نحوه کار گیربکس اتوماتیک

نویسنده: آرش علیمحمدی 1397/04/13 396
نحوه کار گیربکس اتوماتیک

تا حالا از اینکه جعبه دنده چگونه دنده ‌ها را عوض می ‌کند تعجب کرده‌اید؟ چرا وقتی که ماشین بی ‌حرکت است، موتور خاموش نمی ‌شود؟ ما در اینجا می ‌خواهیم به شما نشان دهیم که ماشین‌ ها چگونه کار می‌ کنند.

جعبه دنده اتوماتیک اینگونه کار می‌کند

جعبه دنده‌ های اتوماتیک چیزی شبیه به یک معجزه سیاه هستند. تعداد بسیار زیادی از قطعات متحرک، درک جعبه دنده‌ ها را بسیار دشوار می ‌کند. اجازه دهید که آن را کمی ساده‌ تر کنیم تا به یک درک پایه‌ ای از نحوه عملکرد جعبه دنده ‌های اتوماتیک برسیم. مبدل گشتاور مبتنی بر سیستم.

موتور ماشین شما در محلی به نام پوسته فلایول به جعبه دنده متصل است. پوسته فلایول شامل یک مبدل گشتاور برای وسایل نقلیه تجهیز شده به جعبه دنده اتوماتیک است برخلاف کلاچ در وسایل نقلیه دستی. مبدل گشتاور یک کوپلینگ (اتصال) سیال است که وظیفه آن اتصال موتور ماشین شما به جعبه دنده و سپس به فرمان خودرو است. جعبه دنده در برگیرنده مجموعه چرخ‌ دنده‌ های سیاره ‌ای است که هر کدام از آن‌ ها مسئول فراهم کردن نسبت دنده‌ های مختلف هستند. برای اینکه بهتر متوجه شویم که چگونه کل سیستم چرخ دنده های اتوماتیک کار می کند، بگذارید یک نگاه به مبدل های گشتاوری و مجموعه چرخ دنده های سیاره ای بیندازیم.

مبدل گشتاوری

اول و مهم تر از همه، موتور شما یک صفحه انعطاف پذیر است (اصولاً یک فلایول برای اتوماتیک) که مستقیماً به مبدل گشتاور متصل است. بنابراین وقتی که میل لنگ می چرخد، مبدل گشتاور هم می چرخد. هدف مبدل گشتاور این است که حالتی را برای اتصال و قطع اتصال قدرت موتور به توده بار را فراهم کند. مبدل گشتاور در سیستم های جعبه دنده ای معمولی جایگزین کلاچ می شود. مبدل گشتاور چگونه کار می کند؟ خب،به ویدیو بالا نگاه کنید. در ویدیو، اصل اساسی در رابطه با کوپلینگ سیال توضیح داده می شود هنگامی که آن را تماشا می کنید به خواندن خود ادامه دهید و ببینید که چگونه یک مبدل گشتاور از کوپلینگ سیال استاندارد متفاوت است.

نحوه کار جعبه دنده اتوماتیک

اجزای اصلی مبدل گشتاور شامل: پروانه (impeller) ، توربین، استاتور(stator) و قفل کننده کلاچ است. پروانه یک قسمت از محفظه مبدل گشتاور است، که به موتور متصل است. و توربین را از طریق نیروهای ویسکوز به حرکت در می آورد. توربین به شفت ورودی گیربکس متصل است. در اصل، موتور پروانه را به حرکت در می آورد و این باعث می شود پروانه نیرویی را بر روی سیال قرار دهد، و در نتیجه باعث به حرکت در آمدن توربین و انتقال گشتاور به گیربکس می شود.

سیال گیربکس در یک حلقه بین پروانه و توربین جریان دارد. کوپلینگ سیال در ویدیوی بالا شدید از هدر رفت سیال رنج می برد (در نتیجه حرارت افزایش می یابد) به طوری که سیال از توربین باز می گردد در سرعت خود دارای یک جزئی است که مخالف چرخش پروانه است. بدین معنی که سیال برگشتی از توربین بر علیه حرکت پروانه ها عمل می کند و در نتیجه در مقابل موتور.

استاتور بین پروانه و توربین قرار می گیرد. هدف استاتور به حداقل رساندن هدر رفت سیال و افزایش خروجی گشتاور به وسیله بازهدایت سیال هنگامی که از توربین به سمت پروانه بر می گردد است. استاتور سیال را هدایت می کند به طوری که بیشتر سرعت آن در جهت پروانه است و باعث بهبود حرکت پروانه می شود، در نتیجه به گشتاور تولید شده توسط موتور افزوده می شود. این توانایی برای افزایش توان گشتاور است و ما آن را به این دلیل مبدل گشتاور می نامیم نه کوپلینگ سیال.

استاتور بر روی یک کلاچ یک طرفه قرار دارد. استاتور می تواند در یک جهت دوران داشته تنها زمانی که توربین و پروانه با یک سرعت تقریباً مشابه حرکت می کنند (مانند هنگام رانندگی در بزرگراه). استاتور یا با چرخش پروانه می چرخد یا اصلاً نمی چرخد. اگر چه استاتور همیشه باعث افزایش گشتاور نمی ‌شود. استاتور هنگامی که شما در حالت ساکن (به عنوان مثال زمانی که شما برای چراغ قرمز ترمز می گیرید) یا در حال شتاب دادن هستید گشتاور بیشتری را برای شما فراهم می کند نه در طول سفر در بزرگراه.

علاوه بر کلاچ یک طرفه در استاتو، برخی از مبدل های گشتاور دارای یک قفل کلاچ هستند که وظیفه آن قفل کردن توربین با مبدل گشتاور است به طوری که توربین و پروانه به صورت مکانیکی با یکدیگر متصل هستند. حذف کردن سیال کوپلینگ و جایگزینی آن با یک اتصال مکانیکی این اطمینان را می دهد که تمام گشتاور موتور به شفت ورودی گیربکس انتقال داده می شود.

نحوه کار جعبه دنده اتوماتیک

پس حالا ما متوجه شدیم که موتور چگونه نیرو را به گیربکس انتقال می دهد، الان زمان آن است که متوجه شویم این لعنتی چگونه دنده را تغییر می دهد. در گیربکس های معمولی، تغییر دنده وظیفه مجموعه چرخ دنده های سیاره ای است. پی بردن به نحوه عملکرد مجموعه چرخ دنده های سیاره ای مقداری دشوار است، پس بگذارید یک نگاه به اساس مجموعه چرخ دنده سیاره ای داشته باشیم.

یک چرخ دنده سیاره ای ( همچنین به عنوان مجموعه چرخ دنده اپی سیکل شناخته می شود) شامل یک چرخ دنده خورشیدی، چرخ دنده های سیاره ای که به دور چرخ دنده خورشیدی دوران می کنند، یک حمال سیاره که به چرخ دنده های سیاره ای متصل است و یک دنده رینگی که در قسمت بیرونی با چرخ دنده های سیاره ای مش[1] شده است. ایده اصلی یک چرخ دنده سیاری ای این است: استفاده از کلاچ ها و ترمز ها، شما می توانید از حرکت کردن اجزای مشخصی جلوگیری کنید. همچنین شما می توانید ورودی و خروجی سیستم را تغییر و بنابراین نسبت کلی دنده را تغییر دهید. به این صورت به آن فکر کنید: مجموعه چرخ دنده سیاره ای به شما این اجازه را می دهد که بدون درگیر کردن دنده های مختلف که تمامی آن ها در حال حاضر درگیر هستند نسبت دنده را تغییر دهید. تمام کاری که شما باید انجام دهید این است که از کلاچ ها و ترمز ها برای تغییر قسمت های ثابت و متحرک استفاده کنید.

نسبت دنده نهایی به این بستگی دارد که کدام جزء ثابت است. برای مثال، اگر دنده رینگی ثابت شده است، نسبت دنده به مقدار قابل ملاحظه ای نسبت به زمانی که دنده خورشیدی ثابت شده است کوتاه تر است. پی بردن کامل به خطرات مرتبط با پلاپینگ در معادله زیر که من آنرا به هر طریق قرار می دهم. معادله پایین به شما نشان می دهد که نسبت های دنده به این بستگی دارد که کدام جزء ثابت شده است و کدام متحرک است. R، C و S به ترتیب نشان دهنده ی دنده رینگی، حمال (حامل دنده سیاره ای) و دنده خورشیدی است. اُمگا به سادگی نشان دهنده سرعت زاویه ای چرخ دهنده ها است، و N تعداد دندان ها است.

نحوه کار جعبه دنده اتوماتیک

روش کار به این صورت است: بگذارید بگوییم ما حمال سیاره ای را ثابت در نظر گرفته ایم و دنده خورشیدی را در ورودی خود قرار داده ایم (بنابراین دنده رینگی خروجی ما است). سیاره ها قادر هستند که چرخش داشته باشند، اما زمانی که حمال نمی تواند حرکت کند آن ها هم نمی توانند حرکت کنند. اوُمگا صفر است، پس سمت چپ معادله بالا صفر می شود. به این معنی وقتی که ما دنده خورشیدی را می چرخانیم، گشتاور را از طریق دنده های سیاره ای به دنده رینگی می رساند. برای اینکه بدانیم نسبت دنده چقدر می تواند باشد، ما به صورت ساده معادله بالا را برای اومگا R/ اومگا S حل می کنیم. ما در نهایت به این می رسیم N-s/N-R، بنابراین نسبت دنده زمانی که ما حمال را ثابت کردیم و دنده رینگی را به عنوان خروجی و دنده خورشیدی را ورودی فرض کردیم و این به سادگی نسبت تعداد دندان های بین دنده خورشیدی و دنده رینگی است. این به صورت منفی است، به خاطر این که دنده رینگی در جهت مخالف دنده خورشیدی می چرخد.

شما همچنین می توانید دنده رینگی را قفل کنید و دنده خورشیدی را به عنوان ورودی قرار دهید و یا می توانید دنده خورشیدی را قفل و حمال را ورودی قرار دهید. با توجه به اینکه شما چه چیز را قفل کرده اید، شما نسبت های دنده متفاوتی خواهید داشت. به طور مثال شما "دنده های" مختلفی خواهید داشت. برای رسیدن به یک نسبت دنده 1:1، شما به سادگی می تواند اجزا را با همدیگر قفل کنید (برای این کار شما فقط لازم است دو جزء را قفل کنید) به طوری که سرعت چرخش میل لنگ برابر با همان سرعتی است که خروجی شفت گیربکس می چرخد.

پس چگونه ترمزها و کلاچ ها برای تغییر دنده حرکت می کنند؟ خب، مبدل گشتاور همچنین وظیفه رانش سیال گیربکس را بر عهده دارد. فشار سیال چیزی است که باعث فعال شدن ترمز ها و کلاچ ها در مجموعه چرخ دنده سیاره ای می شود. نوع پمپ معمولاً از نوع جنراتوری است (یک پمپ دنده ای) به این معنی که یک روتور در محفظه پمپ می چرخد و هنگامی که این روتور می چرخد با محفظه مش می شود. این مش شدگی که ایجاد می شود باعث به وجود آمدن محفظه هایی می شود که حجم را تغییر می دهد. زمانی که حجم افزایش می یابد، یک خلاء ایجاد می شود. این یک پمپ خروجی است. اما زمانی که حجم کاهش پیدا می کند، سیال به وسیله مش های دنده ها فشرده یا پمپ می شود، این خروجی پمپ است. واحد کنترل هیدورلیکی سیگنال های هیدورلیکی را برای تغییر دنده ها (از طریق ترمزها و کلاچ ها) و قفل کردن مبدل گشتاور می فرستد.

توجه کنید که اکثر گیربکس های مدرن از یک ترکیب Ravigneaux دنده سیاره ای استفاده می کنند. این مجموعه دنده دو دنده خورشیدی (یکی کوچک و دیگری بزرگ)، دو مجموعه از سیارات (داخلی و خارجی)، یک حامل سیاره دارد. اساساً این مدل جدید دو مجموعه دنده سیاره ای ساده در یکی است.

 


[1] هنگامی که دندان های دو چرخ دنده به یک دیگر وصل می شوند این حالت را مش شدن می گویند.