وظیفه گیربکس در خودرو ایجاد تناسب بین سرعت موتور و سرعت چرخ های خودرو می باشد.
گیربکس خودرو ، نسبت انتقال بین موتور و چرخ های خودرو را تغییر می دهد و امکان حرکت در هر سرعتی را برای خودرو فراهم می آورد.
قبل از اینکه راجع به گیربکس مطلبی را بخوانید باید ابتدا با نسبت انتقال و چرخدنده ها آشنا شوید و مبحث کلاچ را نیز مطالعه کنید.
اما ضرورت ایجاد نسبت های انتقال مختلف بین چرخ و موتور خودرو چیست؟
برای رسیدن به پاسخ مطالب این صفحه را به دقت مطالعه کنید.
سرعت میل لنگ خودرو ( میل لنگ ، خروجی موتور خودرو می باشد.) بین 1000 تا حدود 6000 دور بر دقیقه متغیر می باشد.
و دور بهینه موتور خودرو 2500 تا 3500 دور بر دقیقه می باشد و علت بهینه بودن این تعداد دور برای حرکت خودرو ، ماهیت ذاتی موتور اتومبیل ها می باشد. ( منظور از دور بهینه موتور ، بهترین سرعت خروجی موتور خودرو ، برای حرکت ، می باشد.)
جهت استفاده از خروجی موتور برای به حرکت در آوردن چرخ های خودرو ، باید واسطه هایی قرار بگیرند تا انتقال حرکت به درستی انجام بگیرد.
اولین واسطه کلاچ است که پل ارتباطی بین سیستم انتقال قدرت و موتور خودرو می باشد و ارتباط بین موتور خودرو و سیستم انتقال قدرت را قطع و وصل می کند. در شکل زیر می توانید موقعیت کلاچ ، گیربکس ، موتور و چرخ خودرو را ببینید.
ضرورت وجود سیستمی چون کلاچ ، برای قطع و وصل کردن ارتباط در مبحث کلاچ به صورت کامل توضیح داده شد ، اما اکنون می خواهیم بررسی کنیم که آیا کلاچ به تنهایی برای به حرکت درآوردن خودرو کافیست یا نه؟
فرض کنید خودرویی فاقد گیربکس باشد و خروجی موتور و چرخ های آن با نسبت 1 به 1 به هم وصل باشند. (یعنی تعداد دور های خروجی موتور ، برابر با تعداد دور های چرخ خودرو باشد.)
در این حالت ، به حرکت درآوردن خودرو به شدت مشکل است ، چون در شروع حرکت باید آنقدر مرحله نیم کلاچ را طولانی کنیم تا سرعت چرخ ها و خروجی موتور ، یکسان شود؛ و یکسان شدن این سرعت باعث می شود سرعت چرخ های خودرو به 110 کیلومتر بر ساعت برسد.
اولا این گونه نیم کلاچ گرفتن مهارت بالایی می خواهد. دوما به شدت به طول می انجامد. سوما به اجزای انتقال نیرو و موتور خودرو آسیب وارد کرده و در نهایت رانندگی به این شیوه بسیار سخت و آزار دهنده خواهد بود.
همانطور که در بحث نسبت انتقال توضیح داده شد ، هرچقدر نسبت انتقال بیشتر باشد ، سرعت خروجی نسبت به سرعت ورودی کمتر است و از طرف دیگر این کاهش سرعت باعث افزایش قدرت می شود ، یعنی با افزایش نسبت انتقال ، قدرت خروجی نسبت به ورودی بیشتر می شود.
درشروع حرکت خودرو ، به سرعت کم چرخ ها و قدرت زیاد نیازمندیم و برای این منظور باید از بیشترین نسبت انتقال ممکن ، استفاده کنیم ، در خودروها بیشترین نسبت انتقال را دنده یک ، به وجود می آورد.
نسبت انتقال دنده یک خودروهای سواری ، حدود 4 می باشد یعنی سرعت چرخ های خودرو ، یک چهارم سرعت موتور می باشد و قدرت چرخ ها ، چهار برابر قدرت موتور خودرو می باشد.
هرچقدر خودرویی برای به حرکت درآمدن نیاز به قدرت بیشتری داشته باشد ، نسبت انتقال دنده یک آن را ، عدد بزرگتری قرار می دهند؛ برای مثال هرچقدر خودرو ، سنگین تر باشد برای به حرکت درآمدن نیاز به قدرت بیشتری داشته و در نتیجه نسبت انتقال دنده یک آن را عدد بزرگتری قرار می دهند؛ همچنین خودروهایی که برای حمل بار طراحی شده اند ، خودروهایی که برای حرکت در مناطق سنگلاخی و صعب العبور طراحی شده اند نیز باید با نسبت انتقال بیشتری به حرکت دربیایند.
حتما تا به حال به حرکت کامیون ها دقت کرده اید که در شروع حرکت با وجود صدای دور موتور بالا، چرخ های آنها به کندی شتاب می گیرند و این پدیده به علت نسبت انتقال بالای دنده یک آنها می باشد زیرا طراحان گیربکس کامیون باید نسبت انتقال گیربکس را به قدری بالا ببرند تا کامیون بتواند با چند تن بار ، در سربالایی به حرکت درآید.
هنگامی که خودرو ، به حرکت درآمد برای افزایش سرعت باید نسبت انتقال به تدریج کاهش پیدا کند ، برای این منظور راننده ، خودرو را در دنده 2 قرار می دهد تا قدرت چرخ ها مقدار کمی کاهش و سرعت آن افزایش پیدا کند.
در ادامه حرکت ، این پروسه ادامه پیدا می کند ، یعنی هرچقدر سرعت خودرو بالاتر می رود با استفاده از نسبت انتقال کمتر ، سرعت خودرو را افزایش می دهیم تا جایی که به دنده آخر خودرو می رسیم (فرض کنیم خودروی ما 5 دنده باشد).
هنگامی که با دنده 5 حرکت می کنیم ، نسبت انتقال در کمترین مقدار ممکن قرار دارد ، در بیشتر خودرو ها نسبت انتقال دنده 5 ، کمتر از یک می باشد. (مثلا اگر به فرض ، نسبت انتقال نیم باشد، سرعت گردش چرخ دو برابر سرعت موتور خودرو و قدرت آن نصف می باشد.)
در شکل زیر ، شتاب گرفتن و افزایش سرعت خودرو توسط تعویض دنده ها نشان داده شده است؛ در کنار هر دنده ، کیلومتر شماری قرار داده شده که سرعتی که خودرو با آن دنده ، حرکت را شروع کرده ، نمایش داده است.
برای درک بهتر این موضوع ، توجه شما را به یک پدیده روزمره در جاده ها جلب می کنیم.
حتما در جاده ها دقت کرده اید که در سرازیری در حال حرکت با دنده 5 می باشد که ناگهان به سربالایی می رسید ، در این هنگام با افزایش پدال گاز و مصرف دوبرابری بنزین می توانید از کاهش سرعت جلوگیری کنید ؛ ولی با افزایش شیب سربالایی دیگر با افزایش فشار بر پدال گاز نمی توانید از کاهش سرعتتان جلوگیری کنید ، در این حالت ، موتور خودروی شما نمی تواند با نسبت انتقال نیم ، چرخ های خودرو را با سرعت دو برابر بچرخاند و دائما از سرعت شما کاسته می شود تا اینکه دنده معکوس استفاده کنید ( منظور از دنده معکوس ، کم کردن دنده می باشد یعنی از 5 به 4 ، یا از 4 به 3 و الی آخر ) وقتی دنده معکوس کرده و دنده را از 5 به 4 تعویض کردید.
دور موتور خودروی شما بالا می رود.
و احساس می کنید موتور خودرو ، آمادگی خود را برای افزایش سرعت و یا حداقل حفظ سرعت فعلی ، اعلام میکند. در این حالت اگر وزن و بار خودرو ، زیاد باشد و یا سربالایی شدیدتر شده باشد ، به طوری که احساس کنید موتور خودرو نمی تواند با دنده 4 نیز سرعت خود را حفظ کند ، باید مجددا دنده را معکوس کنید و این پروسه بسته به نوع خودروی شما ادامه پیدا میکند تا از سربالایی خلاص شوید؛ احتمالا در این سربالایی ها کامیون هایی را دیده اید که با چند تن بار با دنده یک ، سرعت بالای موتور و سرعت کم چرخ ها در حال طی این مسیر هستند.( دور بالای موتور کامیون ها را از صدای زیاد موتورشان و دود خروجی زیاد می توان فهمید).
پس از خلاص شدن از سربالای با افزایش دنده از 3 به 4 و سپس 4 به 5 می توانید شتاب بگیرید و سرعت خودرو را افزایش دهید.
تا اینجا به طور خلاصه می توان گفت که وظیفه گیربکس ایجاد نسبت انتقال های مختلف ، برای حرکت خودرو ، در شرایط مختلف شهر و جاده می باشد؛ که از جمله این شرایط می توان به موارد زیر اشاره کرد.
1- شروع حرکت اولیه خودرو
2- استفاده از قدرت موتور در شتاب گرفتن
3- افزایش قدرت موتور و حرکت در سربالایی
4- کاهش نسبت انتقال و حرکت با سرعت زیاد
5- کنترل سرعت به همراه ترمز ( این مورد توضیح داده خواهد شد.)
مورد 1 تا 4 توضیح داده شد، اما پس از اشاره کوتاهی به هر یک ، مورد پنجم را نیز شرح می دهیم.
1- شروع حرکت اولیه: سیستم گیربکس با ایجاد نسبت انتقال بالا در دنده 1 ، به همراه کلاچ ، شروع حرکت اولیه خودرو را، ممکن می کند.
2- استفاده از قدرت موتور در شتاب گرفتن: پس از به حرکت درآمدن اولیه خودرو با دنده 1 ، دنده های بعدی ، با نسبت های انتقال کمتر ، شتاب گرفتن و افزایش سرعت خودرو را ممکن می کنند.
3- افزایش قدرت موتور و حرکت در سربالایی: مواقعی که خودرو ، نیاز به قدرت بیشتری برای طی مسیر نیاز دارد ، گیربکس با ایجاد نسبت انتقال بیشتر ، قدرت موتور را افزایش داده و حرکت خودرو ، در سربالایی ها ، جاده های ناهموار و کوهستانی و... را امکان پذیر می کند.
4 - کاهش نسبت انتقال و حرکت با سرعت زیاد: گیربکس با کاهش نسبت انتقال ، سرعت بالای چرخ های خودرو را امکان پذیر می کند و امکان حرکت با سرعت بالا را برای خودرو ، فراهم می آورد.
5- کنترل سرعت به همراه ترمز:
وظیفه اصلی کاهش سرعت خودرو ، به عهده ترمزها می باشد ، ولی به دلایلی بهتر است گاهی اوقات از گیربکس برای کاهش سرعت استفاده گردد؛ این دلایل به این شرح است:
1- استفاده زیاد از ترمزها ، باعث فرسایش بیش از اندازه و زودهنگام لنت های ترمز می شود.
2- استفاده زیاد از ترمزها در یک بازه زمانی کوتاه ، باعث داغ شدن لنت ها و گاهی اوقات ، عدم عملکرد ترمزها می شود.
3- استفاده از گیربکس برای حفظ سرعت ، حفظ تعادل خودرو را راحتتر می کند.
موارد بالا ، هنگامی اهمیت بیشتری پیدا می کنند که خودرو ، سنگین تر و یا جاده سراشیبی اش تند باشد.
در سراشیبی و وزن زیاد خودرو ، می بایست برای حفظ سرعت خودرو ، به جای ترمزهای متوالی ، از دنده های سنگین استفاده کرد.( منظور از دنده سنگین ، دنده های کمتر است و این یک اصطلاح بین رانندگان می باشد ، مثلا دنده 4 از 5 کمتر است ( اصطلاحا می گویند سنگین تر است ) ، دنده 3 از دنده 4 کمتر است ( اصطلاحا سنگین تر است ) و الی آخر؛ پس دنده 1 از همه سنگین تر و آخرین دنده مثل دنده 5 از همه دنده ها ، اصططلاحا سبکتر است.)
اما چرا در سراشیبی ، استفاده از دنده های سنگین تر باعث کنترل سرعت می شود؟
حتما تا به حال اتومبیل خود را حول داده اید و می دانید که در تنها صورتی می توانید خودرو را حول بدهید که دنده آن در وضعیت خلاص باشد. ( وضعیت خلاص ، حالتیست که ارتباط بین موتور و چرخ های خودرو را به طور کامل قطع کرده و هیچ ارتباط و نسبت انتقالی بین موتور خودرو و چرخ ها وجود ندارد.)
اگر خودرو خاموش و در دنده 1 الی آخر ( مثل دنده 5 ) باشد ، شما به هیچ وجه نمی توانید خودرو را حرکت دهید ، زیرا اگر خودرو را در دنده حرکت دهید ، به این معنیست که همزمان با حرکت خودرو ، موتور خودرو نیز به آرامی به چرخش وادار می کنید و هیچ انسانی قدرت آنرا ندارد که موتور خودرو را به حرکت درآورد؛ به حرکت درآوردن موتور خودرو انرژی زیادی می خواهد که این انرژی ، باید از طریق احتراق داخلی موتور به دست آید.
همانطور که به حرکت درآوردن موتور ، انرژی زیادی می طلبد ، افزایش دور موتور نیز نیازمند انرژی زیادی می باشد. برای مثال هنگامی که خودروی شما روشن است و با دنده 2 در حال حرکت در سرازیری تند می باشید ، اگر پدال گاز را فشار دهید ، انرژی تولید شده از احتراق خودرو با انرژی حاصل شده از وزن خودرو در سراشیبی ترکیب شده و خودرو شتاب زیادی می گیرد؛ اگر دنده را خلاص کنید و پدال گاز را فشار ندهید ، موتور خودرو در دور موتور 1000 ثابت مانده ( مانند حالت درجا کار کردن خودرو) و خودرو تنها با انرژی وزنش در سراشیبی شتاب می گیرد؛ اگر خودرو در دنده 2 باشد و شما پدال گاز را فشار ندهید ، انرژی ناشی از وزن خودرو در سراشیبی صرف افزایش دور موتور خودرو تا دور 2000 می شود و خودرو با سرعتی ثابت از سراشیبی پایین می آید؛ بنابراین در سراشیبی ها باید انرژی وزن خودرو را به روشی مهار کرد ، که با توجه به مشکلات استفاده زیاد از ترمز در سراشیبی ، ( که در قالب دلایلی ذکر شد) می بایست با استفاده از دنده سنگین این انرژی را صرف افزایش دور موتور خودرو کرد و این یکی دیگر از کاربردهای گیربکس می باشد.
در این مثال اگر به جای دنده 2 از دنده 1 استفاده بشود ، انرژی بیشتری مهار شده و دور موتور به 3000 می رسد و خودرو با سرعت کمتری حرکت خواهد کرد ولی اگر از دنده 3 استفاده بشود انرژی کمتری مهار شده و دور موتور به 1500 می رسد و سرعت خودرو بیشتر می شود. به همین علت است که کامیون ها و تریلی ها هر چه سنگین تر باشند ، در سراشیبی ها با دنده سنگین تری حرکت می کنند تا بتوانند با سرعت ثابت ، سرازیری را طی کنند چرا که اگر سرعتشان بالا برود ، با توجه به وزن زیادی که دارند انرژی آنها بسیار زیاد شده و ترمزشان نمی تواند آنها را متوقف کند.
اکنون آخرین وظیفه گیربکس که کنترل سرعت به همراه ترمز می باشد نیز شرح داده شد و به طور کلی می توانیم نتیجه بگیریم که گیربکس مجموعه ای از جعبه دنده های مختلف می باشد که به وسیله چرخ دنده ها ، سرعت خروجی از موتور خودرو را با نسبت انتقال های مختلف به چرخ ها منتقل می کند و در این تغییر سرعت ، قدرت و سرعت لازم برای حرکت ایده آل خودرو در شرایط مختلف شهر و جاده را فراهم می کند. هنگامی که شما دنده خودرو را عوض می کنید در واقع در حال دستکاری در گیربکس خودروی خود می باشید و نسبت انتقال بین موتور و چرخ های خودرو را برای شرایط بهتر رانندگی تغییر می دهید.
در شکل زیر همانگونه که مشاهده می کنید ، اهرم تعویض دنده ( دسته دنده ) دقیقا بر روی گیربکس قرار دارد.
شکل زیر نمایی شماتیک از موتور ، کلاچ و گیربکس خودرو را نشان می دهد ، انرژی تولید شده در موتور خودرو ، توسط کلاچ و فلایویل به گیربکس منتقل می شود. (فلایویل ، در واقع خروجی موتور خودرو می باشد و شکل آن به صورت چرخ دنده ای بزرگ می باشد که انرژی را از موتور به کلاچ منتقل می کند.) پدال نشان داده شده در پایین شکل ، پدال کلاچ می باشد که وظیفه قطع و وصل ارتباط بین موتور و گیربکس را بر عهده دارد. ( گیربکس و چرخ های خودرو به صورت دائمی به هم وصل هستند و در واقع می توان گفت ، کلاچ پل ارتباط موتور و چرخ های خودرو نیز می باشد. )
از پدال کلاچ برای قطع موقت ارتباط بین موتور و گیربکس استفاده می کنیم تا بتوانیم دنده ی خودرو را تعویض کنیم ، زیرا تا وقتی که ارتباط گیربکس با موتور قطع نشود نمی توان دنده را تعویض کرد و نسبت انتقال بین خروجی موتور و چرخ های خودرو را تعویض کرد.
شکل زیر ، مجموعه گیربکس و اهرم تعویض دنده را نشان می دهد ، همانگونه که قبلا گفته شد ، اهرم تعویض دنده ، با دستکاری در گیربکس ، نسبت انتقال را تغییر می دهد و هنگامی که در وضعیت خلاص باشد ، هیچ ارتباطی منتقل نمی شود. ( مثل حالتی که پدال کلاچ فشرده باشد.)
گیربکس ها انواع مختلفی دارند که در منوی زیر مجموعه گیربکس می توانید آنها را انتخاب کرده و شرح آنها را ببینید.
