل آنکه که توربین در جهتی سریعتر از سیال پمپ شده در جهت دیگر می چرخد، سیال آرام در مسیری که توربین می چرخد خاتمه می یابد. اگر شما در پشت وانت با سرعت 60 مایل بر ساعت می ایستادید، و شما یک توپ را با سرعت 40 مایل بر ساعت به عقب پرتاب کنید، توپ با سرعت 20 مایل بر ساعت به جلو پیشروی می کند. این شبیه چیزی است که در توربین رخ می دهد: سیال در یک مسیر به عقب پرتاپ می شود، اما نه با سرعت عازم شدن آن که در جهت دیگر روانه می شد.

 در این سرعت ها سیال در حقیقت به طرف پشت تیغه ی استاتور ضربه می زند، و باعث آزادگردی آن روی کلاچ یکطرفه اش می شود بنابراین مانع حرکت سیال در آن نمی شود.

مزایا و معایب:  

 درجمع وظیفه ی خیلی مهم مبدل این است که خودرو شما بدون خاموش شدن موتور ایست کامل کند ، در واقع مبدل گشتاور ،گشتاور بیشتری به خودرو شما بواسطه ترمز دهد.مبدل های گشتاور جدید میتوانند گشتاور را از دو به سه برابر افزایش دهند. این نتیجه زمانی اتفاق می افتد که موتور سریعتر از چرخها(سیستم انتقال قدرت) می گردد.

 در سرعت های بالا ، جعبه دنده تقریبا در یک سرعت یکسان با موتور،  حرکت را از موتور می گیرد.به طور مطلوب اگرچه سیستم انتقال قدرت تمایل دارد عینا با  سرعت یکسانی با موتور حرکت کند،ولی به دلیل این اختلاف سرعت قدرت تلف می شود.این قسمتی از این دلیل است که خودروهای اتوماتیک نسبت به خودروهای دنده دستی بدتر گاز می خورد.

برای مقابله کردن با این اثر، بعضی خودروها یک مبدل گشتاور با قفل کلاچ دارند.هنگامی که نیمه های مبدل گشتاور به سرعت بالایی می رسند، این کلاچ انها را به هم وصل می کند،برای رفع کردن لغزش و بهبود بخشیدن راندمان.

• خودرو های دارای گیربکس اتوماتیک پدال کلاچ ندارند .

• خودرو های دارای گیربکس اتوماتیک نیازبه تعویض دنده دستی ندارند . یک بار شما دنده را در حالت drive قرار می دهید ، همه چیز ها دیگر خودکار عمل می کند .

گیربکس اتوماتیک ( بعلاوه مبدل گشتاور ) و گیربکس دستی ( با کلاچ ) دقیقاً مانند هم عمل می کنند ، اما از راه های کاملاً متفاوت. روش گیربکس اتوماتیک برای تعویض دنده کاملاً شگفت انگیز است .

محل قرار گرفتن گیربکس اتوماتیک

 ما در این مقاله طرز کار گیربکس اتوماتیک را خواهیم گفت . ابتدا با اساس کلی سیستم شروع می کنیم : دنده های سیاره ای .

سپس چگونگی درگیر کردن  دنده ها را خواهیم دید ، و چگونگی کنترل کار آنرا خواهیم آموخت و در مورد ریزه کاریهای پیچده مربوط به کنترل گیربکس بحث خواهیم کرد .

درست مثل جعبه دنده های دستی ، کار اصلی گیربکس های اتوماتیک این است که به موتور ( که دارای دامنه محدود سرعت است ) اجازه می دهد که سرعت خروجی با دامنه وسیعی داشته باشند .

 نمونه برش خورده یک گیرکس اتوماتیک (Mercedes-Benz CLK)

خودرو ها بدون گیربکس محدود به یک نسبت انتقال دور می باشند ، این نسبت که قابل انتخاب است و به خودرو اجازه می دهد که با حداکثر سرعت مطلوب طی مسیر کند . اگر حداکثر سرعت 80 مایل می خواهید ، پس باید انتقال دور شما شبیه دنده سه گیربکس های دستی خودرو ها باشد .

شما احتمالاً در حین رانندگی با خودرو های دارای جعبه دنده دستی فقط از دنده سه استفاده نمی کنید و اگر هم این کار را بکنید شتاب مورد نظرتان را در هنگام شروع حرکت نخواهید داشت . و در سرعت های بالا نیز ، موتور زوزه ای شدید خواهد داشت ( اگر عقربه نشان دهنده دور موتور نزدیک خط قرمز شود ) در این حالت موتور خودرو به زودی فرسوده می شود و تقریباً غیر قابل رانندن است.

بنابراین دنده های گیربکس تاثیر بیشتر یر گشتاور موتور دارد و موتور کار خود را با سرعت مناسبی ادامه می دهد .

تفاوت اساسی بین گیربکس های اتوماتیک و دستی این است که گیربکس دستی با درگیر و آزاد کردن مجموعه دنده های مختلف به شفت خروجی نسبت انتقال دور های متفاوتی می دهد. در حالی که در گیربکس اتوماتیک با همان مجموعه از دنده ها همه نسبت انتقال دور های متفاوت را می دهد . مجموعه دنده های سیاره ای وسیله ای است که این کار ها را در گیربکس اتوماتیک مقدور می کند . اکنون چگونگی کار مجموعه دنده های سیاره ای را خواهیم دید .

مجموعه دنده های سیاره ای و نسبت انتقال دور:

مختلف را در فضای نسبتاً کوچکی می بینیم . از جمله چيزهاى ديگرکه شما مىبينيد:

• مجموعه مبتکرانه دنده های سیاره ای
• مجموعه ای از باند ها که اجزای مختلف مجموعه دنده ها را قفل می کند

• مجموعه ای متشکل از سه صفحه کلاچ تر که قسمت های دیگر از مجموعه دند ها را قفل می کند .

• یک سیستم هیدرولیک شگفت انگیز که کلاچ ها و باندها را کنترل می کند
• یک پمپ دنده ای بزرگ که روغن را در اطراف گیربکس به حرکت در می آورد .

مجموعه دنده های سیاره ای قلب گیربکس های اتوماتیک است . که اندازه ی آن به مانند یک طالبی است . این یک قسمت ، همه نسبت های انتقال دور را که در یک گیربکس اتوماتیک قابل تولید است به وجود می آورد . همه قسمت های دیگر که در آنجا هستند به مجموعه دنده های سیاره ای کمک می کنند که این کار ها را انجام بدهد .

 از چپ به راست : دنده رینگی( کرانویل) ، حامل سیار ه ای و دو مجموعه دنده خورشیدی

 هر مجموعه دنده های سیاره ای متشکل از سه قسمت اصلی است :

• دنده خورشیدی
• دنده های سیاره ای و حامل دنده های سیاره ای

• دنده رینگی

هر یک از این سه قسمت می توانند ورودی ، خروجی یا می توانند ثابت نگه داشته شوند . انتخاب هر قطعه نقشی را بازی می کند که نسبت انتقال دور برای مجموعه دنده ها را تعیین می کند . اجازه دهید به یک مجموعه دنده های سیاره ای نگاه کنیم .

یکی از مجموعه دنده های سیاره ای گیربکس ما یک دنده رینگی با 72 دندانه و یک دنده خورشیدی با 30 دندانه دارد . ما می توانیم نسبت های انتقال دور خیلی متفاوتی را از این مجموعه دنده ها داشته باشیم .

هم چنین با قفل شدن دو قسمت از سه قسمت ( دنده خورشیدی ، دنده رینگی و حامل سیاره ای) در یک دیگر ، تمام قسمت ها با کاهش دنده ای 1:1 قفل خواهد شد .

توجه کنید که اولین نسبت انتقال دور که در بالا لیست شده یک نسبت انتقال دور کاهشی است . یعنی سرعت شفت خروجی نسبت به سرعت شفت ورودی آرام تر است . دومی اوردرایو است یعنی سرعت شفت خروجی سریعتر از سرعت شفت ورودی است . آخری هم نسبت انتقال دور کاهشی است اما جهت شفت خروجی معکوس شده است . چندین نسبت دور دیگری نیز می تواند در این مجموعه دنده های سیاره ای تولید شود . نسبت انتقال دور های دیگری نیز وجود دارد که برای گیربکس اتوماتیک ما مناسب است .

انیمیشن نسبت انتقال دورهای متفاوت مربوط به گیربکس اوماتیک

روی دکمه سمت چپ شکل بالا کلیک کنید .

 بنابراین یک مجموعه می تواند همه این نسبت های انتقال دور را تولید کند بدون این که از هر دنده دیگر ، درگیر یا خلاص شود . با دو عدد از این مجموعه دنده ها در یک راستا ،ما می توانیم چهار دنده جلو و یک دنده عقب ( معکوس) از گیربکس مان را داشته باشیم . ما در قسمت بعدی دو مجموعه دنده را باهم درگیر می کنیم .

اجزای مجموعه دنده های سیاره ای:

 این گیربکس اتوماتیک از مجموعه دنده هایی استفاده می کند که ترکیب مجموعه دنده های سیاره ای نامیده می شود، آن شبیه یک مجموعه دنده سیاره ای منفرد است اما مانند دو مجموعه سیاره ای ترکیب شده(متحد) عمل می کند . آن یک دنده رینگی دارد که همیشه خروجی گیربکس است . اما آن دو دنده خورشیدی و دو مجموعه دنده سیاره ای دارد .

اجازه دهید به بعضی قسمت های آن نگاهی داشته باشیم :

 چگونگی قرار گرفتن دنده ها در داخل یک دیگر

از چپ به راست : دنده رینگی ، حامل سیاره ای و دو دنده خورشیدی

 شکل زیر نشان دهنده سیاره ای در حامل سیاره ای است . توجه کنید که سیاره ای سمت راست پایین تر از سیاره ای سمت چپ جای داده شده . سیاره ای سمت راست با دنده رینگی درگیر نیست ، آن با سیاره ای های دیگر درگیر است . تنها سیاره ای سمت چپ با دنده رینگی درگیر است .

 حامل سیاره ای : توجه کنید به دو مجموعه از سیاره ای

 در شکل بعدی شما داخل حامل سیاره ای را می توانید ببینید . دنده های کوچکتر ، تنها با دنده خورشیدی کوچکتر درگیر شده اند . سیاره ای های بزرگتر با دنده خورشیدی بزرگتر و سیاره ای کوچکتر درگیر شده است.

نمای درونی حامل سیاره ای : به دو مجموعه دنده سیاره ای توجه کنید . 

انیمیشن زیر نشان می دهد که چطور همه قسمت ها به هم وصل شده اند .

دسته دنده را حرکت دهید تا نحوه انتقال قدرت در داخل گیربکس ببینید .

دنده های گیربکس اتوماتیک: (ترجمه از شهروز ستاری و احمد همتی)

 دنده یک

در دنده یک ، دنده خورشیدی کوچک در جهت عقربه های ساعت توسط توربین تورک کونورتور چرخانده می شود. حامل سیاره ای سعی می کند در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد ، اما آن توسط کلاچ یک طرفه( که تنها مجاز است در جهت عقربه های ساعت بچرخد ) نگه داشته می شود و دنده رینگی شفت خروجی را می چرخاند . دنده کوچک 30 دندانه دارد و دنده رینگی 72 دندانه دارد، بنابراین نسبت انتقال دو زیر را داریم :

 Ratio = -R/S = – 72/30 = -2.4:1

 بنابراین نسبت انتقال دور 2.4:1 یک انتقال دور منفی است ، یعنی این که جهت خروجی بر خلاف جهت ورودی است . اما در حقیقت جهت خروجی همان جهت ورودی است . مجموعه سیاره ای اول با مجموعه سیاره ای دوم درگیر می شوند و مجموعه دوم دنده رینگی را می چرخاند ؛این ترکیب جهت را عوض ( معکوس ) می کند . شما می توانید ببینید که هم چنین آن موجب چرخش دنده خورشیدی بزرگ می شود ؛ اما موجب آزاد شدن کلاچ می شود ، دنده خورشیدی بزرگ در خلاف جهت توربین آزادانه می چرخد (در خلاف جهت عقربه های ساعت ) .

با حرکت دسته دنده شما می توانید چگونگی انتقال قدرت را در گیربکس مشاهده کنید .

 دنده دو

این گیربکس بعضی قسمت ها را هماهنگ می کند تا این که نسبت مورد نیاز برای دنده دو را بدست بیاورد . آن شبیه دومجموعه دنده سیاره ای اند عمل می کند که با یک حامل سیاره ای مشترک به همدیگر وصل شده اند .

در مرحله اول حامل سیاره ای ، دنده خورشیدی بزرگ را به عنوان دنده رینگی به کار می گیرد . بنابراین مرحله اول شامل خورشیدی ( دنده خورشیدی کوچکتر ) حامل سیاره ای و دنده رینگی ( دنده خورشیدی بزرگتر ).

دنده خورشیدی کوچکتر ورودی ، دنده رینگی( دنده خورشیدی بزرگتر) ثابت ( توسط باندها نگه داشته شده ) و حامل سیاره ای خروجی است . در این مرحله دنده خورشیدی به عنوان ورودی ، حامل سیاره ای به عنوان خروجی و دنده رینگی ثابت ، این فرمول آن است :

 1 + R/S = 1 + 36/30 = 2.2:1

برای هردور چرخش دنده خورشیدی کوچک ، حامل سیاره ای 2.2 بار می چرخد . در مرحله دوم حامل سیاره ای به عنوان ورودی برای مجموعه سیاره ای دوم عمل می کند . دنده خورشیدی بزرگ ( که ثابت نگه داشته شده ) به عنوان خورشیدی عمل می کند و دنده رینگی به عنوانخروجی عمل می کند ، بنابراین نسبت دور زیر به وجود می آید :

 1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = 0.67:1

برای کاهش دور دنده دوم ، ما مرحله اول را در مرحله دوم ضرب می کنیم 2.2 x 0.67 تا به نسبت دور کاهشی 1.47:1برسیم . آن ممکن است صدای ناراحت کننده ای ایجاد کند ،در حالی که کار می کند .

با حرکت دسته دنده شما می توانید چگونگی انتقال قدرت را در گیربکس مشاهده کنید .

دنده سه

بیشتر گیربکس های اتوماتیک در دنده سه نسبت انتقال دور 1:1 دارند . شما از بخش های قبلی به یاد دارید برای ایجاد نسبت دور خروجی 1:1 باید دو قسمت از سه قسمت مجموعه دنده های سیاره ای قفل شوند . این ترتیب قرار گرفتن دنده ها ساده تر است . با درگیرشدن کلاچ دنده خورشیدی با توربین قفل می شود .

اگر هر دو دنده خورشیدی در یک جهت بچرجند ،حامل سیار ه ای قفل می شود . زیرا آنها می توانند تنها در جهت مخالف بچرخند . این دنده رینگی را با سیاره ای قفل می کند و موجب می شود مانند یک چیز واحد بچرخد و نسبت 1:1 تولید کند .

 با حرکت دسته دنده شما می توانید چگونگی انتقال قدرت را در گیربکس مشاهده کنید .

اوردرایو

 با این تعریف ، اور درایو یعنی شفت خروجی سریع تر از شفت ورودی می چرخد . این یک افزایش سرعت است. در این گیر بکس به کاربردن اوردرایو دو چیز را در یک زمان انجام می دهد. اگر مقاله تورک کنورتور را خوانده باشید ، نحوه قفل شدن آن می آموزید . به منظور افزایش بازده ، بعضی خودرو ها مکانیزم قفل تورک کنورتور دارند برای این که خروجی موتور مستقیماً وارد گیربکس شود .

در این گیربکس موقعی که از اوردرایو استفاده می کنیم ، شفتی که به پوسته تورک کنورتور ( که به فلایویل موتور پیچ شده) متصل شده ، به وسیله کلاچ به حامل سیاره ای وصل می شود . دنده خورشیدی کوچک آزادانه می چرخد ( خلاص می چرخد  ) ، دنده خورشیدی بزرگ توسط باند های اوردرایو نگه داشته می شود . چیزی به توربین متصل نیست ، تنها ورودی از پوسته کنورتور است . دوباره به جدول قبلی بر می گردیم . این بار حامل سیاره ای ورودی ، دنده خورشیدی ثابت و دنده رینگی خروجی است . 

Ratio = 1 / (1 + S/R) = 1 / ( 1 + 36/72) = 0.67:1

 بنابراین شفت خروجی گیربکس برای هر دو سوم چرخش میل لنگ ، یک دور می چرخد . اگر موتور 2000 دور در دقیقه بچرخد ، خروجی گیربکس با سرعت 3000 دور در دقیقه می چرخد . این به راننده خودرو اجازه می دهد که با سرعت بزرگ راه ( زیاد ) حرکت کند در حالیکه موتور با دور آرام تری کار می کند .

با حرکت دسته دنده شما می توانید چگونگی انتقال قدرت را در گیربکس مشاهده کنید .

 دنده عقب

دندهد عقب خیلی شبیه به دنده یک است ، با این تفاوت که به جای دنده خورشیدی کوچک که توسط توربین تورک کنورتور رانده می شود ، دنده خورشیدی بزرگ رانده می شود و دنده خورشیدی کوچک در جهت مخالف ، خلاص می چرخد . حامل سیاره ای توسط باند های دنده عقب نگه داشته می شود . بنابراین طبق تساوی ، ما از صفحه قبل داریم : 

Ratio = -R/S = 72/36 = 2.0:1

بنابراین نسبت انتقال دور در دنده عقب اندکی کمتر از حالت دنده یک در این گیربکس است .

 نسبت انتقال دور(نسبت دنده) :

این گیربکس چهار دنده جلو و یک دنده، عقب دارد . خلاصه ای از نسبت انتقال دور ها ، ورودی ها و خروجی ها :

 بعد از خواندن این بخش شما احتمالاً متعجب می شوید که چطور ورودی ها متفاوت قطع و وصل می شوند . این کار توسط یک سری از کلاچ ها و باندها در داخل گیربکس انجام می شود. در بخش بعدی نحوه کار آنها را خواهیم دید .

باندها و کلاچ ها: (ترجمه از شهروز ستاری و احمد همتی)

شیر دستی ، سوپاپ دستی ،سوپاپ تعویض دنده دستی (Manual valve): شیر ماسوره ای در سیلندر پمپ یک جعبه دنده خودکار که راننده از طریق میله بندی ، با دست آن را به کار می اندازد

سوپاپ راه دهنده ، شیر راه دهنده (Shift valve) : در جعبه دنده خودکار ، شیری که امکان تعویض دنده و تغییر نسبت چرخ دنده را فراهم می آورد

سیلندر پمپ گیربکس ، محفظه سوپاپ ،جعبه سوپاپ (Valve body) : قطعه ریخته گری نصب شده در سینی زیر گیربکس که بیشتر شیر های جعبه دنده خودکار هیدرولیکی در آن قرار دارد .

  موقعی که گیربکس را در حالت اوردرایو قرار می دهیم ، بسیاری از قسمت ها باید وصل و قطع شود.  حامل سیاره ای به وسیله کلاچ به پوسته تورک کنورتور وصل می شود . دنده خورشیدی کوچک به وسیله یک کلاچ از توربین جدا می شود ( قطع می شود ) بنابراین آن می تواند خلاص بچرخد ، دنده خورشیدی بزرگ توسط باند نگه داشته می شود ( ثابت ) . بنابراین آن نمی تواند بچرخد. هر بار که دسته دنده را فشار می دهیم یک سری از اتفاقات با درگیر شدن و آزاد شدن کلاچ ها و باندها ی مختلف رخ می دهد .

بیاید نگاهی به باندها داشته باشیم .

باند ها :

در این گیربکس دو باند وجود دارد . باندها در یک گیربکس معمولاً فولادی هستند ، که به دور بخشی از دستگاه چرخ دنده های انتقال توان (دارم کلاچ ) پیچده می شوند ، و به پوسته متصل شده اند . آنها توسط سیلندر های هیدرولیک در داخل گیربکس به کار انداخته می شوند .  

نمونه ای از باند

 در شکل بالا ، شما می توانید یکی از باندها را در داخل پوسته گیربکس ببینید . دنده خارج شده اند . میله فلزی ( کار انداز ، تیغه فشاری) به پیستون وصل شده ، که باند ها را کار می اندازد .

 شما می توانید پیستون های ، راه انداز باند ها را در شکل بالا مشاهد نمائید

 در شکل بالا شما می توانید دو پیستون که باند ها را به کار می اندازند را ببینید . فشار هیدرولیکی که توسط مجموعه از سوپاپ به سیلندر وارد می شود ، عامل حرکت پیستون و وارد کردن فشار به باند است ، که قسمت های از دستگاه چرخ دنده ها را قفل می کند .

کلاچ در این گیربکس اندکی پیچیده تر هستند . در این گیربکس چهار کلاچ وجود دارد . برای درگیر کردن این کلاچ ، فشار روغن به پشت پیستون کلاچ هدایت می شود و در نتیجه پیستون به حرکت در می آید و صفحه ها را به هم می فشارد .

فنر ها اطمینان حاصل می کنند که وقتی فشار کاهش می یابد کلاچ ها آزاد شوند . شما در شکل زیر می توانید پیستون و درام کلاچ را ببینید . به واشر لاستیکی پیستون توجه کنید ، این یکی از قطعاتی است که در موقعی که شما گیربکس را تعمییر می کنید باید تعویض بشوند .

نمونه ای  از درام کلاچ

 در شکل بعدی لایه های متناوب از کلاچ ( صفحات با مواد اصطکاکی) و صفحات فولادی نشان داده شده است . مواد اصطکاکی ( صفحه کلاچ ها ) از درون هزار خار دارند ، جایی که آن یکی از دنده ها را قفل می کند ( درام کلاچ) و صفحات فولادی از بیرون هزار خار دارند که با قسمت داخلی بدنه گیربکس درگیر هستند . همچنین صفحات کلاچ موقعی که گیربکس تعمیر می شود باید تعویض شوند.

نمونه ای از صفحات کلاچ

 فشار برای کلاچ ها از طریق گذرگاه ها که در میله قرار دارند تغذیه می شود . سیستم کنترل هیدرولیکی با هر گشتاور معینی ، کلاچ ها و باندها را دارای انرژی می کند .

وقتی که شما خودرو را در وضعیت پارک قرار می دهید :

 (ترجمه از شهروز ستاری و احمد همتی)

 آن ممکن است شبیه یک چیز ساده ای که گیربکس را قفل می کند باشد و آن را از چرخش باز دارد . اما واقعاً نیازمند یک سری مقرارت پیچیده برای این مکانیسم است .

·         شما باید قادر باشید آن را آزاد کنید موقعی که ماشین بر روی تپه (سربالای) است .

·         شما باید بتوانید این مکانیسم را  درگیر کنید حتی اگر اهرم با دنده در یک راستا(تنظیم) نباشد .

·         وقتی که درگیر است، تا اندازه ای مانع از پریدن اهرم و آزاد شدن آن می شود .

این مکانیسمی است که همه این موارد را نسبتاً مرتب انجام می دهد . اجازه دهید ابتدا به بعضی از قسمت های آن نگاهی داشته باشیم .  

شفت خروجی گیربکس: شیارهای مربعی شکل توسط مکانیسم پارک قفل درگیر می شوند و مانع حرکت ماشین می شوند .

 مکانیسم قفل دنده پارک ، دندانه های روی شفت خروجی را برای ثابت نگه داشتن خودرو، درگیر می کند . این بخشی از گیربکس است که به میل گاردان وصل شده است . بنابراین با نچرخیدن ( ثابت بودن ) این بخش مانع حرکت خودرو می شود .  

 در شکل بالا شما برآمدگی مکانیسم پارک قفل را درداخل پوسته می ببینید ، جایی که دنده ها در داخل آن قرار گرفته است . به سمت مخروطی شکل آن توجه کنید . آن به آزاد شدن قفل پارک ، موقعی که شما در سربالایی پارک کرده اید کمک می کند . نیروی حاصل از وزن خودرو به بیرون آمدن ( فشار وارد می کند تا مکانیسم پارک قفل آزاد شود ) مکانیسم پارک قفل کمک می کند . به دلیل زاویه دار بودن مخروطی شکل .  

نمای از میله کار انداز مکانیسم پارک 

این میله به یک کابل وصل شده که توسط دسته دنده در داخل خودرو شما به کار انداخته می شود .

نمایی از مکانیسم قفل دنده پارک

 موقعی که دسته دنده در حالت پارک قرار دارد میله بر خلاف فنر بوش مخروطی کوچک را فشار می دهد . وقتی مکانیسم پارک قفل در یک راستا باشد ( تنظیم باشد ) به منظور این که آن بتواند یکی از شیار ها در بخش خروجی دنده متوقف شود . بوش مخروطی شکل ، مکانیسم را به سمت پایین فشار خواهد داد . اگر مکانیسم در یکی از نقاط مهم در خروجی در یک راستا (تنظیم ) باشد . بنابراین فنر بر روی بوش مخروطی فشرده خواهد شد ، اما اهرم در این حالت قفل نخواهد شد تا این که خودرو کمی حرکت کند و دندانه ها به درستی همراستا ( تنظیم ) شود . آن باید کمی حرکت کند تا این که دندانه ها همراستا بشوند تا جایی که مکانیسم قفل پارک بتواند در آن حالت متوقف شود .

به دلیل مذکور در برخی موقع وقتی که ما پایمان را از روی پدال ترمز بر می داریم خودرو اندکی حرکت می کند .  

  سیستم هیدرولیک ، پمپ و گاورنر: (ترجمه از شهروز ستاری و احمد همتی)

 سیستم هیدرولیک

 گیربکس اتوماتیک در خودرو شما چندین وظیفه دارد . شما ممکن است نفهمید که چطور آن از راههای بسیار متفاوت عمل می کند . برای نمونه برخی ویژگی های که یک گیربکس اتوماتیک دارد :

·         اگر ماشین در حالت اورداریو (در گیربکس های چهار دنده)باشد.گیربکس دنده ای مبنی بر سرعت وسیله نقلیه و موقیت پدال گاز انتخاب میکند.

·         اگر شما به آرامی شتاب بگیرید ، تغیر دنده با سرعت کمتری نسبت به موقعی است که شما با تمام گاز شتاب بگیرید.

·         اگر پدال گاز را رها کنیم ،گیربکس به دنده بعدی پائینی تعویض می شود.

·         اگر شما اهرم دنده رادر حالت دنده پائین تر قرار دهید ،گیر بکس تغیرمکان خواهد داد(تعویض خواهد شد)مگر اینکه سرعت خودرو سریعتر ازسرعت دنده انتخابی باشد.اگر سرعت خودرو خیلی زیاد باشدباید صبر کنید تا سرعت آن کم شود و بعد از آن دنده تعویض شود(به دنده پایین).

·         اگر شما گیربکس را در حالت دنده 2 قرار دهید،افزایش و کاهش سرعت بیش از دنده 2 را نخواهیم داشت و هرگز به طور کامل نخواهد ایستاد مگر اینکه دسته دنده را تغیر دهیم.

 شما احتمالا ً پیشتر برخی قسمت های شبیه به آن را دیده اید.این واقعا ً مغز گیربکس های اتوماتیک است. آن تمام وظایف را مدیریت می کند.گذرگاه های مسیر روغن را در قسمت های متفاوت گیربکس می توانید ببینید.گذر گاه ها در داخل فلز قالب ریزی شده اند که راه مناسبی برای افزایش بازده مسیر های روغن هستند.

بدون آنها شیلنگ های زیادی برای وصل کردن قسمت های مختلف گیربکس به همدیگر لازم است. ابتدا ما در مورد قسمت های اصلی سیستم هیدرولیک بحث خواهیم کرد و بعدا ً خواهیم دید که چطور آنها با یکدیگر کار می کنند.

پمپ

 گیربکس های اتوماتیک یک پمپ جالبی دارند که پمپ دنده ای نامیده می شود. پمپ معمولا ً در درپوش گیر بکس قرار دارد. آن روغن را از مخزن (کارتر) پایین گیربکس می کشد و سیستم هیدرولیک را تغذیه می کند. آن هم چنین کولر گیربکس و تورک کنورتور را تغذیه می کند.

  نمایی از پمپ دنده ای گیربکس اتوماتیک

 دنده داخلی پمپ به پوسته تورک کنورتور متصل شده بنابراین آن با همان سرعت موتور می چرخد. دنده بیرونی توسط دنده داخلی چرخانده می شود و به عنوان دنده چرخان،روغن از مخزن(کارتر) از یک طرف هلالی به بالا کشیده می شود و با فشار بیشتر از سمت دیگر وارد سیستم هیدرولیک می شود.

گاورنر

 گاورنر یک سوپاپ هوشمند است که به گیربکس در خودرو شما می گوید چقدر سریع برود. آن به شفت خروجی گیربکس وصل شده است ، بنابراین موقعی که خودرو سریعتر حرکت می کند، گاورنر سریعتر می چرخد.در داخل گاورنر یک سوپاپ با فنر بار گذاری شده است،که آن را متناسب با اینکه گاورنر چقدر تند می چرخد،باز می کند. بنابراین موقعی که گاورنر تند می چرخد، سوپاپ زیاد باز می شود.پمپ ، روغن برای گاورنر را از طریق شفت خروجی تغذیه می کند.

موقعی که خودرو سریع تر حرکت می کند سوپاپ گاورنر بیشتر باز می شودو به روغن اجازه می دهد که با فشار بیشتر از میان آن عبور کند.

سوپاپ ها و مدولاتور ها: (ترجمه از شهروز ستاری و احمد همتی)

برای تغییر دنده به طور مناسب در گیربکس های اتوماتیک باید بدانید که موتور با چه قدرتی(گشتاوری) کار می کند. دو راه برای انجام آن وجود دارد.برخی خودرو ها یک کابل اتصال ساده دارند که به سوپاپ دریجه گاز در گیربکس وصل شده است. وقتی که پدال گاز بیشتر فشرده میشود ،فشار بیشتری به سوپاپ دریجه گاز اعمال می شود.در برخی خودرو های دیگر از خلاء مدولاتور برای وارد کردن فشار به سوپاپ دریچه گاز استفاده می شود. مدولاتور فشار منیفولد را حس می کند.(که وقتی موتور زیر بار بیشتری قرار دارد افت می کند)

شیر دستی(سوپاپ تعویض دنده دستی)چیزی است که دسته دنده وصل شده است. آن به دنده ای که انتخاب می شود بستگی دارد، سوپاپ دستی مدارات هیدرولیکی که مانع درگیری دنده های دیگر می شود را تغذیه می کند، برای نمونه، اگر دسته دنده را در دنده 3 قرار دهید،آن مدارات هیدرولیکی که مانع درگیری اور درایو می شود را تغذیه می کند.

سوپاپ راه دهنده (شیر راه دهنده) فشار هیدرولیکی لازم برای باند ها و کلاچ ها را برای در گیری هر دنده تهیه می کند.

 سیلندر پمپ گیربکس (محفظه سوپاپ ، جعبه سوپاپ)در گیربکس شامل چند سوپاپ راه دهنده است. سوپاپ راه دهنده ، زمانی که یک دنده به دنده بعدی تغییر کند را معلوم می کند.برای نمونه از دنده 1 به 2 (سوپاپ راه دهنده، زمانی که دنده 1 به دنده 2 تغیر می یابد را معلوم می کند.) سوپاپ راه دهنده از یک طرف تحد فشار،روغنی که از سمت گاورنر می آید و از سمت دیگر تحت فشار سوپاپ دریچه گاز قرار دارد. آنها توسط روغنی که از پمپ فرستاده می شود و تاٌمین می شوند و وارد یکی از دو مدار برای کنترل دنده ای که خودرو با آن در حال حرکت است می شود .

مدار تعویض دنده

 اگر خودرو به سرعت شتاب بگیرد ، سوپاپ تعویض (شیر راه دهنده )، تعویض دنده را به تاخیر خواهد انداخت . اگر خودرو به آرامی شتاب بگیرد ، تعویض دنده در سرعت پایین اتفاق می افتد . بیایید در مورد این که وقتی ماشین به آراممی شتاب می گیرد چه اتفاقی می افتد ،بحث کنیم .

بنابراین وقتی سرعت خودرو افزایش می یابد ،فشارهای از طرف گاورنر ایجاد می شود . فشار اعمالی به سوپاپ تعویض ( شیر راه دهنده ) زیاد می شود تا وقتی که مسیر دنده 1 بسته شود و مسیر دنده 2 باز شود . وقتی خودرو با گاز کم در حال سرعت گرفتن است سوپاپ دریچه گاز فشار زیادی را بر خلاف سوپاپ راه دهنده اعمال نمی کند .

وقتی خودرو به سرعت شتاب می گیرد سوپاپ دریچه گاز فشار بیشتری را بر خلاف شیر راه دهنده اعمال می کند . این به این معنی است فشاری که از گاونرمی آید باید بالا باشد (  بنابراین سرعت وسیله نقلیه باید بیشتر باشد ) قبل از این که سوپاپ راه دهنده به اندازه کافی حرکت کند تا دنده 2 را درگیر کند .

هر سوپاپ تعویض در دامنه مخصوصی از فشار عکس العمل نشان می دهد، بنابراین وقتی که ماشین با سرعت حرکت می کند ، سوپاپ دنده2 را به 3 تغییر می دهد ،زیرا فشاری که از طرف گاورنر اعمال می شود به اندازه کافی زیاد است که سوپاپ را فشار دهد . (حرکت دهد)

 گیربکس های کنترل الکترونیکی

 گیربکس های کنترل الکترونیکی که در بعضی از خودروهای جدید ظاهر شد ، هنوز از هیدرولیک برای به کار انداختن کلاچ و باندها استفاده می کند ، اما هر مدار هیدرولیک توسط یک سولونوئید الکتریکی کنترل می شود . که باعث ساده شدن لوله کشی در گیربکس می شود و به طرحهای کنترلی بسیار پیشرفته اجازه می دهد .

ما در بخش قبلی بعضی از استراتژی های کنترل را که به صورت مکانیکی فعالیت های گیربکس را کنترل می کنند را دیدیم . گیربکس های کنترل الکترونیکی طرحهای کنترلی بسیار پیچیده ای دارند . که علاو ه بر نشان دادن سرعت وسیله نقلیه و موقعیت دریچه گاز ،کنترل گر های گیربکس سرعت موتور را نیز نشان می دهد ، اگر پدال ترمز فشار داده شده باشد و حتی سیستم ترمز ضد قفل را هم نشان می دهد .

استفاده از این اطلاعات و یک استراتژی کنترل پیشرفته بر اساس یک منطق مبهم است . یعنی روش برنامه ریزی سیستم های کنترل بر مبنای استدلالات انسانی است .گیربکس های کنترل الکترونیکی کارهای مانند زیر را می توانند انجام دهند :

·        تعویض دنده به طور اتوماتیک ( به دنده پایین ) در سراشیبی برای کنترل سرعت و کاهش سایش لنت های ترمز .

·        تعویض دنده ( به سمت بالا و افزایش سرعت ) موقعی که در یک سطح لغزنده ترمز می کنید ، برای کاهش گشتاور ترمزی اعمال شده توسط موتور .

·        جلو گیری از افزایش سرعت موقعی که در جاده های مارپیچ رانندگی می کنید .

بیاید در مورد ویژگی آخر بحث کنیم ، یعنی جلو گیری از افزایش سرعت موقعی که در یک جاده مارپیچی می پیچید . اجازه دهید بگوییم که شما در یک سر بالای که یک جاده کوهستانی مارپیچ است رانندگی می کنید . وقتی شما در قسمت راست جاده رانندگی می کنید گیربکس دنده را به 2 تعویض می کند که به شما شتاب کافی و قدرت بالا روی دهد . وقتی شما وارد یک جاده مارپیچ می شوید ، پدال گاز را رها می کنید و احتمالاً ترمز می کنید . بیشتر گیربکس ها دنده را به 3 تعویض خواهند کرد یا حتی اوردرایو ، موقعی که شما پایتان را از پدال گاز برداشته اید . سپس وقتی در مارپیچ شتابتان را کم می کنید ، آنها دوباره دنده را به سمت پایین تعویض می کنند . اما اگر شما با یک خودرو داری گیربکس دستی رانندگی کنید احتمالا به همان دنده به رانندگی خود ادامه می دهید . بعضی از گیربکس های اتوماتیک با سیستم کنترل پیشرفته می توانند این وضعیت را آشکار سازند ، بعد از این که شما دو تا از پیچ ها را بپیچید ، می فهمند که دنده را به دنده بالا تر تعویض نکند .

در اين مقاله ياد خواهيد گرفت كه چگونه نياز به يك كلاچ داريد ، چگونه كلاچ اتومبيل تان كار مي كند و بعضي مطالب جالب و شايد تعجب آور در رابطه با كلاچها را درك كنيد .

كلاچ ها در ابزارهايي كه دو ميله ( شَفت ) غلتنده دارند مفيدند در اين ابزارها ، يكي از ميله ها ( شفت ها ) نوعا توسط يك موتور يا كشنده حركت مي كند و شفت ديگر ابزار ديگري را به حركت وا مي دارد . مثلا در يك مته ، يك شفت توسط يك موتور حركت داده مي شود و ديگري يك گيره مته را به حركت وا مي دارد . كلاچ دو شفت را به نوعي كه ميتوانند با يكديگر بلوكه شوند و با يك سرعت بچرخند متصل مي كند يا اينكه جدا شوند و با سرعتهاي متفاوت بچرخند .

كلاچ اوليه

در يك اتومبيل نياز به يك كلاچ داريد زيرا موتور همه وقت مي چرخد اما چرخهاي اتومبيل اينطور نيستند . براي اينكه يك اتومبيل بدون خاموش كردن موتور بايستد ، چرخها نياز دارند تا از موتور به نحوي جدا شوند . كلاچ به ما اجازه مي دهد به نرمي يك موتور چرخشي را به يك انتقال غير چرخشي توسط توسط كنترل كردن شيب بين آنها ترغيب كنيم .

براي درك كردن اينكه كلاچ ها چطور كار مي كنند ، كمك مي كند كه كمي دربارة اصطكاك بدانيم كه يك معيار درباره اينكه چگونه سخت است كه يك شئ روي ديگري بلغزد . اصطكاك توسط پستي ها و بلندي هايي كه بخشي از هر سطح هستند حاصل مي شود . حتي سطوح بسيار نرم نيز  پستي و بلندي هاي ميكروسكوپي دارند .

هر قدر اين پستي بلندي ها بزرگ باشد لغزيدن شئ سخت تر است . شما مي توانيد در  چگونه ترمز ها كار مي كنند  بيشتر بياموزيد .

يك كلاچ به دليل اصطكاك بين يك صفحه كلاچ و يك چرخ طيار  فلایویل   كار ميكند . ما به چگونگي كار كردن اين بخشها در بخش بعدي خواهيم پرداخت .

فلایویل، صفحات كلاچ و اصطكاك :(ترجمه از  محمد رضا دانش بیات )

در يك كلاچ اتومبيل ، يك فلایویل  به موتور متصل مي شود و يك صفحه كلاچ به محور انتقال متصل مي شود . مي توانيد ببينيد كه در شكل زير چطور به نظر مي رسند .

نگاهی به کار يك كلاچ

 وقتي پاتيان را از كلاچ بر مي داريم ، فنرها فشار را به ديسك كلاچ منتقل مي كنند كه در عوض به فلایویل  فشار مي آورد . اين موتور را به شفت ورودي انتقال قفل مي كند كه باعث مي شود در همان زمان با سرعت یکسان بچرخند .

مقدار نيروي كلاچ مي تواند به اصطكاك صفحه كلاچ و فلایویل  و اينكه فنر چه ميزان نيرو به صفحه فشار وارد مي كند بستگي دارد . نيروي اصطكاك در كلاچ دقيقا مانند بلوكهاي در بخش اصطكاك چگونه ترمزها كار مي كنند توصيف شده است مگر اينكه فشارهاي فنر روي صفحه كلاچ در عوض فشار وزن بلوك به درون زمين باشد .

كلاچ چگونه ( منتقل شده ) و آزاد مي شود

وقتي پدال كلاچ فشرده شود ، يك كابل يا پيستون هيدروليك به چنگك آزادسازي فشار مي آورد كه بخش بيرون انداختن را در برابر وسط فنر ديافراگم فشار مي دهد . همان طور كه وسط فنر ديافراگم فشرده مي شود يك مجموعه از پين هاي نزديك خارج فنر باعث مي شوند كه فنر صفحه فشار را از ديسك كلاچ دور مي كند . ( به عقب مي كشد ) ( شكل زير را ببينيد ) . اين كلاچ را از موتور چرخشي جدا مي كند . فنرها را در صفحه كلاچ به ياد داشته باشيد . اين فنرها به جداسازي ( محور ) انتقال از شوك آزاد شدن كلاچ كمك مي كند .

اين طراحي معمولا به خوبي كار مي كند اما بازگشت به عقب هاي كمي دارد . ما به مشكلات متداول كلاچ و ديگر كاربردهاي كلاچها در بخشهاي بعدي خواهيم پرداخت .

مشكلات متداول :

از دهه 1950 تا دهة 1970 ، مي توانستيد 50000 تا 70000 مايل با كلاچ تان كار كنيد . كلاچ ها اكنون مي توانند براي 80000 مايل كار كنند اگر آنها را به طور ملايم استفاده كرده و به خوبي نگه داري كنيد . اگر مراقب آنها نباشيد كلاچها مي توانند شروع به شكسته شدن در 35000 مايلي كنند . كاميونهايي كه پيوسته اضافه بار دارنند يا مكررا بارهاي سنگين حمل مي كنند نيز مي توانند مشكلاتي با كلاچ هاي نسبتا جديد داشته باشند .

متداول ترين شكل كلاچ ها اين است كه مادة اوليه اصطكاك روي ديسك پاك مي شود . ماده اصطكاكي روي يك ديسك كلاچ بسيار شبيه به مادة اصطكاكي است كه روي پد هاي يك ديسك ترمز يا جا پاهاي يك درام ترمز است كه پس از مدتي پاك مي شود وقتي كه بيشتر يا همة مادة اصطكاكي از بين رفت كلاچ شروع به لغزش مي كند و بالاخره هيچ نيرويي را از موتور به چرخ ها منتقل نخواهد كرد .

كلاچ تنها پوشش دارد مادامي كه ديسك كلاچ و فلایویل  با سرعت هاي متفاوتي بچرخند . وقتي به يك ديگر قفل شدند ، مادة اصطكاكي به سختي در برابر فلایویل  نگه داشته مي شود و آنها به طور هم زمان مي چرخند . اين فقط وقتي رخ مي دهد كه ديسك كلاچ در برابر فلایویل  مي لغزد كه پوشش دهي رخ مي دهد .

گاهي اوقات مشكل با لغزش نيست اما با چسبيدن است . اگر كلاچ شما بخوبي آزاد نشود به چرخاندن شفت ورودي ادامه خواهد داد . اين موضوع مي تواند باعث خوردگي شود يا به طور كامل از جا خوردن دندة اتومبيل تان جلوگيري كند .

برخي دلايل معمول كه يك كلاچ بچسبد عبارت اند از :

·   كابل كلاچ كشيده شده يا شكسته – كابل نياز به ميزان صحيحي براي فشار دادن و كشيدن كارا دارد .

·   سيلندرهاي كلاچ اصلي و يا فرعي آسيب ديده يا نشتي دار – نشتي ها سيلندرها را از ايجاد مقدار لازم فشار باز مي دارد .

·   هوا در خط هيدروليك – هوا به هيدروليك ها با گرفتن فضاي مورد نياز سيال براي ايجاد فشار تأثير مي گذارد .

·   پيوند بد تنظيم شده – وقتي پاي شما بر پدال ضربه وترد مي كند ، پيوند مقدار اشتباهي از نيرو را انتقال مي دهد .

اجزاء كلاچ بد منطبق شده : بخشهاي موجود در بازار با كلاچ شما منطبق نيستند .

يك كلاچ « سخت » نيز يك مشكل متداول است . همه كلاچ ها به ميزاني از نيرو براي كاملا فشرده شدن نياز دارند . اگر نياز به فشار زيادي بر روي پدال داريد ممكن است چيزي اشتباه باشد . چسبيدن يا پيوند در پيوند پدال ، كابل ، شفت متقاطع يا ساچمه علل متداول اند . گاهي اوقات يك بلوكه شدن يا درز پوشيده شده در سيستم هيدروليك نيز مي تواند باعث يك كلاچ سخت شوند .

ديگر مشكل مربوط به كلاچ ها قسمت بيرون انداختن پوشيده است كه گاهي اوقات يك قسمت آزاد سازي كلاچ ناميده مي شود . اين قسمت نيرو را به انگشت هاي صفحه فشار چرخشي براي آزاد سازي كلاچ به كار مي برد . اگر صداي ترسناكي را هنگام چسبيدن كلاچ مي شنويد ممكن است مشكلي با بيرون انداختن داشته باشد .

تست تشخيص كلاچ

اگر متوجه شديد كه كلاچ شما مشكل دارد در اينجا يك تست تشخيص خانگي كه هر كسي مي تواند انجام دهد وجود دارد :

1.    اتومبيل تان را استارت بزنيد Parking break را تنظيم كنيد و در حالت خنثي قرار دهيد .

2.  با خاموش كردن اتومبيل تان به صداي آن بدون فشردن كلاچ گوش كنيد اگر چيزي مي شنويد به احتمال زياد مشكل با ( محور ) انتقال است . اگر صدايي  نمي شنويد به مرحله 3 برويد .

3.  وقتي اتومبيل هنوز خنثي است ، فشردن كلاچ را آغاز كنيد و به صدا گوش دهيد . اگر يك صداي جير جير را هنگام فشار دادن مي شنويد ، به احتمال زياد مربوط به آزاد سازي كلاچ يا bearing دور انداختن است . اگر صدايي نشنيديد به مرحله 4 برويد .

4.  كلاچ را تا ته فشار دهيد . اگر صداي فش فش شنيديد ، احتمالا تحمل كننده يا ساچمه يا احتمال اشكال بوش پايلوت است .

اگر هيچ صدايي را در خلال اين 4 مرحله نشنيديد مشكل تان احتمالا كلاچ نيست . اگر در حالت توقف صدا شنيديد و وقتي كه كلاچ فشرده شد از بين رفت ممكن است موضوع مربوط به نقطة تماس بين چنگك و ساچمه( FORK & PIVOT BALL)  باشد .

در بخش بعدي برخي انواع مختلف كلاچ ها و چگونگي کارکرد آنها را بررسي خواهيم نمود.

انواع کلاچ ها:(ترجمه از  محمد رضا دانش بیات )

انواع زيادي از كلاچ ها در اتومبيل و گاراژتان وجود دارد .

يك ( محور ) انتقال اتوماتيك شامل چندين كلاچ است . اين كلاچ ها مجموعه هاي مختلفي از چرخ دنده هاي سياره اي را به هم چسبانده و از هم جدا مي كنند . هر كلاچ با استفاده از سيال هيدروليك فشرده شده به حركت در مي آيد . وقتي فشار پايين مي ايد ، فنر باعث آزاد شدن كلاچ مي شود . حتي لبه هاي فضا دار كه نوار باريك ناميده شده ، خط درون و برون كلاچ درون چرخ دنده ها وميزباني كلاچ قفل مي شود . مي توانيد در يك ( محور ) انتقال اتوماتيك چگونه كار مي كند بيشتر بخوانيد .

يك كمپرسور تهويه مطبوع در يك اتومبيل يك كلاچ الكترو مغناطيسي دارد اين اجازه مي دهد كه كمپرسور حتي در حالي كه موتور كار مي كند خاموش شود . وقتي جريان از طريق يك سيم پيچ مغناطيسي در كلاچ انتقال مي يابد كلاچ مي چسبد . به محض اينكه جريان متوقف مي شود از قبيل وقتي كه تهويه مطبوع را خاموش مي كنيد ، كلاچ جدا مي شود .

بيشتر اتومبيل هايي كه يك فن خنك كننده موتوري يك كلاچ ويسكوز كنترل شده به صورت ترواستاتيكي دارد – دماي سيال واقعا كلاچ را به حركت در مي آورد اين كلاچ در كنار فن قرار دارد و جريان هوا از طريق رادياتور مي آيد . اين نوع كلاچ بسيار شبيه به تزويج و سيكوز كه گاهي اوقات در اتومبيل هايي كه همه چرخهاي آن رانشگر دارند يافته مي شود . سيال در كلاچ همچنان كه آن گرم مي شود ضخيم تر مي شود كه باعث مي شود فن با چرخش موتور سريعتر بچرخد . وقتي اتومبيل سرد است ، سيال در كلاچ سرد باقي مي ماند و فن به آرامي مي چرخد ، اجازه مي دهد كه موتور به سرعت گرم مي شود و به دماي عملياتي مناسبش مي رسد .

بسياري از اتومبيل ها ديفرانسيل هاي شيب محدود يا تزويج و سيكوز دارند كه هر دوي آنها كلاچ را براي افزايش كارايي بكار مي برند . وقتي اتومبيل روشن مي شود ، يك چرخ سريع تر از ديگر چرخ ها مي چرخد كه كنترل اتومبيل را سخت مي كنند .

ديفرانسسيل شيب براي كمك به كلاچ آن ساخته مي شود . وقتي يك چرخ سريع تر از ديگر چرخ ها مي چرخد با چسبيدن كلاچ كند مي شود و منطبق با سه چرخ ديگر مي شود .

رانندگي روي سطح خيس يا لايه يخ نيز مي تواند چرخ ها را بچرخاند . مي توانيد درباره ديفراسيل ها و تزويج و سيكوز در اين بخش مطالب بيشتري بياموزيد .

ديفراسيل چگونه كار مي كند

اره هاي زنجيري پودر گازي و چمن زن ها و كلاچ هاي سانتريفوژي دارند .

به طوري كه زنجير ها يا رشته ها مي توانند بدون اينكه موتور را خاموش كنيد چرخش را متوقف كنند . اين كلاچ ها به طور خودكار از طريق استفاده از نيروي سانتريفوژي كار مي كنند . ورودي به ميل لنگ موتور متصل شده است . خروجي مي تواند زنجير را تسمه يا شفت را به حركت وادارد . همانطور كه دور در دقيقه ها افزايش مي يابند بازو هاي وزن دار مي چرخند و كلاچ را وادار به چسبيدن مي كنند . كلاچ هاي سانتريفوژي همچنين اغلب در چمن زن ها ، go-kart ها ، mopod ها و دوچرخه هاي كوچك استفاده مي شوند . حتي برخي یویو ها نيز با كلاچ هاي سانتريفوژي توليد شده اند .

کمپرسور تهویه مطبوع اتومبیل با کلاچ مغناطیسی

کلاچ ها  برای برخی کاربردها لازم و با ارزش هستند .

سيستم جعبه دنده اي انتقال قدرت را مي توان به دو گروه جعبه دنده اي دستي و جعبه دنده اي اتوماتيک تقسيم بندي کرد. سيستم انتقال قدرت دستي در حالت انتقال مستقيم بازدهي در حدود 98% ولي در دنده هاي با نسبت انتقال پايين تر بازده به حدود 90% مي رسد. چون بيشترين زمان استفاده از اتومبيل، جعبه دنده در حالت انتقال مستقيم قدرت است، بنابراين با توجه به اين مورد و هزينه اوليه به نسبت کمتر اين سيستم جعبه دنده اي، هنوز استفاده از آنها در اکثر اتومبيلها مورد توجه است. از سيستم انتقال اتوماتيک بيشتر در اتومبيلهاي گرانقيمت تر و کلاسهاي بالاتر استفاده مي شود چرا که با توجه به عملکرد ساده تر آن براي راننده، هزينه ساخت آن نيز بيشتر است. علاوه بر دو نوع فوق، امروزه استفاده از نسل جديدي از سيستم انتقال قدرت بنام سيستم انتقال قدرت پيوسته متغير (CVT) نيز مورد توجه طراحان خودروها قرار گرفته است.

سيستم انتقال قدرت دستي

در دسته بندي کلي از لحاظ نحوه کارکرد، جعبه دنده هاي دستي به سه گروه کلي تقسيم مي شوند:

-  Sliding mesh type Gearbox

-  Constant mesh type Gearbox

-  Synchromesh type Gearbox

Sliding Mesh Type Gearbox

اين جعبه دنده ها از قديميترين و ساده ترين انواع جعبه دنده ها هستند که درگيري دنده ها در آنها توسط جابجا کردن دنده ها ايجاد مي شود. اين جعبه دنده ها در واقع شامل دو رديف شفت مي باشند :  شفتي که از طرف کلاچ مي آيد و خود شامل دو قسمت است؛ يکي که کاملاً ثابت مي باشد و در واقع محور ورودي است بنام محور اصلي ( primary shaft ) و شفت ديگري که در امتداد آن اما بصورت جداگانه و متحرک قرار دارد و بنام splined mainshaft خوانده مي شود و عمل تعويض دنده نيز با جابجايي اين شفت صورت مي گيرد.

   شفتي پاييني که بنام محور ثانويه ( lay shaft )  خوانده مي شود و بسته به نوع جعبه دنده، تعدادي دنده بر روي آن قرار مي گيرد. اين شفت توسط درگيري بين دو دنده به طور دائم در ارتباط با محور اصلي است. (شکل2-1)

هنگامي که گشتاور از طريق درگيري يک جفت دنده از محور اصلي به محور ثانويه منتقل مي شود، با توجه به نسبت تعداد دنده ها يک کاهش دور در آن ايجاد مي شود. حاصلضرب اين کاهش دور در کاهش دور ناشي از درگيري دو چرخ دنده نهايي، نسبت کاهش دور اصلي ناشي از يک دنده خاص را به ما مي دهد.

شکل2-1 sliding mesh type Gearbox

نحوه درگيري دنده ها و همچنين محاسبه کاهش نسبت دور را براي دنده هاي مختلف در شکلهاي2-2 مشاهده مي کنيد :

شکل2-2 شکل شماتيک درگيري دنده ها در دنده هاي مختلف در sliding mesh type Gearbox

Constant Mesh Type Gearbox

در اين نوع از جعبه دنده ها بر خلاف حالت قبل همه دنده ها با هم درگير هستند، اين عمل باعث عملکرد آرام و بدون صداي اين دنده ها مي شود، چرا که عمده صدا در سيستم جعبه دنده اي قبلي ناشي از جازدن دنده ها بود. علاوه بر آن، در اين سيستم چون دنده ها هميشه با هم درگير هستند    مي توان از دنده هاي مارپيچي (هليکالي) استفاده نمود که اين خود نيز در کاهش صدا و عملکرد نرمتر جعبه دنده موثر است. در اين نوع از جعبه دنده ها محل و نحوه قرارگيري دنده ها بر روي محورهاي اصلي و ثانويه همانند حالت قبلي است، ولي در اينجا هر دنده روي محور اصلي با دنده متناظر روي محور ثانويه درگير است. بنابراين در اين حالت بدون توجه به اينکه اتومبيل در چه دنده اي قرار دارد، در هر حال تمام دنده ها در حال چرخش هستند، اما تنها يکي از اين دنده هاي در حال چرخش است که مي تواند به تناسب شماره دنده مورد نياز با محور اصلي کوپل شود و آنرا به حرکت درآورد. اولين دنده روي primary shaft  و نيز تمامي دنده هاي روي lay shaft با محور خود کاملاً فيکس هستند و امکان جابجايي نسبت به محور را ندارند. اما دنده هاي روي splined main shaft بر روي بلبرينگهايي سوار هستند و نسبت به محور خود در حال چرخشند و تنها يک دنده است که توسط مکانيزمي به محور کوپل مي شود. اين مکانيزم sliding dog clutch نام دارد که روي محور ثانويه هزارخار شده است. با انتخاب دنده مورد نظر زبانه هاي روي dog clutch مربوط به آن دنده خود را با دنده درگير مي کند و با اين عمل، دنده مورد نظر با محور خود قفل مي شود و در واقع نسبت انتقال دلخواه را براي ما فراهم مي گرداند. (شکلهاي2-3 و 2-4)

شکل2-3 Constant mesh type Gearbox 
 

در اين نوع از جعبه دنده ها براي درگيري بهتر زبانه  dog clutchو دنده لازم است که سرعت آنها با هم برابر باشند. براي تحقق نسبي اين امر در اين نوع سيستم جعبه دنده اي از double declutching استفاده مي شود. بدينگونه که بار اول که کلاچ گرفته مي شود، ارتباط موتور با جعبه دنده قطع مي شود. پس فشار از روي زبانه هاي dog clutch برداشته مي شود تا بتوان آن را به حالت خلاص منتقل کرد. بعد با رها کردن کلاچ، موتور را به سرعت مناسب مي رسانيم. منظور از سرعت مناسب، دور موتوري است که با دنده بعدي تناسب دارد. يعني کاري مي کنيم که زبانه هاي dog clutch و چرخ دنده اي که مربوط به دنده بعدي است با سرعت يکساني بچرخند تا زبانه ها بتوانند در چرخ دنده جفت شود. حالا مجبوريم  يک بار ديگر کلاچ را فشار دهيم تا اين زبانه ها و دنده جديد با هم درگير شوند. بنابراين در اين حالت براي تعويض دنده راننده ابتدا بايد دنده را خلاص کند و سپس با کلاچ گيري دوباره دنده بعدي را انتخاب نمايد.

شکل2-4 Dog clutch در حالت آزاد و درگير با دنده ها

Synchromesh Type Gearbox

 در اين نوع جعبه دنده نيز همانند حالت قبل دنده هاي روي شفت اصلي با دنده مربوطه روي شفت ثانويه در حالت درگيري دائم هستند. دنده هاي روي شفت ثانويه روي محور ثابت و دنده هاي روي شفت اصلي توانايي گردش آزادانه حول محور خود را دارند. از اين لحاظ نيز، اين نوع جعبه دنده همانند جعبه دنده هاي constant mesh هستند، اما نکته اي که در اينجا وجود دارد استفاده از سيستم همسرعت کننده (synchronizer) در اين نوع جعبه دنده ها مي باشد که در اين حالت لزوم جعبه دنده به double declutching را از ميان مي برد. با استفاده از اين سيستم همسرعت کننده در اين جعبه دنده ها، عمل تعويض دنده براحتي و بدون سروصداي ناشي از بهم خوردن دنده ها صورت خواهد گرفت. (شکل2-5)

شکل2-5 Synchromesh type gearbox  

 اگر جعبه دنده در وضعيت خلاص باشد توان انتقال نمي دهد. در اين حالت هيچ يک از چرخدنده هاي روي محور خروجي به آن قفل نمي شوند. در هنگام تعويض دنده، چرخدنده ها با عمل کشويي به محور قفل مي شوند. خود کشوييها نيز توسط هزار خار به محور خروجي متصلند و با آن مي چرخند. ماهک روي کشويي در شيارهاي غلاف کشويي جفت مي شود. وقتي راننده دسته دنده را جابجا مي کند، اين حرکت از طريق ميله بندي به ماهک روي کشويي منتقل مي شود. ماهک، غلاف کشويي را به حرکت در مي آورد و غلاف چرخدنده مورد نظر را روي محور قفل مي کند. به کمک کشويي مي توان کاري کرد که چرخدنده ها و غلافهاي کشويي در حوالي زماني که بايد با هم درگير شوند، با سرعت برابر بچرخند. وقتي اين سرعتها با هم برابر باشند، چرخدنده ها به نرمي درگير مي شوند. کشوييها، مخروطهاي هماهنگ کننده اي روي چرخدنده ها و نيز روي دنده برنجي دارد که در واقع کار يک کلاچ کوچک را انجام مي دهند. مغزي کشويي با هزار خار به محور خروجي جعبه دنده متصل است. غلاف کشويي روي مغزي کشويي جفت مي شود. (شکل2-6)

شکل2-6 شکل يک دنده بهمراه اجزاي همسرعت کننده مربوط به آن

عمل همسان سازي سرعت طي سه مرحله صورت مي گيرد:

وقتي دنده عوض مي کنيم، غلاف کشويي به طرف چرخدنده مورد نظر مي رود. اين غلاف روي خارهاي مغزي کشويي مي لغزد و خارهايي را با خود جابجا مي کند. اين خارها نيز به دنده برنجي نيرو وارد مي کنند و آن را  به طرف چرخدنده مورد نظر مي رانند، در نتيجه سطح مخروطي دنده برنجي با سطح مخروطي چرخدنده تماس پيدا مي کند. اصطکاک بين آنها سبب يکسان شدن سرعت و هماهنگي در چرخششان مي شود. وقتي دنده هاي خارجي دنده برنجي و چرخدنده با يک سرعت مي چرخند، غلاف کشويي روي آنها مي لغزد. درنتيجه چرخدنده به محور قفل و تعويض دنده انجام مي شود. توان از اين چرخدنده از طريق غلاف کشويي و مغزي کشويي به محور منتقل مي شود. (شکل2-7)

شکل2-7 عمل سيستم همسرعت کننده

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.  

  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.

سيستم انتقال قدرت پيوسته متغير (CVT)    (نویسنده و گردآورنده علی شمسی)

ايده استفاده از سيستمهاي انتقال قدرت پيوسته متغير از سالها قبل مطرح شده بود ولي تنها در چند سال اخير سازندگان اتومبيل به آن رو آورده اند. بر خلاف سيستم هاي انتقال متداول دستي يا اتوماتيک درCVT ، نسبت دنده هاي مجزا با نسبتهاي قابل تنظيم پيوسته جايگزين مي شود. سيستم CVT مي تواند به طور ثابت نسبت دنده خود را براي بهبود راندمان موتور و ايجاد يک منحني گشتاور- سرعت مناسب تغيير دهد. اين ويژگي باعث بهبود مصرف سوخت و نيز شتاب گيري در مقايسه با سيستم هاي انتقال قدرت متداول مي شود.

علي رغم اينکه يک دهه است که سيستم CVT در اتومبيلها استفاده مي شود، ولي محدود بودن گشتاور و پايين بودن قابليت اطمينان آنها بکارگيري اين سيستم را محدود کرده است.

انواع CVT

اصولاً CVT ها سه جز اساسي دارند :

يک تسمه لاستيکي يا فلزي با توان کششي بالا

يک قرقره متغير ورودي

يک قرقره متغير خروجي

CVT ها همچنين ريزپردازنده ها و سنسورهايي نيز دارند اما اجزاي اصلي و کليدي آنها همان سه مورد بالا مي باشد. امروزه تحقيقات زيادي بر روي انواع گوناگوني از سيستمهاي انتقال قدرت پيوسته متغير انجام شده که برخي از آنها عبارتند از : CVT نوع تسمه فشاري ، CVT نوعtoroidal  يا محرک کششي ،CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطر متغير ، CVT با هندسه متغير و CVT نوع محرک کششي انحرافي و انواع ديگري که تحقيقات روي آنها ادامه دارد.

  CVT  نوع تسمه فشاري

در اين نوع که پر کاربردترين نوع از سيستمهاي CVT است، يک تسمه توان را بين دو قرقره مخروطي که يکي ثابت و ديگري متحرک است، منتقل مي کند. هر قرقره از دو مخروط با زوايايي حدود 20 درجه تشکيل مي شود که يک تسمه V شکل نيز روي شيار بين دو قرقره سوار مي شود. بسته به فاصله بين مخروطهاي هر قرقره مقدار دور تسمه روي هر قرقره مشخص مي شود. (شکل2-19) چنانچه دو مخروط به هم نزديک باشند، قطر حلقه تسمه روي آن قرقره زياد و اگر مخروطها از هم دور شوند، قطر حلقه کم مي شود. وقتي قطر يک قرقره افزايش مي يابد، قطر طرف ديگر کاهش مي يابد تا سفتي تسمه حفظ شود. جهت اعمال نيروي لازم براي تنظيم فاصله بين مخروطهاي هر قرقره مي توان از فشار هيدروليک، نيروي گريز از مرکز يا فنرهاي کششي استفاده کرد.

شکل2-19 CVT  نوع تسمه فشاري

 همانطور که ديديم به صورت تئوري و با استفاده از اين روش بينهايت نسبت انتقال مي توان ساخت. در واقع مي توان گفت شايد بهترين گزينه براي سيستم انتقال قدرت همين CVT باشد. اما بايد توجه داشت که تسمه مي تواند بلغزد يا کش بيايد که اين خود سبب افت راندمان مي گردد. اما با استفاده از مواد جديد در ساخت تسمه ها اين افت را حتي الامکان کاهش داده اند. يکي از مهمترين پيشرفتها در اين زمينه استفاده از تسمه هاي فولادي است. (شکل2-20) اين تسمه هاي انعطاف پذير از چندين نوار باريک فلزي (بين 9-12) که بصورت محکمي روي هم قرار گرفته اند تشکيل شده است. اين تسمه هاي فلزي نمي لغزند و دوام بالايي دارند و امکان انتقال گشتاورهاي بزرگتري با استفاده از آنها وجود دارد. اين تسمه ها همچنين کم سروصدا تر از تسمه هاي لاستيکي کار مي کنند.

شکل2-20 مدلي از تسمه هاي فولادي مورد استفاده در CVT  نوع تسمه فشاري  

در اين نوع CVT  يک سنسور، خروجي موتور را حس کرده و سپس يک مدار برقي فاصله بين قرقره ها و در نتيجه کشش تسمه را افزايش يا کاهش مي دهد. تغيير پيوسته فاصله بين قرقره ها مشابه عمل تعويض دنده مي باشد.

CVT نوعtoroidal   يا محرک کششي

در اين نوع ازCVT قرقره ها و تسمه ها توسط ديسکها و غلتکهاي انتقال قدرت جايگزين مي شوند. اگرچه اين سيستم کاملاً متفاوت از سيستم قبل بنظر مي آيد، ولي همه اجزا آن قابل مقايسه با CVT از نوع تسمه فشاري مي باشد. به اين صورت که :

يک ديسک به موتور متصل است که در واقع معادل قرقره محرک است.

ديسک ديگر به شفت متحرک متصل است که معادل قرقره متحرک است.

غلتکها نيز بين ديسکها عمل مي کنند، همانند تسمه که در شيار بين قرقره ها قرار دارد.

غلتکها در امتداد دو محور مي چرخند. آنها حول محور افقي گردش مي کنند و حول محور عمودي کج مي شوند که اين امر سبب مي شود که غلتکها با ديسک در سطوح مختلف تماس پيدا کنند و همين سبب ايجاد نسبتهاي انتقال گوناگون مي شود. مثلاً هنگاميکه يکي از لبه هاي غلتکها با نقطه با قطر کم ديسک محرک در تماس باشد، لبه ديگر غلتکها بايستي نقطه با قطر زياد ديسک متحرک را لمس مي کند؛ که نتيجه آن کاهش در سرعت و افزايش گشتاور است و برعکس. (شکل2-21)

شکل2-21 CVT نوعtoroidal   يا محرک کششي در حالتهای مختلف از انتقال قدرت

  CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطر متغير

در اين نوع CVT ، از يک تسمه مسطح و انعطاف پذير که روي تکيه گاههاي متحرک قرار گرفته استفاده مي شود. اين تکيه گاهها مي توانند شعاع را تغيير داده و در نتيجه نسبت انتقال نيرو را عوض کنند. (شکل2-22) با اين وجود، در نسبتهاي دنده بالا تکيه گاهها جدا شده و يک مسير ناپيوسته دنده را ايجاد مي کنند که منجر به مشکلاتي نظير خزش و لغزش مي گردد.

شکل2-22 CVT نوع تسمه اي الاستومر با قطر متغير

انواع ديگر CVT

انواع ديگري از CVT نيز وجود دارد، ولي کاربرد آنها به اندازه نوع فشاري و Toroidal گسترش نيافته است. در نوع محرک کششي انحرافي از يک محور مخروطي و لولا براي تعويض دنده در CVT استفاده مي شود و يا برعکس. به اين ترتيب يک نسبت دنده پيوسته ايجاد مي شود.

در CVT با هندسه متغير از چرخ دنده هاي خورشيدي قابل تنظيم براي تغيير نسبت دنده ها استفاده مي گردد. اين نوع CVT بيشتر شبيه CVT هاي متداول و سيستم انتقال قدرت معمولي قابل انعطاف مي باشد.

مزاياي CVT

 رانندگان اغلب با تعويض نرم دنده مواجه نيستند، ولي در سيستم CVT عمل تغيير نسبت انتقال به نرمي صورت مي گيرد، بنحوي که راننده يا مسافران تنها شتاب گرفتن اتومبيل را احساس مي کنند. از نظر تئوري،CVT باعث خرابي کمتر موتور و انتقال مطمئن تر توان خواهد شد، در حاليکه تعويض سريع دنده و دنده هاي مجزا باعث مي شود که موتور در سرعتي غير از سرعت بهينه کار کند. علاوه بر اين سيستم CVT راندمان و عملکرد بهتري دارد. در شکل2-23 راندمان انتقال توان يک گيربکس پنج سرعته (درصد توان منتقل شده موتور توسط سيستم انتقال) آورده شده است. راندمان متوسط اين گيربکس 86 درصد و راندمان متوسط يک گيربکس دستي 97 درصد مي باشد. در شکل2-24 نيز محدوده راندمان چند نوع سيستم CVT جهت مقايسه با راندمان گيربکس آورده شده است.

شکل2-23

شکل2-24 محدوده راندمان چند نوع سيستم CVT

مشاهده مي شود که راندمان سيستم هاي CVT نسبت به گيربکسهاي اتوماتيک بهتر است. علاوه بر اين به دليل اينکه سيستمهاي CVT اين امکان را براي موتور فراهم مي کنند که بتوانند صرف نظر از سرعت خودرو در نقطه طراحي کار کنند، مصرف سوخت اتومبيل نيز کاهش يافته و در نقطه بهينه قرار مي گيرد. آزمايشات نشان مي دهد که مصرف سوخت با استفاده از CVT ، 10 درصد کمتر از مصرف سوخت با استفاده از يک گيربکس چهار سرعته اتوماتيک مي باشد.

 معايب CVT

 توسعه سيستم هاي CVT به دلايل مختلفي کند بوده است. از جمله اينکه به دليل عملکرد مطلوب گيربکسهاي دستي و اتوماتيک و کاهش مصرف سوخت با استفاده از آنها نيازي به سيستم هاي CVT احساس نمي شد. يکي از معايب اصلي مدلهاي اوليهCVT ، لغزش بين تسمه و غلتک آنها بود، زيرا فاقد دندانه بوده و نمي توانستند يک اتصال مکانيکي صلب را ايجاد کنند. محرکهاي اصطکاکي معمولاً در معرض لغزش هستند، مخصوصاً در گشتاورهاي بزرگ. در مدلهايي از CVT که در سالهاي 1950 و 1960 استفاده مي شد، موتورها براي جبران لغزش، در دورهاي بالاتري کار مي کردند، به خصوص هنگام شتاب گيري از حالت سکون و گشتاور ماکزيمم. يکي از راه حلهاي ساده براي اين مشکل، استفاده از CVT در اتومبيلهايي است که موتور آنها گشتاور کمي توليد مي کنند. شايد بيشتر از هر علتي، هزينه اين نوع سيستمها مانع از رشد و توسعه آنها شده است.  

References :

 -  ” Automobile Engineering “    by   Dr. KIRPAL SINGH

-   ” Automobile Engineering “   by    K.K.JAIN

-   ” Advanced  Vehicles Technology “     by    HEINZ HEISLER

-  ” The Motor Vehicle “    by   T.K. GARRETT

-   ” Automotive Mechanics “   by   WILLIAM  HARRY CRUISE

 -  www.howstuffworks.com

-  www.carbibles.com

-  www.cvt.org

-  www.swri.edu/3pubs/ttoday/summer00/cvt.htm

در این مقاله،ما توضیحی در مورد تکنولوژی موتورهای دیزل دوزمانه خواهیم داشت و درمورد موتورهای بزرگ جثه ای که از این تکنولوژی استفاده می کنند، خواهیم آموخت.

اگر شما مقاله ی موتورهای دوزمانه چگونه کار می کنند را خوانده باشید ، فرا می گیرید که یک تفاوت بزرگ بین موتورهای دوزمانه و چهارزمانه در مقدار قدرتی است که موتور می تواند تولید کند.شمع درموتور دو زمانه دوبارجرقه می زند،هر کدام در هرچرخش میل لنگ،اما در موتور چهار زمانه یکبارجرقه در هر دو چرخش میل لنگ زده می شود.این بدین معنی است که موتور دوزمانه پتانسیل تولید قدرت دوبرابرازموتورچهارزمانه ی هم اندازه ی خود را داراست.