انواع گیربکس خودرو ؛ تفاوت ها و شباهت ها
گیربکس‌ها (Gearbox) یکی از اجزای اصلی و مهم خودروها می‌باشند؛ وظیفه اصلی این قطعات انتقال و هدایت نیروی تولید شده توسط موتور به چرخ‌ها است. گیربکس در اصل سیستمی است که طی آن، مقدار قابل تنظیمی از نیروی دور موتور، با استفاده از چرخ دندههای سر تا سر گیربکس و با سرعت‌ها و قدرت‌های قابل کنترل، به چرخ‌های اتومبیل انتقال می‌یابد. نکته جالب این است که با تکیه بر این سیستم، قادر خواهیم بود که بازه سرعت حرکت یک خودرو را تنظیم نماییم.
گیربکس اتوماتیک و گیربکس دستی
به زبان ساده گیربکس نیرو را از موتور اتومبیل گرفته و به اندازه‌ای که می‌خواهیم، به چرخ‌ها منتقل میکند. به طور کل گیربکس‌ها به دو دسته اتوماتیک و دستی یا به عبارتی معمولی تقسیم میشوند؛ هر دو این گیربکس‌ها نیرو را از موتور خودرو به چرخ‌ها انتقال می‌دهند؛ اما تفاوت اصلی این است که در خودرو‌هایی که از سیستم گیربکس معمولی استفاده میکنند، مقدار نیروی انتقال یافته باید توسط راننده تنظیم شود و در طول مسیر، راننده خودرو کنترل وظایف گیربکس را در دست می‌گیرد؛ اما این موضوع در خودرو‌هایی که از گیربکس‌های اتوماتیک بهره می‌برند متفاوت است و صفر تا صد وظیفه گیربکس بر روی دوش خود سیستم گیربکس میباشد؛ از این رو نیازی به دخالت راننده در طول مسیر نخواهد بود.
قطعا اولین تفاوتی که بین اتومبیل‌های اتوماتیک و معمولی مشاهده خواهید کرد، جای خالی کلاچ است، زیرا در خودرو‌هایی که از گیربکس‌های اتوماتیک استفاده میکنند نیازی به کلاچ برای تعویض دنده نخواهد بود و خود سیستم گیربکس تمام امور را در دست می‌گیرد.
گیربکس اتوماتیک بهتر است یا دستی
مهم‌ترین مسئله‌ای که وجود دارد این است که گیربکس‌های اتوماتیک هیچ‌گاه نمی‌توانند جای گیربکس‌های دستی را بگیرند، زیرا اگر شما هم جزو کسانی باشید که میخواهید از تک تک لحظات رانندگیتان لذت ببرید، قطعا گیربکس‌های دستی را انتخاب خواهید کرد؛ به دلیل آنکه شما در خودرو‌هایی که از گیربکس‌های دستی استفاده میکنند آزادی عمل بیشتری دارید و در واقع کنترل دور موتور و نیروی انتقالی به چرخ‌ها را در دست خواهید داشت تا بتوانید با استفاده از این قدرت کنترل، شتاب و سرعت دلخواهتان را داشته باشید.
۱- گیربکس دستی
گیربکس دستی یا Manual به سیستم انتقال قدرتی گفته میشود که در آن قدرت از طریق کلاچ به گیربکس منتقل شود و در آن جا از طریق چرخ دنده هایی که به محور خروجی گیربکس و در نهایت چرخ ها وصل هستند، می‌رسد. در این سیستم راننده نقش اصلی را در تعویض دنده‌ها دارد؛ چرا که باید با فشردن پدال کلاچ، ارتباط میان گیربکس و موتور را قطع کند. از سوی دیگر با استفاده از اهرم تعویض دنده، چرخ دنده های مناسب را در گیربکس خودرو بر روی یکدیگر قرار دهد و در ادامه با رها کردن پدال کلاچ، مجدداً ارتباط میان موتور و گیربکس را برقرار کند.
دلیل جایگزین گیربکس دستی به اتوماتیک
انجام این فرآیند، هر چند در ابتدا چندان دشوار نیست اما تکرر چند ده و چند صد باره آن در یک رانندگی شهری می‌تواند آزار دهنده باشد؛ اینجا است که گیربکس های اتوماتیک وارد میدان میشوند، سیستم‌های انتقال قدرت اتوماتیک این روزها تنوع بسیار زیادی دارند اما شکل سنتی آنها که سال‌هاست در خودروها مورد استفاده قرار می‌گیرد، شامل بخشی به نام مبدل گشتاور برای انتقال قدرت از موتور به گیربکس و یک سیستم گیربکس سیارهای برای درگیر کردن خودکار دنده های مختلف است. این سیستم هر چند کارآیی خود را سال‌ها به نمایش گذاشته اما به دلیل قیمت بالا، فضای زیادی که اشغال میکند و البته اتلاف بخشی از انرژی در سیستم مبدل گشتاور، ضعف‌هایی در مقابل سیستم‌های انتقال قدرت دستی از خود نشان میدهد.
انواع گیربکس دستی
گیربکس‌های دستی به ۲ دسته تقسیم میشوند که دسته قدیمی‌تر اکنون تنها در موتورسیکلت‌ها مورد استفاده قرار می‌گیرد و استفاده از آنها در انواع خودروها منسوخ شده است. گیربکس‌های دستی عموما ۴ یا ۵ سرعته طراحی میشوند، اما به ندرت نمونه‌های ۶ سرعته آن نیز تولید می‌گردد.
- گیربکس‌های ترتیبی (غیر سنکرونیزه): در این نوع گیربکس دستی باید تعویض دنده‌ها به صورت پشت هم و به ترتیب صورت می‌گرفت؛ امکان تغییر دنده مثلا از دنده ۲ به دنده ۴ وجود نداشت. این معضل، رانندگی و کاهش یا افزایش سرعت را سخت و زمان‌بر می‌کرد.
- گیربکس‌های غیر ترتیبی (سنکرونیزه): این نوع جعبه دنده دستی که امروزه به عنوان گیربکس‌های دستی در انواع خودروهای سواری مورد استفاده است، قابلیت جا گذاشتن برخی سرعت‌ها و جهش به سرعت بالاتر دنده را دارد. برای مثال می‌توان دسته دنده را از سرعت ۲ به ۴ منتقل کرد و نیاز به رعایت ترتیب نیست.
همین طور بخوانید: علت صدای انفجار از اگزوز
۲- گیربکس اتوماتیک
شاید تا به حال پیش آمده باشد تا سوار خودرویی شوید که سیستم گیربکس و دندهاش اتوماتیک باشد؛ در این خودروها نیازی به تعویض دنده نیست و این عمل به طور خودکار انجام خواهد شد.
اگر شما یک ماشین با گیربکس اتوماتیک را رانده باشید، دو تفاوت بزرگ بین گیربکس های اتوماتیک و گیربکس های دستی را خواهید شناخت:
- خودروهای دارای گیربکس اتوماتیک پدال کلاچ ندارند.
- خودروهای دارای گیربکس اتوماتیک نیازی به تعویض دنده دستی ندارند. یک بار شما دنده را در حالت drive قرار میدهید و دیگر نیازی به انجام کار دیگری نیست!
پیشنهاد مطالعه: تقه زدن گیربکس اتوماتیک
روش انتقال دنده در گیربکس اتوماتیک
گیربکس اتوماتیک، به همراه مبدل گشتاور و گیربکس دستی با استفاده از کلاچ دقیقاً مانند هم عمل میکنند، اما از راههای کاملاً متفاوت؛ روش گیربکس اتوماتیک برای تعویض دنده کاملاً شگفت انگیز است؛ در این نوع خودروها یک نسبت انتقال دور تعریف میشود. این نسبت قابل انتخاب است و به خودرو اجازه میدهد که با حداکثر سرعت مطلوب حرکت کند. برای مثال اگر حداکثر سرعت ۶۰ کیلومتر بر ساعت را میخواهید، باید انتقال دور شما شبیه دنده سه در خودروهای دارای گیربکس های دستی باشد.
احتمالاً شما نیز در حین رانندگی با خودروهای دارای جعبه دنده دستی فقط از دنده سه استفاده نخواهید کرد و اگر هم این کار را بکنید، شتاب مورد نظرتان را در هنگام شروع حرکت نخواهید داشت؛ در سرعت های بالا نیز، موتور زوزهای شدید خواهد داشت، اگر عقربه نشان دهنده دور موتور نزدیک خط قرمز شود؛ لازم به توضیح است که در این حالت موتور خودرو به زودی فرسوده میشود و تقریباً قابلیت حرکت را از دست خواهد داد.
بنابراین باید گفت که دنده های گیربکس تاثیر بیشتری بر گشتاور موتور دارند و باعث میشوند که موتور خودرو کار خود را با سرعت مناسبی ادامه دهد. همانند جعبه دنده های دستی، کار اصلی گیربکس های اتوماتیک نیز این است که به موتور، که دارای دامنه محدود سرعت است، اجازه دهد تا سرعت خروجی مناسبی با دامنه وسیع داشته باشند.
بیشتر گیربکس های اتوماتیک در دنده سه نسبت انتقال دور ۱ به ۱ دارند. برای ایجاد نسبت دور خروجی ۱ به ۱ باید دو قسمت از سه قسمت مجموعه دنده های سیارهای قفل شوند. این ترتیب قرار گرفتن دنده ها سادهتر است، بنابراین دنده های گیربکس تاثیر بیشتری بر گشتاور موتور خواهند داشت و موتور کار خود را با سرعت مناسبی ادامه میدهد. 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 دورهای متفاوتی میدهد. در حالی که در گیربکس اتوماتیک با همان مجموعه از دنده ها، تمامی نسبت های انتقال دورهای متفاوت را میدهد. مجموعه دنده های سیارهای وسیله ای است که این کارها را در گیربکس اتوماتیک مقدور خواهد کرد.
تاریخچه گیربکس اتوماتیک
شاید برایتان جالب باشد که اولین بار سیستم گیربکس‌های اتوماتیک در ارابه‌هایی استفاده شد که به جای اسب، موتور بخار داشتند؛ بعد‌ها این سیستم توسط کمپانی‌های مختلف توسعه داده شد ولی در نهایت باید گیربکس‌های اتوماتیک امروزی را مدیون کمپانی کرایسلر باشیم. کرایسلر برای اولین بار در تاریخ صنعت خودرو توانست با بهره‌گیری از سیستم گیربکس‌های اتوماتیک کمپانی ZF آلمان و توسعه این سیستم، اقدام به استفاده از گیربکس‌های اتوماتیک با واحد‌های هیدرولیکی کند.
بعد‌ها سیستم گیربکس‌های اتوماتیک توسط کمپانی‌های مختلف به روز شدند، به شکلی که امروزه شاهد چندین نوع گیربکس اتوماتیک در خودروهای مختلف هستیم. شاید در گذشته گیربکس‌های اتوماتیک فقط در خودروهای لوکس به کار می‌رفت ولی امروزه در سبد محصولات کمپانی‌های مختلف اتومبیل‌سازی می‌توانیم خودروهای مختلفی را مشاهده کنیم که دارای گیربکس‌های اتوماتیک هستند.
انواع گیربکس‌های اتوماتیک
با پیشرفت علم و تکنولوژی و نیاز روز افزون خودروها به بهینه سازی و بازدهی بالاتر، مدام تکنولوژی‌های تازه‌تری نیز در زمینه جعبه دندههای اتوماتیک در حال عرضه هستند؛ بسیاری از این تکنولوژی‌ها بر اساس همین نوع جعبه دندههای اتوماتیک ساده و با افزوده شدن چند قطعه مکانیکی، الکترونیکی و هیدرولیکی عمل میکنند و بعضی از آنها از پایه و اساس با گیربکس‌های اتوماتیک معمولی تفاوت دارند.
جعبه دندههای CVT
هنگامی که در یک خودرو و در شرایط عادی راننده اقدام به تعویض دنده میکند، در گیربکس موجب درگیر شدن دو چرخ دنده با اندازه‌ها و تعداد دندانه‌های متفاوتی میشود. درگیر شدن این چرخ دندههای متفاوت نیز سبب به وجود آمدن ضریب دندههای گوناگون ،متناسب با تعداد دندانه‌ها و قطر چرخ دنده، میشود تا گشتاور و دور بر اساس این ضریب دنده از موتور به چرخ‌ها منتقل شود.
آنچه که گفته شد، نحوه درگیری چرخ دنده‌ها در جعبه دندههای دستی را شرح میدهد که در نمونه‌های اتوماتیک این نسبت دنده‌ها به وسیله درگیر شدن چرخ دندههای خورشیدی، سیارهای، قفسه نگهدارنده و چرخ دنده رینگی ایجاد میشود اما در جعبه دندههای CVT خبری از این چرخ دندههای خورشیدی و سیارهای و… نیست بلکه تکنولوژی و فرآیند نوینی در حال تعریف در سیستم های انتقال قدرت است.
CVT مخفف چیست؟
CVT مخفف عبارت Continuously Variable Transmission و به معنای سیستم انتقال قدرت متغیر پیوسته است. استفاده از این نوع سیستم انتقال قدرت به سرعت در حال رشد است و خودروسازان مطرحی مانند رنو، نیسان، جنرال موتورز، فولکس واگن و دیگر کمپانی های کوچک و بزرگ در حال استفاده، تحقیق و توسعه این نوع از سیستم های انتقال قدرت هستند.
اجزای CVT
اجزا اصلی تشکیل دهنده سیستم انتقال قدرت CVT عبارتند از پولی ورودی یا محرک، پولی خروجی یا متحرک و تسمه مخصوص از جنس فلز یا پلاستیک. هرکدام از پولی‌های محرک و متحرک ، ورودی و خروجیها، از دو مخروط تشکیل شده‌اند که این مخروط‌ها می‌توانند در راستای محوری که روی آن نصب شده‌اند، حرکت کنند و به هم نزدیک و دور شوند که بر روی این دو پولی تسمه‌ای که بعضا دارای سطح مقطع V شکل است، قرار می‌گیرد.
زمانی که دو مخروط تشکیل دهنده هر پولی به هم نزدیک میشوند، به دلیل سطح شیبدار مخروط‌ها، تسمه بر روی سطح شیبدار مخروط حرکت میکند و به سمت بالا رانده میشود. با این عمل در واقع شعاع پولی که تسمه با آن در تماس است نیز افزایش می‌یابد. زمانی که دو مخروط از هم فاصله بگیرند عرض پولی نیز بیشتر میشود و تسمه پایین می‌رود تا در بین دو سر مخروط قرار گیرد تا شعاع پولی که تسمه روی آن متصل است کاهش یابد.
زمانی که دو پولی که هرکدام از دو مخروط متحرک تشکیل شده‌اند، عرض خود را از طریق جابجایی مخروط‌ها تغییر دهند، بینهایت شعاع پولی ایجاد میشود و همانطور که میدانید، نسبت میان شعاع پولی ورودی و خروجی سبب ایجاد بینهایت ضریب دنده خواهد شد؛ به همین دلیل زمانی که خودرو در حال حرکت است با افزایش یا کاهش سرعت عرض این پولی‌ها کم و زیاد میشود و نسبت دنده‌ای را متناسب با وضعیت حرکتی خودرو تنظیم میکند. به همین دلیل گفته میشود که بر خلاف سایر جعبه دندههای اتوماتیک و دستی که تعداد محدودی ضریب دنده را تولید میکنند، در جعبه دندههای CVT بی نهایت نسبت دور ایجاد میشود که این امر سبب از بین رفتن شوک و تغییر دورهای ناگهانی ناشی از تعویض دنده‌ها می‌گردد تا به صورت پیوسته و متغیر در هر لحظه ضریب دنده مناسب انتخاب شود.
از جمله مزایای استفاده از این نوع سیستم‌های انتقال قدرت می‌توان به کاهش مصرف سوخت تا بیش از ۱۸ درصد نسبت به گیربکس‌های خودکار معمولی، انتقال روان‌تر و یکنواخت‌تر قدرت موتور، کارایی دینامیکی بهتر، شتابگیری بهتر و کارکرد دائمی موتور در بهینه‌ترین دور که ضمن کمک به سلامت موتور موجب کاهش مصرف سوخت میشود، اشاره کرد.
جعبه دندههای AMT
AMT مخفف شده عبارت Automated Manual Transmission به معنای سیستم انتقال قدرت دستی اتوماتیک شده است. این نوع از گیربکس‌ها در واقع راحتی استفاده از گیربکس‌های اتوماتیک را به ویژه در ترافیک‌های شهری برای راننده به ارمغان می‌آورند؛ در حالی که پیچیدگی و هزینه بالای گیربکس‌های اتوماتیک را ندارند. در واقع این نوع از سیستم‌های انتقال قدرت همان گیربکس‌های دستی هستند که عمل کلاچگیری و تعویض دنده در آنها به وسیله یک مجموعه الکترونیکی و مکانیکی صورت می‌پذیرد. اجزای گیربکس
AMTشامل واحد انتخاب حالت دنده، واحد کنترل کننده الکترونیکی ECU، دریچه گاز برقی یا همان مبدل دریچه گاز برقی، عملگر‌های برقی تعویض دنده و کلاچگیری تشکیل شده‌اند.
در این نوع از سیستم‌های انتقال قدرت راننده می‌تواند با قرار دادن اهرم تعویض دنده در حالت مخصوص به تعویض دستی، شخصا اقدام به تعویض دنده‌ها کند و همچنین می‌تواند با قرار دادن در حالت اتوماتیک این کار را به مجموعه الکترونیکی و مکانیکی تعبیه شده بسپارد. هنگامی که راننده اهرم تعویض را در حالت اتوماتیک قرار میدهد، واحد کنترل الکترونیکی به کلاچ برقی دستور میدهد تا عملیات کلاچگیری انجام شود، سپس واحد تعویض دنده برقی اقدام به درگیر کردن گیربکس دستی در دنده یک میکند، اما کماکان سیستم کلاچ برقی عملیات کلاچ گیری را ادامه میدهد، مشابه حالتی که خودرو را در دنده یک قرار دهید و پدال کلاچ را پایین نگه داریم. سپس زمانی که راننده اقدام به فشردن پدال گاز میکند، بر اساس دور موتور و موقعیت دریچه گاز، کلاچ برقی اقدام به درگیر کردن مجموعه دیسک و صفحه کرده و خودرو شروع به حرکت میکند. در این حالت واحد پردازش ECU با در اختیار داشتن پارامتر‌هایی نظیر سرعت خودرو، وضعیت دریچه گاز، دور موتور و دیگر پارامترهای مهم در زمان لازم دستور کلاچ گیری مجدد را به مجموعه کلاچ برقی میدهد و دستور درگیر کردن دنده دو را به مجموعه تعویض برقی دنده میدهد؛ مجددا واحد کلاچ برقی دیسک و صفحه را درگیر میکند، مشابه حالتی که کلاچ توسط راننده گرفته شده و دنده ۲ جا زده شود و پدال کلاچ به آرامی رها شود؛ این عملیات تا سبک‌ترین دنده ادامه می‌یابد. زمانی که اهرم تعویض در حالت دستی قرار می‌گیرد نیز فرامین لازم برای وارد شدن به مدار کلاچ برقی و مجموعه تعویض دنده برقی توسط راننده داده میشود؛ به طوری که وقتی راننده اهرم تعویض را در جهت سبک‌کردن دنده‌ها فشار دهد، این پیام از طریق واحد پردازش به مجموعه کلاچ و تعویض کننده برقی دنده‌ها فرستاده میشود و گیربکس یک دنده سبک‌تر میشود، مثلا از ۲ به۳.
گیربکس‌های DCT یا دو کلاچه
جدیدترین فناوری‌های مکانیکی در این نوع جعبه دنده‌ها به کار گرفته شده است. ساختار آنها شبیه به گیربکس‌های دستی معمولی است اما با استفاده از دو جعبه دنده مستقل که هر یک به سیستم کلاچ جداگانه مستقل خود مرتبط هستند. دندههای زوج و فرد به صورت جداگانه بر روی این دو گیربکس مجزا تعبیه شده‌اند. هر دو جعبه دنده در این سیستم با یک واحد پردازنده گیربکس در ارتباط هستند و کنترل سیستم کلاچگیری توسط این واحد صورت می‌گیرد. تغییر دنده و سرعت نیز با قطعات الکترومکانیکی متصل به محورهای جعبه دنده‌ها انجام میشود. این جعبه دنده‌ها که به صورت تمام اتوماتیک فعالیت دارند، امکان تعویض دنده دستی را نیز به راننده می‌دهند. این نوع گیربکس‌ها که معمولا به صورت پنج و شش سرعته تولید میشوند، در خودروهای لوکس به کار می‌روند و استفاده از مدل هفت سرعته آنها نیز به تازگی در خودروها اسپرت و مسابقه‌ای رواج یافته است.
۳- گیربکس‌های نیمه خودکار
این نوع گیربکس که منوتیک نیز نامیده میشود، عمل تعویض دنده را برای راننده سادهتر از نوع دستی و کارآمدتر از نوع اتوماتیک می‌سازد. تفاوت آنها با گیربکس‌های خودکار و دستی در این است که عمل تعویض دنده به صورت خودکار انجام میشود اما به راننده امکان کم و زیاد کردن دنده‌ها به صورت دلخواه را نیز میدهد.
گیربکس‌های خودکار معمولی در دسته دنده میان کنسولی خود تنها چهار حالت حرکت، خلاص، عقب و پارک را در اختیار راننده می‌گذاشتند اما این گیربکس‌ها که اهرم تعویض دنده آنها به صورت شیفترهای مخصوص در پشت غربیلک فرمان تعبیه میشود، امکان کنترل سرعت دنده‌ها را با کم و زیاد کردن آنها به راننده می‌دهند. این گیربکس‌ها انواع و اسامی مختلفی دارند که توسط خودروسازان ابداع شده‌اند. رایج‌ترین آنها عبارتند از:
- گیربکس‌های تیپ ترونیک: این جعبه دنده که از ابداعات شرکت پورشه است و تکنولوژی انحصاری این کمپانی محسوب میشود، عملکردی شبیه به گیربکس‌های خودکار معمولی دارد. ناگفته نماند که پورشه امتیاز استفاده از این سیستم را به برخی خودروسازان مانند فولکس واگن و آئودی فروخته است. در این سیستم امکان تعویض دنده توسط راننده پیش از فعالیت سیستم خودکار وجود دارد. بنابراین اگر فاصله تعویض دنده‌ها توسط سیستم خودکار زیاد باشد و ضرایب آنها با اختلاف زیاد انتخاب شوند راننده می‌تواند به صورت دستی اقدام به تعویض دنده نماید. این نوع جعبه دنده امکان دنده معکوس را نیز به راننده میدهد.
- گیربکس‌های تیپ ترونیک S: در گیربکس‌های تیپ ترونیک راننده برای دخالت در تعویض دنده باید حالت کنترل دستی را فعال کند؛ اما در این سیستم که مکانیزم پیشرفته‌تری دارد، راننده بدون فعال‌سازی حالت دستی می‌تواند در عمل تعویض دنده دخالت کند و در صورت عدم دخالت مجدد او سیستم گیربکس به حالت خودکار باز می‌گردد.
- گیربکس‌های شیفت ترونیک: عملکردی شبیه به گیربکس‌های تیپ‌ترونیک S دارند. این جعبه دنده که توسط شرکت هیوندای ساخته شده و عموما در خودروهای این کمپانی به کار می‌رود تفاوت چندانی با تیپ ترونیک‌های S ندارد و تنها ممکن است در آنها اهرم تعویض دنده در میانه کنسول به شکل دسته دنده تعبیه شود و شاهد شیفتر فرمان در آنها نباشیم.