انواع گیربکس خودرو

وظیفه اصلی گیربکس های خودرو یا سیستم انتقال قدرت خودرو این است که قدرت را از موتور بگیرد و به چرخ ها منتقل کند. گیربکس یا جعبه دنده از مهمترین بخش های سیستم انتقال قدرت است. انواع مختلفی از گیربکس ها وجود دارد. برخی از گیربکس ها دستی (Manual) و برخی به صورت اتوماتیک یا خودکار (Automatic) می باشند.

بنابراین گیربکس های خودرو را به دو دسته ی اصلی و کلی زیر می توان تقسیم بندی نمود:

• دستی
• اتوماتیک

که در حالت غیر اتوماتیک، راننده بایستی مرحله به مرحله اقداماتی برای تعویض دنده انجام دهد تا خودرو به طور موثر عمل کند.

برای دانستن اینکه گیربکس با چه مکانیزمی و چطور کار می کند، این موضوع بستگی به نوع گیربکس خودرو دارد که در این مقاله به طور مفصل توضیح داده می شود.

وظیفه ی گیربکس خودرو

وظیفه گیربکس این است که نسبت دنده ای را ایجاد کند بین موتور خودرو و چرخ ها، تا سرعت خودرو را تنظیم کند. بدین ترتیب خودرو از سرعت های پایین تا سرعت های بالا می تواند حرکت کند.

هنگامی که خودرو می ایستد، سیستم انتقال قدرت ارتباط بین موتور خودرو و چرخ ها را قطع میکند. بنابراین موتور خودرو می‌تواند روشن باشد در حالیکه چرخ ها هیچ حرکتی نکنند. گیربکس همچنین باعث میشود خودرو خیلی سریع شتاب بگیرد.

در ادامه انواع گیربکس های خودرو را بررسی می نماییم و با طرز کار آن ها و همچنین مزایا و معایب گیربکس های خودرو آشنا می شویم.

1- گیربکس دستی (Manual Transmission)

اولین نوع از گیربکس های خودرو، گیربکس های دستی هستند که شامل پدال کلاچ و دسته دنده می باشد. که راننده برای تعویض دنده باید از آنها استفاده کند. این نوع گیربکس شامل مجموعه هایی از چرخ دنده هاست، که در راستای دو محور (Shaft) نصب شده اند. نام این دو محور:

• Input Shaft
• Output Shaft

در این نوع گیربکس خودرو، راننده باید تصمیم بگیرد که دنده مناسب را انتخاب نماید. سیستم انتقال قدرت از یک Pressure Plate, Flywheel و کلاچ تشکیل شده است. که برای قطع و وصل کردن از سیستم انتقال قدرت مورد استفاده قرار می گیرد. Flywheel و Pressure Plate به موتور خودرو وصل می شوند، و کلاچ در واقع بین آن ها قرار دارد و قدرت موتور را به شفت ورودی گیربکس منتقل می کند.

با فشردن کلاچ، Pressure Plate آزاد می‌شود که منجر به جدا شدن کلاچ از موتور میگردد. هر بار که نیاز به تعویض دنده باشد، راننده باید کلاچ را فشار دهد.

مزایای گیربکس های دستی

از مزایای گیربکس های دستی می توان به موارد زیر اشاره کرد:

• مناسب برای شرایط Off-Road
• قابلیت اطمینان بالا
• نگهداری و تعمیر آسان تر نسبت به سایر انواع گیربکس های خودرو

معایب گیربکس های دستی

و از معایب گیربکس های دستی:

• هرکس راحت نمی تواند استفاده کند
• هنگام رانندگی تلاش بیشتری نیاز است

2- گیربکس دستی هوشمند IMT(Intelligent Manual Transmission)

از دیگر انواع گیربکس خودرو می‌توان به گیربکس های دستی هوشمند (Intelligent Manual Transmission) اشاره کرد. که یک گیربکس دنده دستی است، با این تفاوت که کلاچ ندارد. و در این نوع گیربکس خودرو، فرایند کلاچ گرفتن به صورت اتوماتیک انجام می شود. راننده فقط کافیست که دنده را عوض کند بدون اینکه نیاز به گرفتن کلاچ باشد. چرا که اصلا پدال کلاچی در این سیستم گیربکس وجد ندارد، و فرآیند کلاچ گرفتن به صورت اتوماتیک است.

مزایای گیربکس های دستی هوشمند

از مزیت این گیربکس ها نسبت به گیربکس های اتوماتیک که در ادامه به آنها می پردازیم، این است که راننده روی خودرو کنترل کامل دارد. بدین معنی که تنها فرایند کلاچ گرفتن به صورت اتوماتیک انجام می شود. و این راننده است که تصمیم می گیرد خودرو با چه دنده ای حرکت کند. در صورتی که در گیربکس خودرو از نوع اتوماتیک، نرم‌افزار تصمیم میگیرد که چه دنده ای مناسب شرایط خودرو است.

مزیت دیگر این نوع از گیربکس ها این است که هزینه های تعمیر و نگهداری این نوع از گیربکس های خودرو نسبت به سایر انواع گیربکس ها کمتر است.

معایب گیربکس های دستی هوشمند

از معایب این نوع گیربکس ها خودرو میتوان به نرم نبودن تغییر دنده اشاره کرد.

3- گیربکس دستی اتوماتیک شده Automated Manual Transmission (AMT)

ممکن است نام این نوع از گیربکس ها کمی گیج کننده به نظر برسد، و شاید این فکر را بکنید که در نوشتن نام این نوع گیربکس اشتباهی صورت گرفته است. اما ترجمه دقیق این نوع از گیربکس ها به همین صورت است: گیربکس های دستی اتوماتیک شده!

تفاوت اصلی این نوع از گیربکس های خودرو با گیربکس های اتوماتیک این است که مکانیزم گیربکس های دستی اتوماتیک شده دقیقاً مشابه گیربکس های دستی است. یعنی یک سری چرخ دنده روی دو محور قرار دارند. در حالی که در گیربکس های اتوماتیک مکانیزم متفاوتی به کار رفته است و از سیستم چرخ دنده های خورشیدی بهره می برد. حال به بررسی گیربکس های خودرو از نوع دستی اتوماتیک شده یا AMT می‌پردازیم.

همانطور که گفته شد در این نوع از گیربکس های خودرو، مجموعه ای از چرخ دنده ها روی دو محور قرار دارند. دقیقا مشابه مکانیزم گیربکس های دستی با این تفاوت که در این نوع از گیربکس ها، سنسورها و عملگرها فرایند انتخاب دنده، کلاچ گرفتن و در نهایت تعویض دنده را انجام می دهند و این فرآیند کاملا اتوماتیک است.

در گیربکس های خودرو از نوع دستی اتوماتیک شده این امکان وجود دارد که تعویض دنده به صورت دستی نیز انجام گیرد. و راننده می تواند سیستم را از حالت اتوماتیک خارج کند. بدین صورت که با جابجا کردن دنده به سمت بالا یک دنده اضافه میشود، و با حرکت دادن دسته دنده به سمت منفی یا پایین یک دنده معکوس گرفته می شود. در گیربکس های AMT از کامپیوتر و سیستم های هیدرولیکی ای که به واحدهای الکترونیکی کنترلی یا همان ECU متصل هستند بهره می برد. الگوی تغییر دنده از قبل برنامه ریزی می شود و معمولاً بر اساس rpm یا دور موتور خودرو این برنامه نویسی تغییر دنده طراحی می شود.

مزایای گیربکس های AMT

از مهمترین مزایای این گیربکس ها نسبت به گیربکس های دستی می توان به راحتی آنها اشاره کرد. چرا که راننده نه نیاز به کلاچ گرفتن دارد، و نه حتی دنده را عوض می کند. و فقط با پدال های گاز و ترمز برای رانندگی نیاز دارد. پس در ترافیک و سفرهای طولانی خستگی را کاهش میدهد.

از طرف دیگر گیربکس های اتوماتیک مصرف سوخت کمتری دارند. چرا که با برنامه ریزی دقیق و تعویض دنده های به موقع و حساب شده از ماکزیمم توان موتور خودرو استفاده می کند.

معایب گیربکس های AMT

اما از معایب گیربکس های خودرو از نوع دستی اتوماتیک شده این است که از آنجایی که تعویض دنده بر اساس دور موتور یا rpm خودرو صورت میگیرد، گیربکس به صورت خودکار و بر اساس برنامه هنگام شتاب گیری، دنده های بالا را انتخاب می کند. و این ممکن است در موقعیت هایی مثل معکوس کشیدن برای جلو زدن از خودروهای دیگر، مناسب نباشد.

4-گیربکس های اتوماتیک Automatic Transmission

در گیربکس های اتوماتیک، از سیستم چرخ دنده های خورشیدی استفاده می شود. این گیربکس ها فرایند تعویض دنده را به صورت اتوماتیک انجام می دهند. و راننده کافیست هنگام رانندگی با پدال های گاز و ترمز، خودرو را کنترل کند. در سیستم انتقال قدرت از نوع اتوماتیک موتور خودرو به یک مبدل گشتاور یا Torque Converter متصل است، که بعد به یک سیستم گیربکس وصل میشود و در نهایت انتقال قدرت به چرخ ها صورت می گیرد.

مبدل گشتاور یا Torque Converter چیست؟

Torque Converter یک عضو حیاتی و مهم در سیستم گیربکس اتوماتیک است. داخل آن اجزایی قرار دارند که به صورت هماهنگ با هم کار میکنند. و در قسمت بیرونی آن Flywheel قرار دارد که به موتور متصل است. دوران موتور باعث ایجاد جریان سیالی میشود که توربینی را به چرخش در می آورد. این توربینی که با موتور خودرو دوران می کند به شفتی متصل است و این شفت نیز به سایر سیستم گیربکس وصل میشود. سپس انرژی به سیستم گیربکس منتقل می گردد.

اجزای گیربکس خورشیدی

در سیستم گیربکس خورشیدی، یک چرخ دنده مرکزی به نام چرخ دنده خورشیدی یا Sun Gear قرار دارد. و چرخ دنده هایی که حول چرخ دنده وسط هستند، به نام چرخ دنده های سیاره ای یا Planetary Gears شناخته می شوند. و تمام این مجموعه توسط یک چرخنده بزرگ به نام چرخ دنده Ring احاطه می گردد.

نکته ای که وجود دارد این است که چرخ دنده های سیاره ای از نظر اندازه کوچکتر از چرخ دنده خورشیدی هستند. سرعتی که چرخ دنده خورشید با آن دوران می کند کمتر از سرعت چرخ دنده های سیاره ای است و این باعث میشود که چرخ دنده رینگ با سرعت بیشتری نسبت به چرخ دنده خورشیدی دوران کند. مجموعه این چرخ دنده ها و اجزا، سیستم گیربکس اتوماتیک را تشکیل می دهد.

اولین خودرو دارای گیربکس اتوماتیک

اولین بار از این سیستم گیربکس اتوماتیک در سال 1940 استفاده شد که روی خودروی Hydramatic Oldsmobile نصب گردید.

مزایای گیربکس های اتوماتیک

• راحتی در استفاده
• رانندگی راحت بدون خستگی

معایب گیربکس های اتوماتیک

• دارای سیستم پیچیده شامل اجزای زیاد می باشد، بنابراین احتمال خرابی در این نوع از گیربکس ها بالا است
• هزینه نگهداری و تعمیر بالا نسبت به گیربکس های دستی

5- گیربکس های متغیر پیوسته Continuously Variable Transmissions (CVT)

این گیربکس ها بر اساس مکانیزم پولی و تسمه کار می کنند، که در ابتدا در خودروهای کوچک با موتور های کوچک مورد استفاده قرار می گرفت.  گیربکس های CVT به مدت طولانی و طی سال های زیادی در خودرو های برفی استفاده می شد و به مرور در خودروهای هیبریدی مورد استقبال شرکت خودروسازی قرار گرفت. گیربکس های خودرو از نوع CVT، اتوماتیک هستند اما با طرز کار و مکانیزمی کاملا متفاوت با گیربکس های اتوماتیک. در واقع اصلا چرخ دنده در این نوع گیربکس ها وجود ندارد. بنابراین استفاده از واژه گیربکس شاید اشتباه باشد!!! پس طرز کار آن ها به چه صورت است؟

طرز کار گیربکس های متغیر پیوسته یا CVT در خودروها

در گیربکس های CVT از سیستم تسمه و پولی برای تغییر نسبت دنده استفاده میشود. کامپیوتری که در این خودروها وجود دارد وظیفه اینکه چطور موقعیت پولی ها را تنظیم کند، بر عهده دارد. بدین ترتیب نسبت دنده مناسب بر اساس موقعیت های رانندگی متفاوت ایجاد میشود. یکی از پولی ها به موتور خودرو متصل است، و دیگری قدرت را به چرخ ها منتقل میکند.

مزایای گیربکس های CVT

• رانندگی نرم: چرا که چرخ دنده ای در این نوع گیربکس وجود ندارد عوض شود، و تغییر نسبت دنده به صورت پیوسته توسط سیستم پولی و تسمه انجام می گیرد
• مصرف سوخت بهینه: زیرا موتور خودرو همیشه در حالت بهینه کار میکند

معایب گیربکس های CVT

در شرایط خارج جاده یا off-road قابل استفاده نیست

6-گیربکس نیمه اتوماتیک Semi-Automatic Transmission

یک نوع گیربکس دستی بدون کلاچ است، که نسبت به گیربکس های اتوماتیک یک مزیت خیلی خوب دارند! و آن این است که انتخاب دنده مناسب توسط خود راننده صورت می گیرد.

پیشتر گفتیم که در گیربکس های دستی یا Manual، راننده باید پدال کلاچ را بگیرد و بعد دنده را عوض کند. اما در گیربکس های Semi-Automatic به جای این که راننده کلاچ بگیرد، یک کامپیوتر با استفاده از سنسور ها و پردازش اطلاعات کلاچ را می گیرد تا راننده دنده را عوض کند.

مزیت گیربکس های نیمه اتوماتیک

• تعویض دنده نرم تر نسبت به گیربکس های دستی

معایب گیربکس های نیمه اتوماتیک

• پیچیدگی سیستم: که باعث میشود احتمال خرابی زیاد شود
• هزینه های نگهداری و تعمیر بیشتر نسبت به گیربکس های دستی

7- گیربکس های دو کلاچه Dual-Clutch Transmission

در این نوع گیربکس خودرو، کلاچ های جدا از هم برای دنده های زوج و فرد وجود دارد. که باعث میشود تعویض دنده خیلی سریع انجام پذیرد.

این سیستم هم برای گیربکس های اتوماتیک و هم گیربکس های دستی وجود دارد، که شامل پدال های تعویض دنده روی فرمان نیز است. این سیستم انتقال قدرت نسبتاً گران قیمت هستند و روی خودروهای اسپرت بیشتر یافت می شوند.