گشتاور گیربکس چیست؟
قبل از اینکه درباره گشتاور گیربکس صحبت کنیم لازم است ابتدا با گیربکس آشنا شویم. چون وقتی گیربکسی در کار نباشد گشتاوری هم در کار نخواهد بود.
حرکت هر خودرو به دو عامل تولیدکننده و انتقال‌دهنده نیرو بستگی دارد. موتور به‌عنوان عامل اصلی تولید نیرو شناخته می‌شود. اما عامل انتقال‌دهنده، از اجزای مختلفی تشکیل می‌شود که کلاچ، جعبه دنده و دیفرانسیل قطعات اصلی آن هستند.
اهمیت جعبه دنده یا گیربکس اگر از موتور بیشتر نباشد، کمتر هم نیست زیرا گشتاوری که موتور تولید می‌کند، متناسب با نیاز خودرو توسط گیربکس تنظیم شده و به چرخ‌ها منتقل می‌شود. به‌این‌ترتیب راننده می‌تواند چند چالش مهم را با کمک گیربکس حل کند:
- در سربالایی و سراشیبی که احتمال خروج سرعت از محدوده مورد انتظار وجود دارد به راننده کمک می‌کند تا بتواند شرایط را کنترل کند.
- راننده با کمک جعبه دنده تعیین می‌کند که ماشین دنده‌عقب یا دنده جلو حرکت کند.
- درزمانی که لازم است ماشین بدون حرکت روشن باشد و به اصطلاح درجا کار کند، گیربکس اجازه نمی‌دهد نیرو از موتور به چرخ‌ها منتقل شود.
حالا که با اهمیت جعبه دنده و وظایفش آشنا شدیم نوبت آن رسیده است که بدانیم تمام این نکات با گشتاور امکان‌پذیر می‌شود. به‌عبارت‌دیگر نیروی تولیدشده در موتور زمانی که به گیربکس منتقل می‌شود، در هر چرخ دنده نیروی گشتاور خاصی تولید می‌کند تا بتواند سرعت و حرکت خودرو را کنترل نماید. البته این تولید نیروی گشتاور به نوع گیربکس بستگی دارد به همین دلیل نیز از عبارت گشتاور گیربکس استفاده می‌شود که در ادامه به آن خواهیم پرداخت.
انواع گیربکس و عوامل مؤثر در انتخاب آن
گیربکس های دستی، گیربکس های نیمه‌خودکار و گیربکسهای اتوماتیک سه دسته بزرگ جعبه دنده هستند. البته امروزه 2 نوع دستی و اتومات رواج بیشتری دارند.
- در گیربکس دستی تغییر دنده‌ها و درنتیجه تنظیم سرعت خودرو توسط راننده با حرکت دست دنده صورت می‌گیرد. گیربکس های دستی که اکثراً 4 یا 5 دنده طراحی‌شده‌اند از کلاچ به‌عنوان واسطه استفاده می‌کنند. راننده با فشردن پدال کلاچ و حرکت دست دنده فرمان تغییر سرعت را به جعبه دنده می‌دهد، و جعبه دنده نیز با ایجاد نیروی گشتاور جدید از چرخ‌دنده‌ای به چرخ‌دنده دیگر جابجا شده، سرعت را کم یا زیاد می‌کند.
در گیربکسهای ترتیبی (غیر سنکرونیزه) راننده مجبور است یکی‌یکی فرمان کاهش یا افزایش سرعت را صادر کند. اما در گیربکسهای غیر ترتیبی (سنکرونیزه) امکان جهش وجود دارد و مثلا می‌شود دنده 4 را ناگهان به دنده 2 تغییر داد.
- اما در مدل خودکار تغییر دنده‌ها به‌صورت هوشمند و با توجه به‌شدت فشار گاز و بدون دخالت عامل بیرونی انجام می‌شود. این سیستم پیچیده به مهارت بالای رانندگی نیاز نداشته و با حذف کلاچ سختی رانندگی را کم کرده و خود خودرو دنده صحیح و مناسب را برای ماشین تعیین می‌کند. مدل خودکار نیز انواع مختلفی دارد که بسته به‌سرعت و شتاب خودرو در صنعت خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند:
- گیربکسهای AT
- گیربکسهای AMT
- گیربکسهای CVT
- گیربکسهای DCT
چرخ دنده ها چگونه نیروی گشتاور گیربکس را کنترل می‌کنند
شاید برایتان سوال باشد که چرخ‌دنده‌ها چگونه نیروی گشتاور گیربکس را کنترل می‌کنند؟
برای درک بهتر پاسخ بهتر است بدانید که قطر چرخ‌دنده‌ها همه‌چیز را تعیین می‌کنند.
درواقع هرچه نیروی گشتاور بیشتری وارد گیربکس شود، چرخ دنده قطورتری به کمک سیستم خواهد شتافت. چرخ‌دنده‌های قطورتر وزن سنگین‌تری دارند و در دنده‌های ابتدایی باعث ایجاد سرعت کمتر و قدرت بیشتر می‌شوند. و با افزایش دنده و نازک‌تر شدن چرخ‌دنده‌ها، قدرت کمتر شده و به همان نسبت سرعت بالا می‌رود. البته باید بدانید این چرخ دنده‌ها به‌طور جفت روی محورهای خود استوار شده‌اند تا بهتر بتوانند از هر دو جهت سرعت چرخ‌ها را کنترل نمایند.
نحوه محاسبه گشتاور گیربکس و نسبت تبدیل
گشتاور که یک کمیت برداری است با جهت نیروها و فاصله آن‌ها رابطه مستقیم دارد. به عبارتی با ضرب طول (فوت) در نیرو (پوند) عددی به دست می‌آید که به آن گشتاور میگویند و واحد آن نیز نیوتون بر مترمربع است.
دانستن توان الکتروموتور متصل به گیربکس برای محاسبه گشتاور خروجی گیربکس ضروری است. بعدازاین کار لازم است تا نسبت تبدیل گیربکس راهم مشخص کنیم.
توان الکتروموتور را با استفاده از کاتالوگ و یا اطلاعات هک شده روی موتور می‌توان فهمید و یا با استفاده از فرمول زیر آن را به دست آورد:
- گشتاور:T
گشتاور از ضرب نیروی محرکه (مثلاً 2) در شعاع قرقره (مثلاً 5) حاصل می‌شود.
10=2*5
اما برای به دست آوردن نسبت تبدیل گیربکس دو روش وجود دارد:
- در روش اول برای زمانی است که بتوانید تعداد چرخ دهنده‌ها را بشمارید. به‌این‌ترتیب که تعداد دندانه‌های چرخ‌دنده خروجی (مثلاً 30) را به تعداد دندانه‌های چرخ‌دنده ورودی (مثلاً 20) تقسیم می‌کنیم. در نظر داشته باشید که در جعبه‌دنده‌ها، چرخ‌دنده ورودی باید کوچک‌تر از چرخ دنده خروجی باشد.
برای درک نحوه به‌دست آوردن نسبت تبدیل گیربکس به مثال زیر توجه کنید:
1.5=20/30
2.9=7/20
درنهایت نسبت‌های به‌دست‌آمده بین چرخ‌دنده‌های مختلف را در هم ضرب می‌کنیم.
4.3=2.9*1.5
- در این روش که به هر دلیلی امکان شمردن دنده‌ها وجود ندارد شما می‌توانید شعاع چرخ‌دنده خروجی را بر شعاع چرخ‌دنده ورودی تقسیم کنید.
درنهایت با داشتن نیروی الکتروموتور و نسبت تبدیل امکان محاسبه گشتاور مبدل را خواهید داشت.
مثلاً اگر گشتاور را 10 پوند و نسبت تبدیل را یک به 10 بگیریم گشتاور خروجی 100 پوند خواهد شد.
مبدل گشتاور گیربکس چیست و چگونه کار می‌کند
مبدل گشتاور گیربکس که در ماشین‌های دنده‌اتومات وجود دارد، نقش کلاچ را در خودروهایی با گیربکس دستی ایفا می‌کند. درواقع مبدل گشتاور قطعه‌ای است که نیروی گیربکس را به موتور منتقل می‌کند.
مثلاً زمانی که ماشین با سرعت کم در حال حرکت است، نیروی گشتاور کمی به مبدل گشتاور منتقل می‌شود. به همین دلیل با فشردن پدال ترمز، خودرو به‌راحتی متوقف می‌شود؛ و زمانی که تصمیم به حرکت بگیرید با فشار دادن پدال گاز نیروی گشتاور واردشده به مبدل گشتاور بالا رفته و ماشین شروع به حرکت می‌کند.
برای درک بهتر عملکرد مبدل گشتاور گیربکس لازم است با قطعات اصلی و نقش هریک آشنا شوید:
- پمپ: تیغه‌های توربین مبدل برای حرکت به روغن نیاز دارند. محفظه پمپ به قسمتی از موتور متصل است و با نیروی گریز از مرکز سرعت موتور را به پره‌ها منتقل می‌کند و آن‌ها را به حرکت درمی‌آورد. به‌این‌ترتیب روغن هیدرولیک به سمت خارج از منطقه مرکزی جریان پیدا می‌کند و به توربین‌ها می‌رسد.
- توربین: توربین به حرکت درآمده نیروی گشتاور موتور را به محورها منتقل می‌کند و باعث حرکت خودرو می‌شود.
- استاتور: این قطعه در مرکز جعبه دنده و درست وسط مبدل گشتاور قرار دارد؛ با تغییر جهت حرکت روغن باعث کاهش اصطکاک پمپ و سرعت حرکت می‌شود.
- روغن هیدرولیک: همان‌طور که در بالا گفته شد نیروی گشتاور پمپ توسط روغن به توربین منتقل می‌شود. بنابراین برای عملکرد مناسب خودرو و به علت کاهش ویسکوزیته روغن، به‌مرور زمان لازم است آن را به‌طور مداوم تعویض نمایید.
مزایای مبدل گشتاور گیربکس
برخی از مزایای مبدل گشتاور گیربکس عبارتند از:
- افزایش طول عمر موتور
- بالا رفتن گشتاور موتور
- امکان توقف خودرو روی حالت دنده بدون خاموش کردن آن
- افزایش عمر قطعات گیربکس