دانلود مقاله گیربکس اتوماتیک خودرو

با علم به این که محدودیت در منابع مواد اولیه و شرایط زیست محیطی عواملی هستند که امروزه همه اختراعات و پیشرفتها را تحت تاثیر قرار می دهند ولی در کنار این عوامل، رفاه بیشتر همیشه مدنظر بوده است.

گیربکس‌های اتوماتیک که از اواخر دهه 40 میلادی در اتومبیلهای آمریکایی عرضه شدند تاکنون سیر تکاملی بسیار طولانی را پیموده‌اند.

راحتی استفاده از این گیربکس‌ها و نیز استهلاک کمتر گیربکس و مجموعه های مرتبط با آن، بسیاری رانندگان را به قبول هزینه بیشتر خرید و نگهداری آنها ترغیب می‌کند.

هدف این پروژه معرفی و بررسی ساختار و عملکرد قسمتهای اصلی گیربکس اتوماتیک خودروهای سبک است.

برای یک بررسی اجمالی ، گیربکس‌ اتوماتیک درسه جزء اصلی در نظر گرفته شده است:
1-مبدل گشتاور
2-مجموعه چرخدنده های سیاره‌ای و عملکرد آنها
3-سایر ابزارها و وسیله‌های به کار رفته در ارتباط با اجزای قبلی، و در فصل آخر محاسبات طراحی یک گیربکس نمونه، به طور محدود انجام شده است.

اگر حرکت خودروها فقط با سرعت زیاد صورت می‌گرفت و نیز حرکت فقط در جاده‌های مسطح انجام می‌شد در این صورت اگر قدرت تولیدی موتور مستقیما به چرخها منتقل می‌شد، موتور قادر بود تا اتومبیل را به حرکت درآورد اما وقتی که خودرو می‌خواهد از حال سکون شروع به حرکت نماید و یا هنگامی که در سربالائی تند در حرکت است موتور قادر به تامین گشتاور مورد نیاز برای به حرکت در آوردن چرخها، نخواهد بود در این جاست که نیاز به یک سیستم افزایش دهنده گشتاور احساس می‌شود همین احساس نیاز باعث شده است تا وسیله‌ای بنام گیربکس ابداع شود و همانند یک اهرم مکانیکی عمل می‌کند و با افزایش گشتاور، سرعت را کاهش می‌دهد و برعکس.

وقتی مسیر انتقال قدرت در خودرو را در نظر بگیریم می‌بنییم که گیربکس در این مسر نقش یک عضو واسطه را دارد، یعنی نه تولید کننده توان است و نه مصرف کننده آن.

مسیر انتقال قدرت، شامل اجزاء محرک بین فلایویل موتور و چرخهای محرک می‌باشد.

که شامل کلاچ، گیربکس،‌ کاردان ، قفل کاردان،‌دیفرانسیل و اکسل عقب می‌باشد.

در این مسیر قدرت، نسبت دنده‌های گیربکس و دیفرانسیل به کار برده شده تا دور موتور را کنترل نموده و گشتاور لازم را تولید نماید.

گیربکس یک تغییر دهنده گشتاور است و متناسب با بار وسیله نقلیه،‌گشتاور و دور خروجی از موتور را تغییر می‌دهد.

منظوراز گشتاور عبارت است از نیروی پیچشی که برای چرخاندن محور بر آن وارد می‌شود.

(اشکال الف و ب)
شکل الف: برای حرکت اتومبیل به گشتاور نیاز است.

گشتاور عبارتست از نیروی پیچش وار به محور که
در شکل با دست نشان داده شده است.

شکل ب: برای به حرکت درآوردن اتومبیل در
سربالایی گشتاور موتور کافی نیست و باید
آن را با یک وسیله مبدل گشتاور افزایش داد.

در
این شکل نیروی پیچش دست از طریق دنده
افزایش حاصل نموده است.

به طور کلی گیربکس اعم از دستی یا اتوماتیک نقش عمده‌ای در عملکرد (performance) اتومبیل دارد منظور از عملکرد آن دسته از خصوصیات اتومبیل است که به صورت کمی قابل بیان هستند مانند سرعت و شتاب، خصوصیات دینامیکی نظیر قابلیت هدایت و کنترل (Handling) یا کیفیت سواری (Ride) که به صورت کیفی ارزیابی می‌شوند جزو عملکرد اتومبیل منظور نمی‌شوند.

به همین ترتیب وقتی صحبت از عملکرد موتور اتومبیل می‌شود کمیاتی چون قدرت (Power) و گشتاور (Torque) تولید شده توسط موتور مورد نظر است و کیفیاتی چون نرمی و یا خشن بودن کارکرد موتور جزو عملکرد آن در نظر گرفته نمی‌شود.

گیربکس اتوماتیک تمام وظایف گیربکس دستی را به نحو احسن انجام می‌دهد و علاوه بر آن دارای مزایای است که بارزترین آن راحتی رانندگی با اتومبیلهای دارای گیربکس اتوماتیک است و این برای انسان رفاه طلب امروزی،‌مطلوب‌تر است.

دیگر مزیت گیربکس اتوماتیک در اینست که چون ارتباط بین موتور و گیربکس از طریق ناز بالشی به نام مبدل گشتاور صورت می‌گیرد و هیچ ارتباط صلب و مکانیکی بین این دو وجود ندارد به همین دلیل ضربه‌ها و ارتعاشات چه از جانب موتور و چه از جانب چرخها وقتی به مبدل می‌رسند، خنثی شده و از بین می‌روند.

این خصیصه باعث می‌شود تا استهلاک اجزای گیربکس و مجموعه های مرتبط با آن بسیار کاهش پیدا کند.

گیربکس‌های اتوماتیک با این خصیصه‌های ارزشمند روز به روز مسیر تکامل و پیشرفت را در صنعت خودروسازی طی کرده‌اند و از مدلهای اولیه که دارای اهرم تعیین وضعیت دنده بودند به مدلهای پیشرفته امروزی رسیده‌اند که مینی کامپیوترها، همه تصمیم گیریهای لازم برای انتخاب دنده را انجام می‌دهند و این کنترل دقیق و هوشیار سبب می‌شود تا موتور و گیربکس در مناسب‌ترین وضعیت قرار گرفته و از اتلاف سوخت و یا وارد شدن فشار بر موتور جلوگیری شود و باعث بهبود اقتصاد سوخت و کاهش آلایندگی موتور می‌شود.

بر شمردن این محاسن که همگی مهم و با ارزشند شاید اهمیت کار و تحقیق بر روی گیربکس اتوماتیک و وظیفه صنعت خودروسازی را به عنوان صنعت پایه کشور، در این زمینه و در این مقوله، تا حدی روشن و آشکار گرداند.

در این پروژه قسمتهای مختلف گیربکس اتوماتیک هم از حیث ساختار و هم از حیث عملکرد مورد بررسی و تجزیه تحلیل قرار گرفته است.

برای کسی که می‌خواهد به صورت علمی بداند گیربکس اتوماتیک چیست و چگونه کار می‌کند مطالعه این مطالب مفید خواهد بود.

فصل اول 1-1-تاریخچه پیدایش گیربکس اتوماتیک گیربکس اتوماتیک یک پدیده پیشرفته جدید به شمار نمی‌آید.

درست است که گیربکس‌های اتوماتیک امروزی از آخرین تکنولوژی روز بهره می‌گیرند ولی ابتدای پیدایش آنها به دهه‌های اولیه قرن بیستم می‌رسد.

اتومبیل‌های آمریکایی در طول 30 تا 40 سال اول اختراعشان با استفاده از جعبه دنده‌های نسبتا ساده و خوب طراحی گردیدند و در آنها جعبه دنده‌های معمولی لغزشی 3 یا 4 سرعته به کار برده می‌شد.

مطابق شکل (1-1) که مجهز به کلاچ اصطکاکی می‌باشند و عمل قطع و وصل آن هنگام تعویض دنده‌ها به صورت مکانیکی انجام می‌گردد.

در همان زمان طرح جعبه دنده‌های معمولی سیاره‌ای (مجموعه خورشیدی) مدنظر قرار گرفته بود که یک نمونه آن در اتومبیل کادیلاک مدل 1904 به کار برده شده و همچنین بیشتر در مدلهای قدیمی اتومبیل فورد از جعبه دنده‌های معمولی دو سرعته با مجموعه خورشیدی استفاده می‌شد که سالهای متمادی شهرت داشت و بالاخره در سال 1928 از رده خارج گردید.

علی‌رغم آن مهندسین موفق شدند که درباره جعبه دنده‌های ایده‌آل تحقیق کنند به طوری که وظیفه راننده را تسهیل نماید و یک جابجایی یا تعویض دنده آرام و بدون سر و صدا با نسبت دنده‌های متغیر را فراهم آورد و بازده موتور را افزایش دهد.

تکامل جعبه دنده‌های اتوماتیک مراحلی را گذرانده است تا به صورت مدرن امروزی در آمده است و ذیلا به شرح سیر تکاملی آنها می‌پردازیم.

-در سال 1928 کادیلاک جعبه دنده‌های سنکرونیزه را تولید نمود.

-در سال 1933 (Reo) جعبه دنده‌های نیمه اتوماتیک را عرضه نمود که در آن از دنده‌های سیاره‌ای با وزنه‌های گریز از مرکز جهت کنترل آنها استفاده شده بود و اجازه می‌داد که تعویض دنده‌ها به طور خودکار از سرعت پائین به سرعت بالا انجام می‌پذیرد و حرکت اتومبیل را عملی می‌ساخت.

با وجود این در آن از یک کلاچ اصطکاکی نیز هنوز استفاده می‌شد.

-در سال 1934 کرایسلر جعبه دنده‌های فوق سرعت (اوردایو) را تولید نمود.

-در سال 1937 اولدزموبیل یک نوع دیگر جعبه دنده‌های نیمه اتوماتیک را طراحی نمود که در آن از دنده‌های سیاره‌ای و کنترل کننده‌هایی که به طور هیدرولیکی و مکانیکی عمل می‌کردند استفاده شده بود و به منظور درگیری دنده عقب آن از دنده‌های معمولی استفاده می‌گردید و همچنین در آن یک کلاچ اصطکاکی به کار گرفته شده بود.

-در سال 1938 کرایسلر کلاچ هیدرولیکی را تولید نمود که با وجود آن در حالی که جعبه دنده می‌توانست در وضعیت درگیری باشد موتور با دور آرام به کار خود ادامه می‌داد و با این طرح گام موفقیت آمیزی در ابداع جعبه دنده‌های نیمه اتوماتیک برداشته شد و بدین لحاظ کرایسلر مشهور گردید.

جعبه دنده‌های نیمه اتوماتیکی که طراحی گردید بنامهای مختلف در تجارت شناخته شد مانند Gyromatic , Tip - Teo shift, Prestomatic و در طراحی های بعد به جای کلاچ هیدرولیکی،‌مبدل گشتاور هیدرولیکی جایگزین شد و به نامهای کرایسلر تورک – درایو (Chrysler torque – Drive) و پلی موث هیدرایو (Playmouth Hydrive) نامیده شد.

-در سال 1940 کارخانه جنرال موتورز (GM) جعبه دنده هیدراماتیک (Hydra – matic) را برای اولین بار در اتومبیل اولدزموبیل (oldsmobile) بکار برد این طراحی اولین کاربرد کلاچهای هیدرولیکی را در ترکیب جعبه دنده 4 سرعته خورشیدی مشخص کرد.

-در سال 1948 بیوک جعبه دنده داینافلو (Dynaflow) را ارائه دارد و اولین اتومبیلی بود که در آن موفق شده بودند جعبه دنده اتوماتیک را با مبدل گشتاور هیدرولیکی به کار برد.

می توان گفت تا سال 1955 طراحی جعبه دنده‌های اتوماتیک کامل گردید و از آن تاریخ به بعد با اتخاذ تصمیم مشترک و استاندارد، اکثر کارخانجات آن را به کار بردند به طوری که امروزه بیش از 90 درصد اتومبیلهای امروزی آمریکایی مجهز به گیربکس اتوماتیک هستند.

در جدول (1-1) تعدادی از گیربکس‌های اتوماتیک به کار برده شده توسط کمپانی مختلف آورده شده است.

1-2-1- انواع گیربکس یک تقسیم بندی ساده در مورد گیربکس‌ها این طور خواهد بود که ما گیربکس‌ها را در سه نوع دستی، نیمه اتوماتیک و تمام اتوماتیک خلاصه کنیم.

در مورد گیربکس‌های دستی لازم است اشاره شود که گیربکس‌های دستی را نیز می‌توان به دو گروه تقسیم نمود گیربکس‌های تماس مستقیم و گیربکس‌های سنکرونیزه، گیربکس‌های تماس مستقیم به خاطر این که در آنها چرخدنده‌ها مستقیما با هم درگیر می‌شوند به این خوانده می‌شوند و در مقابل در گیربکس‌های سنکرونیزه تماس مستقیم چرخدنده‌های اصلی اتفاق نمی‌افتد بلکه وجود سنکرونایزرها یا هماهنگ کننده‌ها تماس و انتقال دور را ممکن می‌سازند.

در مورد گیربکس‌های تماس مستقیم باید اشاره کرد که این گیربکس‌ها تقریبا از رده خارج شده‌اند و به جز موارد بسیار نادر کاربرد چندانی ندارند در حالی که گیربکس‌های سنکرونیزه در روی اکثر خودروها به خصوص خودروهای سبک کاربرد فراوان دارند.

از گیربکس‌های نیمه اتوماتیک گیربکس‌های خودروهای سنگین را می‌توان نام برد که عملکرد قسمتی از آن پنوماتیکی بوده و با فشار هوا کار می‌کنند.

و اما گیربکس‌ اتوماتیک که مفصلا در این مورد صحبت خواهد شد.

در یک تقسیم بندی دیگر، می توان دو نوع گیربکس را نام برد یکی همین گیربکس‌های متداول که در کتب فنی کلمه (trasmission) در این مورد به کار برده شده است که این نوع گیربکس در خودروهای (RWD) دیفرانسیل عقب کاربرد دارد.

(REAR – WHEEL DRIVE) در مقابل به کمله (transasle) بر می‌خوریم که اشاره به گیربکس خودروهای (FWD) دارد (FRONT – WHEEL DRIVE) که معادلی که می‌توان برای آن در نظر گرفته شاید گیربکس اکسلی باشد که همان وظایف گیربکس معمولی را دارد.

تفاوتی که گیربکس‌های اکسی با بقیه دارند اینست که دیفرانسیل و چرخدنده‌های متحرک نهایی در داخل پوسته گیربکس قرار دارد.

شکل (2-1) موقعیت گیربکس در خودورهای دیفرانسیل جلو و دیفرانسیل عقب نشان داده شده است.

در حالت دیفرانسیل جلو ،‌گیربکس را ترانس اکسل یا گیربکس اکسلی می‌نامند.

توضیح این نکته لازم است که در سراسر این مطالب که در پی می‌آید منظور از گیربکس ، گیربکس‌های معمولی است نه اکسلی مگر در مواردی که مشخصا اشاره شود.

2-2-1- اورداریو چیست؟

و بالاخره یک اصطلاح دیگر که در مورد گیربکس ها به کار برده می‌شود گیربکس‌های فوق سرعت است .

که کلمه اوردرایو (Over Drive) در این مورد به کار رفته است.

وقتی گیربکس‌های معمولی را در بالاترین دنده قرار می‌دهیم نسبت بین دوران میل لنگ و محور خروجی گیربکس یک به یک است.

در جاده‌های سرازیری یا مسطح در صورتی که موتور اتومبیل قدرت کافی را داشته و سرعت نیز در حد معقولی باشد، موتور قادر خواهد بود که اتومبیل را با نسبت تبدیل کمتر از واحد نیز به حرکت در آورد.

برای این منظور در بعضی از اتومبیل‌ها وسیله‌ای به نام گیربکس اوردرایو پیش‌بینی شده است.

گیربکس اوردرایو یا فوق سرعت یک سیستم مکانیکی است که به انتهاب گیربکس معمولی بسته می‌شود.

محور خروجی گیربکس ، محور ورودی اوردرایو را به حرکت در می‌آورد.

در گیربکس اوردرایو چند قسمت از جمله یک مجموعه دنده سیاره‌ای وجود دارند که با آنها می‌توان نسبت تبدیل (نسبت دنده) پائین مثل 7/0 یا 1 را بدست آورد.

شکل (3-1) گویای این مطلب است.

3-2-1- ارزش یک اوردرایو یکی از مزایای مهم اوردرایو آن است که با استفاده از آن می‌توان با ثابت نگهداشتن سرعت اتومبیل دوران موتور آن را تا حدود 30 درصد کاهش داد طبعا کاهش دوران موتور، مصرف سوخت را پائین آورده و عمر موتور را افزایش می‌دهد.

البته با این توضیحات مختصر بحث در مورد اوردرایو را پایان می‌دهیم.

اوردرایو با در نظر گرفتن شرایط زیر کارکرد رضایت بخشی خواهد داشت: 1-موتور اتومبیل قدرت کافی را داشته باشد 2-سرعت اتومبیل در حد حد مطلوبی باشد.

3-جاده مسطح یا سرازیر باشد.

1-3-1- گیربکس اتوماتیک هنگام رانندگی را خودروهایی که گیربکس دستی بر