گیربکس چگونه کار می‌کند؟

گیربکس چیست؟

گیربکس خودرو، سیستمی است که وظیفهٔ انتقال گشتاور یا نیروی موتور به چرخ‌ها را بر عهده دارد. گیربکس به عنوان یک قطعهٔ مهم در سیستم نقل و انتقال قدرت خودرو عمل می‌کند و امکان تغییر نسبت دورانی بین موتور و چرخ‌ها را فراهم می‌کند.

وظیفهٔ اصلی گیربکس خودرو، تغییر نسبت دورانی بین موتور و چرخ‌ها است. با تغییر نسبت دورانی، گشتاور موتور به چرخ‌ها منتقل می‌شود تا خودرو بتواند با کارایی مناسب در شرایط مختلف حرکت کند. به عنوان مثال، در شرایط استارت یا تسلط در مسیر صعب‌العبور، نیاز به گشتاور بیشتر در چرخ‌ها وجود دارد، در حالی که در سرعت‌های بالا، نیاز به سرعت و کارایی بیشتر است.

گیربکس خودرو معمولاً شامل دنده‌ها یا حالت‌های مختلف است که نسبت دورانی را تغییر می‌دهند. نوع گیربکسها ممکن است متغیر باشد و شامل گیربکس‌های دستی (دنده‌دستی) یا گیربکس‌های اتوماتیک (دنده‌ای) باشد. همچنین، برخی خودروها از گیربکس‌های دو سرعته، گیربکس‌های متغیر پیوسته (CVT) و گیربکس‌های اتوماتیک با دنده‌های متعدد (مانند دنده‌های پدال شیفت) نیز استفاده می‌کنند.

در کل، گیربکس خودرو با تغییر نسبت دورانی میان موتور و چرخ‌ها، امکان کنترل سرعت و گشتاور خروجی را فراهم می‌کند و برای عملکرد مطلوب خودرو بسیار اهمیت دارد.

انواع گیربکس خودرو

گیربکس‌های خودرو به صورت کلی در چند نوع اصلی دسته‌بندی می‌شوند. در ادامه، انواع گیربکس‌های خودرو را بررسی خواهیم کرد:

1. گیربکس دستی (دنده‌دستی): در این نوع گیربکس، راننده با استفاده از دسته دنده‌ها، نسبت دورانی را تغییر می‌دهد. معمولاً این گیربکس‌ها شامل دنده‌های قدمی معکوس (عقب)، دنده‌های جلو و دنده نقل مکانی (نقل مکانی استاندارد) هستند. راننده با تغییر دنده‌ها و استفاده از کلاچ، نسبت دورانی را تغییر می‌دهد.

2. گیربکس اتوماتیک: در این نوع گیربکس، تغییر نسبت دورانی خودکار و بدون نیاز به دخالت راننده اتفاق می‌افتد. این گیربکس‌ها معمولاً شامل ترمزهای هیدرولیکی یا الکترونیکی برای تغییر دنده‌ها هستند. گیربکس اتوماتیک راحتی بیشتری در رانندگی ارائه می‌دهد و معمولاً در خودروهای لوکس و اسپرت استفاده می‌شود.

3. گیربکس متغیر پیوسته (CVT): در گیربکس CVT، نسبت دورانی به صورت پیوسته و بدون سطوح دنده‌بندی تغییر می‌کند. این نوع گیربکس از بکارگیری روله‌ها یا منواژه‌ها برای تغییر نسبت دورانی استفاده می‌کند. گیربکس CVT برای بهبود کارایی مصرف سوخت و انتقال صاف و بی‌رگبار قدرت مناسب است.

4. گیربکس نیمه اتوماتیک: این نوع گیربکس ترکیبی از گیربکس دستی و اتوماتیک است. گیربکس نیمه اتوماتیک دارای سیستم کنترل الکترونیکی است که به راننده اجازه می‌دهد بین حالت دستی و اتوماتیک تغییر کند.

5. گیربکس دو سرعته: گیربکس دو سرعته در واقع دو گیربکس مجزا با دو دنده‌بندی مختلف است. این نوع گیربکس در برخی خودروهای ون و کامیون‌ها استفاده می‌شود تا برای شرایط باربری و سرعت‌های پایین، گشتاور بیشتری فراهم کند.

علاوه بر اینها، تکنولوژی‌های پیشرفته‌تری مانند گیربکس داز علاوه بر اینها، تکنولوژی‌های پیشرفته‌تری مانند گیربکس های هیدرواستاتیکی (Hydrostatic Transmission) و گیربکس های الکتریکی نیز وجود دارند که در برخی خودروهای الکتریکی و هیبریدی استفاده می‌شوند. این گیربکس‌ها بر اساس فناوری‌های مختلفی مانند موتورهای الکتریکی و سیستم‌های هیدرولیکی عمل می‌کنند.

همچنین، برخی خودروها از سیستم‌های ترنساکسل (Transfer Case) استفاده می‌کنند که نسبت دورانی بین محورهای جلو و عقب را تغییر می‌دهند. این سیستم‌ها معمولاً در خودروهای دارای سیستم دیفرانسیل چهار چرخ محرک (Four-Wheel Drive) و سیستم های مرتبط با آن مانند سیستم های عیب یابی قدرت خروجی چرخ ها (Axle Disconnect Systems) مورد استفاده قرار می‌گیرند.

مهمترین نوع گیربکس که در خودروهای معمولی استفاده می‌شود، گیربکس دستی و گیربکس اتوماتیک هستند. انتخاب نوع گیربکس مناسب بر اساس نیازها و ترجیحات شما، نوع خودرو و شرایط رانندگی مختلف متفاوت است.

اجزای تشکیل دهنده گیربکس خودرو

گیربکس خودرو از اجزای مختلف تشکیل شده است که هرکدام وظایف خاص خود را دارند. در زیر، اجزای تشکیل دهندهٔ گیربکس خودرو را بررسی می‌کنیم:

1. شافت و روتور: در گیربکس خودرو، دو شافت اصلی وجود دارد: شافت ورودی (Input Shaft) و شافت خروجی (Output Shaft). شافت ورودی با اتصال به موتور، گشتاور و نیرو را وارد گیربکس می‌کند. سپس گیربکس، نیرو را از طریق شافت خروجی به چرخ‌ها منتقل می‌کند.

2. دنده‌ها: دنده‌ها برای تغییر نسبت دورانی استفاده می‌شوند. آنها به شافت ورودی و شافت خروجی متصل می‌شوند و با جابه‌جا کردن دنده‌ها، نسبت دورانی بین موتور و چرخ‌ها تغییر می‌کند. دنده‌ها معمولاً به صورت دنده‌های متحرک و ثابت طراحی شده‌اند.

3. کلاچ: کلاچ یا سیستم کلاچ (Clutch) وظیفهٔ اتصال و قطع اتصال بین موتور و گیربکس را دارد. هنگام تغییر دنده یا آغاز حرکت خودرو، کلاچ اتصال را قطع می‌کند تا گیربکس قادر به تغییر نسبت دورانی باشد.

4. دیفرانسیل: دیفرانسیل (Differential) وظیفهٔ توزیع نیرو بین چرخ‌های راننده را دارد. در خودروهای با دو چرخ محرک (Two-Wheel Drive)، دیفرانسیل در محور عقب قرار دارد و در خودروهای چهار چرخ محرک (Four-Wheel Drive)، دیفرانسیل در هر دو محور جلو و عقب وجود دارد.

5. صفحه نیرو (Flywheel): صفحه نیرو در اتصال موتور به کلاچ نقش دارد. این قطعه، گشتاور موتور را به کلاچ منتقل می‌کند.

6. سیستم هیدرولیکی و الکترونیکی: برخی از گیربکس‌ها دارای سیستم هیدرولیکی یا الکترونیکی هستند که وظیفهٔ کنترل تغییر دنده‌ها و عملکرد گیربکس را بر عهده دارند. این سیستم‌ها شامل سنسورها، اکتوآتورها، و واحدهای کنترلی مربوطه است.

7. روغن گیربکس: روغن گیربکس، برای روان کردن و حفظ عملکرد صحیح گیربکس استفاده میشود. روغن گیربکس درون گیربکس قرار می‌گیرد و وظیفهٔ خنک‌کنندگی قطعات، حفظ روانی حرکت دنده‌ها و کاهش سایش و سایر عملکردهای مربوطه را دارد.

این عناصر فقط بخشی از اجزای تشکیل دهندهٔ گیربکس خودرو هستند و بسته به نوع و سیستم گیربکس (مانند دستی یا اتوماتیک)، ممکن است اجزای دیگری نیز در گیربکس وجود داشته باشد.

گیربکس خودرو چه وظیفه‌ای بر عهده دارد؟

گیربکس خودرو وظایف مهمی را بر عهده دارد. به طور کلی، وظایف اصلی گیربکس خودرو عبارتند از:

1. تغییر نسبت دورانی: وظیفه اصلی گیربکس خودرو تغییر نسبت دورانی بین موتور و چرخ‌ها است. با تغییر نسبت دورانی، گیربکس قادر است با توجه به شرایط رانندگی، سرعت خودرو را کنترل کند. با تغییر به نسبت دورانی بالاتر، سرعت خودرو افزایش می‌یابد و با تغییر به نسبت دورانی پایین‌تر، سرعت خودرو کاهش می‌یابد. این کار با تغییر دنده‌ها در گیربکس صورت می‌گیرد.

2. تأمین گشتاور: گیربکس خودرو نقش مهمی در تأمین گشتاور مورد نیاز برای حرکت خودرو ایفا می‌کند. با تغییر نسبت دورانی، گیربکس قادر است گشتاور موتور را تا حداکثر توان موتور به چرخ‌ها منتقل کند. در شروع حرکت، معمولاً از نسبت دورانی با گشتاور بالا استفاده می‌شود تا خودرو به راحتی حرکت کند. در سرعت‌های بالا، از نسبت دورانی با گشتاور کمتر استفاده می‌شود تا سرعت خودرو را حفظ کرده و مصرف سوخت را بهینه کند.

3. تطبیق بهینه نیرو: گیربکس خودرو به راننده امکان می‌دهد نیروی موتور را به میزان مناسبی به چرخ‌ها منتقل کند. با تغییر دنده‌ها، گیربکس قادر است نیروی موتور را به‌صورت بهینه توزیع کند تا خودرو در شرایط مختلف مانند صعود یا نزول توانایی حرکت داشته باشد.

4. تسهیل رانندگی: گیربکس خودرو برای رانندگی راحت‌تر نیز مؤثر است. با توجه به شرایط رانندگی و نیازهای راننده، گیربکس امکان تغییر دنده‌ها را فراهم می‌کند. به عنوان مثال، در موقعیت‌های ترافیک شلوغ، استفاده از نسبت دورانی کمتر می‌تواند کنترل بهتری بر خودرو و تسهیل توقف و حرکت متناوب را فراهم کند.

به طور کلی، گیربکس خودرو وظایف تغییر نسبت دورانی، تأمین گشتاور مناسب، تطبیق بهینه نیرو و تسهیل رانندگی را بر عهده دارد.

نحوه عملکرد گیربکس اتوماتیک

گیربکس اتوماتیک یک سیستم پیچیده است که به طور خودکار نسبت دنده‌ها را تغییر می‌دهد، بدون نیاز به دخالت دستی راننده. عملکرد گیربکس اتوماتیک به طور کلی به مراحل زیر تقسیم می‌شود:

1. سیستم هیدرولیکی و الکترونیکی: گیربکس اتوماتیک دارای سیستم کنترل هیدرولیکی و الکترونیکی است که با استفاده از سنسورها و اکتوآتورها، عملکرد گیربکس را کنترل می‌کند. این سیستم‌ها اطلاعاتی مانند سرعت خودرو، گشتاور موتور، فشار روغن و سایر پارامترهای مرتبط را می‌سنجند و بر اساس آنها تصمیم‌گیری می‌کنند.

2. تشخیص و حالت‌های گیربکس: سیستم کنترل گیربکس اتوماتیک می‌تواند با تحلیل اطلاعات حسگرها، حالت‌های مختلف گیربکس را تشخیص دهد. حالت‌های معمول شامل پارکینگ (P)، عقب (R)، خنثی (N)، رانندگی (D) و سرعت‌های دستی (مانند 1، 2، 3 و غیره) است.

3. تغییر دنده‌ها: بر اساس نیازهای راننده و شرایط رانندگی، سیستم کنترل گیربکس تصمیم می‌گیرد که نسبت دنده را تغییر دهد. این تغییر دنده‌ها به صورت خودکار اتفاق می‌افتد و معمولاً بر اساس سرعت خودرو، گشتاور موتور و سایر پارامترهای مشابه تعیین می‌شود.

4. کلاچ: در گیربکس اتوماتیک، کلاچ‌ها درون گیربکس وجود دارند و وظیفهٔ اتصال و قطع اتصال بین شافت‌ها و دنده‌ها را دارند. در هر لحظه، تنها یک کلاچ در حال اتصال است، که به دنده مورد نظر متصل می‌شود.

5. تقویت گشتاور: برخی از گیربکس‌های اتوماتیک دارای سیستم تقویت گشتاور هستند. این سیستم‌ها با استفاده از ترانسمیشن هیدرولیکی یا ترانسفرماتور برقی، گشتاور موتور را تقویت کرده و به گیربکس منتقل می‌کنند. این امر بهبود قدرت شتاب‌دهی خودرو را فراهم می‌کند.

6. کنترل ترمز و گاز: در برخی سیستم‌های گیربکس اتوماتیک، عملکرد ترمز و گاز نیز به صورت خودکار کنترل می‌شود. بر اساس شرایط رانندگی و سیستم کنترل گیربکس، سیستم می‌تواند ترمز را فعال کند یا گاز را کاهش دهد تا نسبت دورانی بهینه برای شرایط فعلی حفظ شود.

7. سیستم تشخیص خطا: گیربکس اتوماتیک معمولاً دارای سیستم تشخیص خطا است که می‌تواند مشکلات و خطاهای احتمالی را تشخیص دهد. در صورتی که سیستم تشخیص خطا خطایی را تشخیص دهد، ممکن است به حالت اضطراری (مانند حالت لیمپ مد) بروید و تنظیمات خاصی اعمال شود.

گیربکس اتوماتیک با استفاده از سیستم‌های پیچیده و متعددی که با هم هماهنگی می‌کنند، تغییر دنده‌ها را به طور خودکار و بهینه انجام می‌دهد. این سیستم‌ها برای راحتی و رانندگی آسانتر، بهبود عملکرد خودرو و بهبود کارایی سوخت طراحی شده‌اند.

نحوه عملکرد گیربکس دستی (دنده‌ای)

گیربکس دستی، که به طور عمومی به عنوان گیربکس دنده‌ای نیز شناخته می‌شود، نوعی گیربکس است که نسبت دنده‌ها را به صورت دستی توسط راننده تغییر می‌دهد. عملکرد گیربکس دستی به شکل زیر است:

1. دنده‌ها و نسبت‌ها: گیربکس دستی شامل مجموعه‌ای از دنده‌ها است که هر کدام دارای نسبت دنده‌ای خاصی هستند. دنده‌ها معمولاً با استفاده از یک شافت به موتور متصل شده‌اند. با تغییر دنده، نسبت دورانی بین موتور و چرخ‌ها تغییر می‌کند. دنده‌های معمول شامل اولی، دومی، سومی، چهارمی، پنجمی و معمولاً دندهٔ عقب (R) هستند.

2. کلاچ: گیربکس دستی دارای کلاچ‌هایی است که وظیفهٔ اتصال و قطع اتصال بین شافت‌ها و دنده‌ها را بر عهده دارند. هنگامی که راننده دنده را تغییر می‌دهد، کلاچ متصل یا قطع می‌شود تا نسبت دورانی بین شافت‌ها تغییر کند.

3. دسته دنده: راننده با استفاده از دسته دنده که در کنسول مرکزی یا در کنار فرمان قرار دارد، نسبت دنده را تغییر می‌دهد. دسته دنده دارای موقعیت‌های مختلفی است که معمولاً شامل نقطهٔ خنثی (N)، دندهٔ عقب (R) و دنده‌های مختلف (مانند 1، 2، 3 و غیره) می‌شود. با جابه‌جایی دسته دنده به موقعیت مورد نظر، راننده نسبت دنده را تغییر می‌دهد.

4. کنترل پیچیده: استفاده از گیربکس دستی نیاز به مهارت و تجربه راننده دارد. راننده باید درست تشخیص دهد کدام نسبت دنده در شرایط مختلف رانندگی مناسب است. برای مثال، برای شروع حرکت از حالت صفر (نقطهٔ خنثی) به دندهٔ اول و برای افزایش سرعت به دنده‌های بالاتر تغییر داده می‌شود. همچنین، در صورت لزوم تغییر دنده به دندهٔ عقب (R) برای حرکت به عقب انجام می‌شود.

5. کارایی سوخت: گیربکس دستی معمولاً به عنوان گزینه‌ای با کارایی سوخت بهتر در مقایسه با گیربکس اتوماتوماتیک استفاده می‌شود. زیرا در گیربکس دستی، راننده می‌تواند نسبت دنده را به صورت دستی و به مراتب بهینه تر تغییر دهد و به سرعت و نیروی مورد نیاز برای شرایط رانندگی خاصی پاسخ دهد. همچنین، در برخی موارد مانند کاهش سرعت با استفاده از موتور برای کنترل سرعت نزولی در کوهستان‌ها، استفاده از دنده معکوس (R) برای حرکت به عقب و ترمز موتور کاربرد دارد.

از آنجا که دستی بودن گیربکس نیازمند دقت و توجه راننده است، این نوع گیربکس برای کسانی که با آن آشنایی و تجربه کافی ندارند یا در شرایط ترافیک شلوغ و استرس زا قرار دارند، ممکن است منجر به خستگی بیشتر شود. همچنین، نیاز به تعویض دستی دنده در صورت تغییر نسبت دنده‌ها وجود دارد که زمان بر و ممکن است در برخی موارد خطای انسانی رخ دهد.

در مجموع، عملکرد گیربکس دستی بر اساس تغییر دنده‌ها توسط راننده است و نسبت دورانی بین موتور و چرخ‌ها را تغییر می‌دهد، اما نیازمندی‌های مهارتی و توجه بالا از سوی راننده دارد.