گیربکس چیست؛ هر آنچه درباره جعبه‌دنده باید بدانید

هر خودرویی برای حرکت نیاز به یک عامل تولید کننده‌ نیرو و یک عامل انتقال دهنده‌ آن دارد. تولید کننده نیرو در آن موتور یا پیشرانه است. انتقال دهنده هم سیستمی متشکل از بخش‌های مختلف است که عمل انتقال نیرو را در کنار هم و به صورت پیوسته انجام می‌دهند. در حقیقت نیروی تولید شده توسط پیشرانه، باید توسط یک سیستم انتقال دهنده، به چرخ‌ها منتقل شود. سه بخش اصلی این سیستم انتقال دهنده شامل کلاچ، جعبه دنده و دیفرانسیل هستند که در میان آنها جعبه دنده از اهمیت ویژه‌ای برخوردار است. جعبه‌دنده را اصطلاحا گیربکس هم می‌گویند.

اهمیت این بخش از خودرو می‌تواند در حد موتور یا مولد نیرو محسوب شود. تعمیرات آن نیاز به تخصص بالایی دارد و توجه به حفظ سلامت آن نیز در اولویت‌های نگهداری اصولی از خودرو است. می خواهیم این بخش پیچیده و مهم را با جزئیات بررسی کنیم و نحوه‌ کار و انواع آن را ذکر نماییم. با ما همراه باشید.

گیربکس چیست و چه وظایفی دارد؟

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

پیشگیری از سرعت‌های ناخواسته: به کمک گیربکس می‌توان خودرو را در سراشیبی‌ها و شرایط جاده‌ای که احتمال خروج سرعت از کنترل وجود دارد، اتومبیل را به صورت کامل در اختیار راننده قرار داد.

تنظیم جهت حرکت خودرو: به کمک گیربکس می‌توان جهت حرکت خودرو را به جلو و عقب کنترل کرد و به خودرو قدرت حرکت معکوس داد.

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

اجزا و قطعات گیربکس و چگونگی عملکرد آن

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

وجود این چرخ دنده‌ها در تمام انواع گیربکس ثابت است اما نوع و تعداد آنها تغییر می‌کند. اگر می‌خواهید تصوری از چرخ‌دنده‌های داخل یک گیربکس داشته باشید، چرخ‌دنده‌های مختلف یک دوچرخه دنده‌ای را تصور کنید که احتمالا آن را زیاد دیده‌اید. اجزای دیگر سیستم گیربکس خودرو که در درجه‌ کمتر اهمیت قرار دارند عبارتند از:

• پوسته گیربکس

جنس این بخش از چدن ریخته‌گری است و چرخ دنده‌ها، یاتاقان‌های گیربکس و محورها را در خود جای می‌دهد.

حتما بخوانید: انواع روغن موتور خودرو و مقایسه آنها

• شافت ورودی یا محور کلاچ

این محور که به شافت کلاچ نیز معروف است محور محرک گیربکس محسوب می‌شود. این محور به صورت یک ‌پارچه به چرخ‌ دنده‌ای در بخش ورودی پوسته‌ گیربکس متصل است و از طریق کلاچ با موتور خودرو در ارتباط است.

• شافت واسط یا محور زیر

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

• شافت خروجی یا محور اصلی

این محور که به واسطه‌ چرخ‌دنده‌ها و یاتاقان‌ها با محور واسط در ارتباط است، نیروی تبدیل شده در جعبه دنده را به سمت میل گاردان یا دیفرانسیل هدایت می‌کند. روی این محور نیز چرخ‌ دنده‌های مختلفی تعبیه شده است اما نه به صورت یک‌پارچه. در واقع چرخ دنده‌های روی این محور که قطرهای متفاوتی هم دارند، به کمک یاتاقان‌ها روی آن حرکت دورانی دارند. حرکت این چرخ‌ دنده‌ها به واسطه‌ درگیر شدن آن‌ها با چرخ‌دنده‌های شافت واسط امکان‌پذیر می‌شود.

• یاتاقان یا بیرینگ گیربکس

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

• دسته دنده

این بخش، بیرونی‌ترین جزء سیستم گیربکس است. دسته دنده که در برخی از خودروهای با گیربکس اتوماتیک به طور کامل حذف شده است، عموما مسیری H شکل را برای تغییر دنده‌ها مختلف در جعبه دنده طی می‌کند. کنترل این دسته‌ اهرمی شکل ممکن است به صورت خودکار صورت بگیرد یا در دست راننده باشد.

حتما بخوانید: آشنایی با سیستم برق خودرو و اجزای آن

• میل ماهک

میل ماهک رابط بین دسته دنده و ماهک است و راننده با حرکت دسته دنده در واقع میل ماهک را حرکت می‌دهد. عملکرد این میله‌ فلزی براساس نوع گیربکس متفاوت است. مکانیزم آن می‌تواند دستی، الکترونیکی، خلائی و هیدرولیکی باشد. امروزه بیشتر شاهد مکانیزم دستی و الکترونیکی آن هستیم. در حالت دستی، با حرکت دست راننده حرکت می‌کند. در این حالت همچنین تعداد میل ماهک با تعداد دنده‌ها تغییر می‌کند. برای مثال در یک جعبه دنده‌ ۴سرعته ۳ میل ماهک داریم. در مکانیزم الکترومغناطیسی حرکت میل ماهک بر پایه‌ روابط الکترو مغناطیسی و ارتباط مگنت‌های متصل به آن‌ها با هسته‌های آهنی و سیم‌پیچ‌های موجود در جعبه دنده موجب حرکت آن‌ها می‌شود.

• ماهک

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

• کشویی دنده

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

حتما بخوانید: نحوه تشخیص دستکاری کیلومتر ماشین

• دنده برنجی

برای درگیر شدن دنده‌های کشویی و یاتاقان‌های گیربکس و انجام هرچه سریعتر و دقیق‌تر این درگیری، از دنده برنجی که بین این دو قطعه قرار می‌گیرد استفاده می‌شود. دنده برنجی که جسمی فلزی و حلقه‌ای است در اطراف خود فرم دندانه‌دار دارد و به دلیل اصطکاک بیشتر با یاتاقان با سرعت بیشتری با این قطعه چفت می‌شود. همچنین در کنار یاتاقان‌ها، نیروهای دورانی و طولی وارد آمده به آن‌ها را کاهش می‌دهد.

• کاسه نمد یا عایق نشت

از یاتاقان‌ها و روغن درون آن‌ها در برابر نفوذ ذرات گرد و غبار محافظت می‌کنند.

چرخ دنده‌های گیربکس

چرخ دنده‌ها مهم‌ترین و اصلی‌ترین قطعه در گیربکس یک خودرو هستند و بدون آن‌ها جعبه دنده معنا و کاربرد خود را کامل از دست می‌دهد. چرخ‌دنده‌ها که اساسی‌ترین قطعات مکانیکی موجود در پوسته‌ جعبه دنده به شمار می‌روند هر یک نماینده یکی از دنده‌های خودرو هستند.

در واقع اگر خودرو جعبه دنده‌ ۶ سرعته داشته باشد، ۶ جفت چرخ دنده مربوط به این سرعت‌ها در گیربکس تعبیه می‌شود. چرخ دنده‌ها، حلقه‌هایی فلزی با دیواره‌ بیرونی دندانه‌دار و در قطرهای متفاوت هستند که روی محورهای خود سوار می‌شوند. ارتباط بین محورها از طریق درگیری دندانه‌های این چرخ دنده‌ها برقرار می‌شود.

حتما بخوانید: زمان تعویض صفحه کلاچ و علائم هشداردهنده آن

همچنین چرخ‌دنده‌ها، انتقال گشتاور را با حرکت خلاف جهت آن کنترل می‌کنند. با تفاوت در قطر چرخ‌ دنده‌ها و در نتیجه ایجاد تفاوت در سرعت حرکت آن‌ها روی محور نیز تغییر در گشتاور منتقل شده از موتور به چرخ‌ها ایجاد می‌شود. به این ترتیب که چرخ دنده‌ قطورتر به دلیل وزن بیشتر سرعت کمتری دارد و بالعکس. این چرخ دنده‌ها عامل تفاوت بین دنده‌ سنگین و سبک هستند. به این ترتیب که نحوه‌ چرخش و انتقال گشتاور توسط آن‌ها منجر به سرعت و قدرت بالاتر در دنده‌ها‌ی سنگین (چرخ دنده‌ها‌ی قطورتر) و سرعت بیشتر و قدرت کمتر در دنده‌ها‌ی سبک (چرخ دنده‌‌های نازک‌تر) می‌شود. بنابراین چرخ‌دنده‌های قطورتر مربوط به دنده‌های ابتدایی و برای شروع حرکت هستند و چرخ‌دنده‌های باریک‌تر مربوط به دنده‌های بالاتر هستند که در سرعت‌های بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

اما برای درگیر شدن چرخ‌دنده‌ها با هم باید حتما اندازه‌ دنده‌های آن‌ها دو به دو برابر باشد. البته نیازی نیست که قطر این چرخ دنده‌ها یکی باشد. چرخ دنده‌ها دارای دو نوع فرم دندانه‌ ساده و مارپیچ هستند. همچنین این قطعات مهم براساس جهت انتقال قدرت به سه دسته‌ عمود محور، موازی محور و افقی محور تقسیم می‌شوند.

آشنایی با انواع گیربکس

گیربکس از ساده‌ترین شکل در اولین خودروی مدرن جهان، تولید بنز، تنها به صورت دو سرعته مورد استفاده قرار گرفت و با پیشرفت علم مکانیک این سیستم نیز پیشرفت‌های فراوانی کرد و به مرور به انواع آن اضافه شد. اکنون سه دسته بزرگ جعبه دنده وجود دارد؛

∗ گیربکس‌های دستی

∗ گیربکس‌های اتوماتیک یا خودکار

∗ گیربکس‌ها نیمه خودکار 

امروزه به طور کلی مردم با دو نوع اتوماتیک و دستی گیربکس آشنایی دارند و تنها به ذکر دستی یا خودکار بودند جعبه دنده‌ها در بیان خصوصیات فنی یک خودرو اکتفا می‌کنند. همچنین اطلاعات در این زمینه در این کلیات خلاصه می‌شود که درگیر کردن دنده‌ها برای حرکت و تغییر آن‌ها در مدل‌های گیربکس دستی نیاز به دخالت راننده و حرکت دسته دنده توسط او دارد، ولی در مدل‌های اتوماتیک تغییر دنده‌ها به صورت خودکار، توسط خودرو و بدون نیاز به دخالت نیرویی بیرونی انجام می‌شود. حال اینکه این سه دسته‌ بزرگ، خود انواع مختلفی دارند که عملکرد و راندمان و نتیجه‌ متفاوتی ارائه می‌دهند. با هم برخی از مهم‌ترین آن‌ها را بررسی می‌کنیم.

۱. انواع گیربکس‌های دستی

گیربکس‌های دستی نیاز به درگیری کلاچ با موتور که با فشار پدال آن توسط راننده صورت می‌گیرد دارند. همچنین تعویض دنده‌ها توسط راننده به وسیله‌ دسته دنده انجام می‌شود. شاید استفاده‌ مداوم از دسته دنده آزاردهنده باشد یا فشردن و رها کردن کلاچ برای ساعت‌ها رانندگی آن‌ هم گاهی در ترافیک منجر به خستگی فراوان راننده شود، اما بسیاری همچنان گیربکس‌های دستی را به خودکار ترجیح می‌دهند. از آن جهت که کنترل خودرو کاملا در دست خود راننده است و به تمایل خود سرعت اتومبیل را افزایش یا کاهش می‌دهد.

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 و 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 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.

۲. انواع گیربکس‌های اتوماتیک

استفاده از این نوع گیربکس‌ها راحت‌تر و ساده‌تر است و نیاز به مهارت بالایی در رانندگی برای تعویض دنده‌های به موقع و درگیر کردن کلاچ ندارند. برای استفاده از آن‌ها قرار دادن دنده در حالت رانندگی و فشردن پدال گاز کافی است تا خودرو به حرکت درآید. در این سیستم که از پیچیدگی‌های فراوانی برخوردار است، پدال کلاچ حذف می‌شود و دنده‌ صحیح و مناسب توسط خودرو برای راننده انتخاب می‌شود. امروزه انواع مختلفی از گیربکس‌های خودکار در صنعت خودروسازی توسط کمپانی‌های متفاوت مورد استفاده قرار می‌گیرد. عمده‌ آن‌ها عبارتند از:

– گیربکس‌های خودکار سیاره‌ای (AT)

متداول‌ترین گیربکس‌های خودکار در صنعت خودروسازی هستند و از چرخ‌ دنده‌های خورشیدی سیاره‌ای برای انتقال قدرت استفاده می‌کنند. کلاچ خودکار آن‌ها هیدرولیکی است با یک سیستم کنترلی مجزا. پیشتر این گیربکس‌ها ۳ یا نهایتا ۴ سرعته ساخته می‌شدند، ولی با پیشرفت صنعت مکانیک، اکنون گیربکس‌های AT با ۹ سرعت نیز تولید می‌شوند. البته که از آن‌ها در خودروهای پیشرفته و لوکس یا اسپرت استفاده می‌شود.

– گیربکس‌های AMT

این گیربکس‌ها براساس جعبه دنده‌های دستی طراحی شده‌اند و عمل کلاچ‌گیری و تعویض دنده در آن‌ها از طریق قطعات الکترومکانیکی که روی آن‌ها نصب شده است انجام می‌شود. این نوع گیربکس‌ها که سیستم ساده‌تری دارن در قطعات و اجزا با گیربکس‌های دستی مشترک هستند، به همین دلیل هزینه‌ ساخت و نگهداری آن‌ها کمتر است. برای تغییر گیربکس خودرو از نوع دستی به نوع اتوماتیک از جعبه دنده‌های AMT استفاده می‌شود.

– گیربکس‌های پیوسته‌ متغیر یا CVT

از عمر استفاده‌ این گیربکس‌ها چندان نمی‌گذرد اما همین زمان تقریبا کوتاه کافی بوده تا به یکی از محبوب‌ترین گیربکس‌های خودکار در صنعت خودروسازی تبدیل شود. در این نوع جعبه دنده، تعویض دنده‌ها به صورت پیوسته انجام می‌شود و فاصله‌ای که منجر به افت توان و شتاب شود در بین تعویض دنده‌ها احساس نمی‌شود.

قطعات آن‌ها متفاوت از قطعات معمول مورد استفاده در دیگر گیربکس‌ها است و انتقال قدرت در آن‌ها توسط دو قطعه‌ مخروطی شکل به نام پولی و تسمه‌ای پلیمری یا فلزی که این دو مخروط را به هم متصل می‌کند صورت می‌گیرد. این دو مخروط هر یک دارای محورهای مجزایی هستند که حول آن‌ها حرکت دورانی دارند. تغییر سرعت حرکت نسبی آن‌ها سبب تغییر سرعت گشتاور و در نتیجه تغییر دنده می‌شود.

حتما بخوانید: دلیل نشت مایعات خودرو چیست؟

– 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 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. 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.

حتما بخوانید: علت جا نرفتن دنده خودرو و یا سخت جا رفتن آن چیست؟

– 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 شیفت‌ترونیک

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.