گیربکس ماشین چیست؟ – به زبان ساده + انواع جعبه دنده

گیربکس یکی از مهم‌ترین بخش‌های سیستم انتقال قدرت خودرو است که وظیفه دارد نیرو و گشتاور تولیدشده توسط موتور را با سرعت و نسبت مناسب به چرخ‌ها منتقل کند. گیربکس با در اختیار قرار دادن نسبت‌های مختلف دنده، به خودرو کمک می‌کند تا در شرایط مختلف رانندگی مانند شروع حرکت و زمان شتاب‌گیری عملکرد مناسبی داشته باشد. بسته به نوع خودرو، این کار می‌تواند به‌صورت دستی یا خودکار انجام شود و گیربکس‌ها در انواع مختلفی مانند دستی، اتوماتیک، CVT، DCT و AMT مورد استفاده قرار می‌گیرند. در این مطلب از مجله فرادرس به این موضوع می‌پردازیم که گیربکس ماشین چیست و نحوه عملکرد آن را شرح می‌دهیم. سپس انواع گیربکس‌های اتوماتیک را شرح می‌‌دهیم.

گیربکس ماشین چیست؟

گیربکس ماشین یکی از اجزای اصلی در خودروهای احتراق داخلی است. وظیفه گیربکس در خودرو فراهم کردن گشتاور مناسب در زمان حرکت و انتقال قدرت موتور به چرخ‌ها است. برای این منظور گیربکس ماشین از تعداد زیادی چرخ‌دنده‌های درگیر‌شده در یکدیگر تشکیل شده است. این چرخ‌دنده‌ها می‌توانند سرعت و گشتاور مناسب برای شرایط مختلف رانندگی را در اختیار راننده قرار دهند.

با ایجاد ترکیب‌های متنوعی از درگیر شدن چرخ‌دنده‌ها در گیربکس این امکان فراهم می‌شود تا خودرو بتواند قدرت موتور را به‌طور کنترل‌‌شده و بهینه‌ای برای حرکت استفاده کند. با توجه به نوع خودرو ممکن است در اتومبیل از گیربکس‌های معمولی یا اتوماتیک استفاده شود. در هر دو سیستم گیربکس‌های اتوماتیک و دنده‌ای از چرخ‌دنده‌ها کمک گرفته‌ می‌‌شود ولی چگونگی ترکیب و استفاده از آن‌ها متفاوت است.

گیربکس بخش کلیدی در انتقال قدرت خودرو را تشکیل می‌دهد و امکان حرکت با سرعت‌ها و گشتاور متغیر را برای خودرو فراهم می‌‌کند. بنابراین شناخت نحوه کارکرد گیربکس خودرو باعث می‌شود نحوه مدیریت و انتقال قدرت تولیدی توسط موتور را بهتر درک کنیم. برای این منظور در ادامه به این موضوع می‌پردازیم که نحوه عملکرد گیربکس ماشین چیست و درباره کارکرد آن توضیح می‌دهیم.

گیربکس ماشین چگونه کار می‌کند؟

گیربکس با تغییر نسبت دنده، سرعت و گشتاور موتور را متناسب با شرایط رانندگی تنظیم کرده و نیرو را به چرخ‌ها منتقل می‌کند. موتور خودرو نیروی محرک گردشی تولید می‌کند که بر حسب دور بر دقیقه اندازه‌گیری می‌شود. این سرعت دورانی تولید شده توسط موتور در محدوده‌ای است که نمی‌تواند به‌طور مستقیم برای حرکت خودرو استفاده شود. بنابراین به مجموعه‌ای نیاز داریم تا این توان گردشی موتور را بتواند برای حرکت چرخ‌ها به دور و گشتاور مناسبی تبدیل کند. این کار بر عهده گیربکس ماشین است.

گیربکس خودرو از یک سمت به فلایویل و میل‌لنگ موتور متصل است و از سمتی دیگر به شفت خروجی گیربکس که نیروی دورانی را به سمت چرخ‌ها هدایت می‌کند. برای این منظور درون گریبکس از چرخ‌دنده‌هایی استفاده می‌شود تا بتوانند نسبت مناسبی از نیروی دورانی را برای چرخ‌های خودرو فراهم کند. در حالت کلی می‌توان گفت چرخ‌دنده‌های بزرگ‌تر سرعت دوران ورودی را کاهش و چرخ‌دنده‌های کوچک‌تر باعث افزایش سرعت دورانی می‌شوند.

تغییر در استفاده از ترکیب چرخ‌دنده‌های کوچک‌تر و بزرگتر در گیربکس باعث می‌شود تا گیربکس بتواند سرعت و گشتاور مناسبی را در شفت خروجی خود برای انتقال به چرخ‌های خودرو در شرایط متنوع رانندگی ایجاد کند. این موضوع باعث می‌شود تا در دنده‌های پایین‌تر یا سنگین‌تر بتوانیم گشتاور بالاتری در خودرو در اختیار داشته باشیم. گشتاور بالاتر برای شروع حرکت خودرو یا رانندگی در سربالایی‌ها ضروری است. از سویی دیگر دنده‌های بالاتر یا سبک‌تر این امکان را به چرخ‌ها می‌دهند تا سریع‌تر بچرخند و امکان رانندگی با سرعت بالا را برای راننده فراهم می‌کند. بنابراین گیربکس خودرو با تغییر شرایط رانندگی باعث انتقال گشتاور و سرعت مناسبی به چرخ‌ها می‌شود.

ساختار گیربکس ماشین

گیربکس خودرو مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌ها، محورها، سینگرونایزرها و یاتاقان‌ها است که درون محفظه‌ای فلزی و مقاوم قرار دارد. درون محفظه گیربکس، از روغن مخصوص گیربکس استفاده می‌شود تا اصطکاک بین چرخ‌دنده‌ها تا حد ممکن کاهش پیدا کند.

بسیاری از خودروهای دنده‌ای امروزی دارای ۵ یا ۶ دنده جلو هستند، در حالی که گیربکس‌های اتوماتیک معمولاً از ۶ تا ۱۰ دنده یا بیشتر بهره می‌برند. افزایش تعداد دنده‌ها می‌تواند به بهبود عواملی مانند شتاب‌گیری، توان کشش و مصرف سوخت کمک کند؛ زیرا گیربکس می‌تواند دور موتور را در محدوده مناسب‌تری نگه دارد و استفاده مؤثرتری از توان موتور را فراهم کند. البته عملکرد نهایی به نوع گیربکس، موتور و طراحی کلی خودرو نیز بستگی دارد.

گیربکس در کجا استفاده می‌شود؟

گیربکس‌‌ها در تمام خودروهای سواری و تجاری استفاده می‌شوند. در تمامی این وسایل نقلیه گیربکس توان و قدرت دورانی تولید شده از سمت موتور خودرو را برای استفاده در چرخ‌ها تنظیم و مناسب‌‌سازی می‌کند. بنابراین فرقی ندارد که خودروی کوچک سواری یا کامیون باشد، در تمام آن‌ها لازم است تا در سیستم انتقال قدرت، گیربکس مناسبی را استفاده کنیم.

یادگیری مکانیک خودرو با فرادرس

برای یادگیری مکانیک خودرو بهتر است در ابتدا نحوه کارکرد قسمت‌های مختلف خودرو را به‌طور تئوری یاد بگیریم و در کنار یادگیری این مفاهیم در کارگاه‌های آموزشی یا تعمیرگاه‌های خودرویی به‌طور عملی نیز با قطعات خودرو و نحوه عیب‌یابی آن‌ها آشنا شویم. به عبارت دیگر می‌توان گفت یادگیری مکانیک خودرو بیشتر از طریق کسب تجربه و مهارت عملی حاصل می‌‌شود.

بنابراین آموزشگاه‌های فنی معمولا یادگیری عملی در کارگاه‌های آموزشی را مبنا قرار می‌دهند و در حین کار عملی به دانشجو مفاهیم تئوری مانند نحوه عملکرد سیستم انژکتور خودرو را نیز آموزش می‌دهند. در دانشگاه‌هایی که رشته مکانیک خودرو را تدریس می‌کنند نیز واحدهای تئوری دروس مکانیک خودرو همواره با واحدهای عملی همان درس ارائه می‌شوند تا دانشجو بتواند مفاهیم مربوط به مکانیک خودرو را به‌طور عملی و کاربردی یاد بگیرد.

برای یادگیری مکانیک خودرو می‌توانید از فیلم‌های آموزشی فرادرس در حوزه مکانیک خودرو استفاده کنید. برخی از این آموزش‌ها را در فهرست زیر مشاهده می‌کنید.

• فیلم آموزش سرویس خودرو تعویض روغن و فیلتر فرادرس
• فیلم آموزش معرفی انواع سیستم خودرو فرادرس
• فیلم آموزش برق خودرو و عیب یابی قطعات الکتریکی و الکترونیکی ماشین فرادرس
• فیلم آموزش تکنولوژی انتقال قدرت خودرو فرادرس
• فیلم آموزش دیاگ خودرو و انژکتور – نحوه دیاگ زدن ماشین و عیب یابی فرادرس

همچنین فرادرس، دوره‌های ویدیویی بسیار متنوع و کاربردی را در زمینه تعمیر و نگهداری خودرو به انتشار رسانده که اگر به این مباحث علاقه‌مند هستید می‌توانید آن‌ها را از طریق لینک زیر مشاهده کنید.

• مجموعه فیلم‌های آموزش تعمیر و نگهداری خودرو فرادرس

انواع گیربکس ماشین چیست؟

انواع گیربکس خودرو را می‌توانیم در فهرست زیر خلاصه کنیم.

• گیربکس معمولی
• گیربکس دستی هوشمند
• گیربکس اتوماتیک

گیربکس معمولی ماشین چیست؟

گیربکس معمولی همان نوع متداول گیربکس است که از چرخ‌دنده‌های مکانیکی استفاده می‌کند و راننده با کمک پدال کلاچ و دسته‌دنده آن را کنترل می‌کند. برای تعویض دنده، راننده ابتدا پدال کلاچ را فشار می‌دهد تا انتقال نیرو بین موتور و گیربکس به‌‌طور موقت قطع شود، سپس دسته‌دنده را در موقعیت دنده موردنظر قرار می‌دهد. در این فرایند، سینکرونایزرها سرعت قطعات درگیر را هماهنگ می‌کنند تا دنده به‌صورت نرم و بدون صدای نامطلوب درگیر شود.

فیلم آموزش سیستم‌های انتقال قدرت خودرو – از موتور به گیربکس در فرادرس

کلیک کنید

اگر تعویض دنده به‌درستی انجام شود، خودرو می‌تواند نرم و روان شتاب بگیرد. با این حال، عملکرد گیربکس دستی تا حد زیادی به هماهنگی راننده در استفاده از کلاچ، پدال گاز و دسته‌دنده بستگی دارد. رسیدن به این هماهنگی نیازمند تمرین و شناخت نقطه درگیری کلاچ در هر خودرو است. تعویض نادرست دنده می‌تواند باعث صدای ساییدگی چرخ‌دنده‌ها، لرزش خودرو یا حتی خاموش شدن موتور شود.

گیربکس دستی هوشمند چیست؟

«گیربکس دستی هوشمند» (Intelligent Manual Transmission | IMT) بر اساس گیربکس‌های معمولی ساخته شده‌اند که در آن‌ها برخی از کارها به‌طور خودکار انجام می‌شود. برای این منظور در گیربکس‌های دستی هوشمند از سنسورها و عملگرها برای کنترل کلاچ و برخی از عملیات مربوط به تعویض دنده به‌جای ارتباط کاملا مکانیکی در گیربکس معمولی استفاده می‌شود، تا عملکرد انجام تعویض دنده را راحت‌تر کند. ساختار گیربکس دستی هوشمند به‌گونه‌ای طراحی شده است که با استفاده از پردازشگری الکترونیکی، اطلاعات دریافتی از سنسورهای موقعیت دریچه گاز و سرعت خودرو با میزان بار خودرو تحلیل و از این اطلاعات برای انجام تعویض‌دنده روان استفاده شود.

مزیت استفاده از این نوع گیربکس این است که راننده دیگر نیازی به کلاچ ندارد. این گیربکس کلاچ‌گیری مناسب و تعویض‌دنده نرم را برای راننده فراهم می‌کند. در این حالت راننده از دسته‌دنده برای تعویض دنده استفاده می‌کند ولی دیگر لازم نیست نگران نحوه کلاچ گرفتن مناسب برای تعویض دنده باشد. این موضوع باعث می‌شود تا رانندگی با این گیربکس هم‌زمان با راحتی در تعویض دنده، همان حس رانندگی و کنترل در تعویض دنده در گیربکس‌های معمولی را به راننده بدهد.

گیربکس اتوماتیک

در گیربکس‌های اتوماتیک از نیروی هیدرولیکی و چرخ‌دنده‌ها به‌طور ترکیبی برای انتخاب خودکار نسبت دنده‌ای مناسب استفاده می‌شود. در خودروهای دارای گیربکس اتوماتیک راننده تنها با پدال گاز و ترمز کار می‌‌کند و انتخاب دنده مناسب در شرایط مختلف رانندگی بر عهده گیربکس اتوماتیک است. این موضوع باعث می‌شود تا پای چپ راننده از کلاچ‌گیری مداوم در زمان رانندگی خلاص شود و در مجموع تجربه رانندگی راحت‌تری را بدون کلاچ برای راننده فراهم می‌‌کند. در ادامه انواع گیربکس‌های اتوماتیک را مرور می‌‌کنیم.

انواع گیربکس‌های اتوماتیک

انواع گیربکس‌های اتوماتیک را می‌توانیم در فهرست زیر خلاصه کنیم.

• گیربکس AMT
• گیربکس‌ اتوماتیک CVT
• گیربکس اتوماتیک با مبدل گشتاور
• گیربکس اتوماتیک DCT
• گیربکس هیبریدی eCVT

برای یادگیری سیستم‌ انتقال قدرت در خودرو و آشنایی با گیربکس‌های اتوماتیک می‌توانید فیلم آموزش سیستم های انتقال قدرت خودرو، گیربکس های اتوماتیک فرادرس را مشاهده کنید.

گیربکس AMT چیست؟

AMT یا گیربکس دستی خودکارشده (Automated Manual Transmission) از نظر ساختار و نحوه انتقال نیرو شباهت زیادی به گیربکس دستی دارد، اما برای تعویض دنده و کنترل کلاچ از عملگرهای الکترونیکی استفاده می‌کند. در این سیستم، فرایندی که در گیربکس دستی توسط راننده انجام می‌شود، به‌صورت خودکار مدیریت می‌شود. به همین دلیل، AMT تلاش می‌کند سادگی و ساختار گیربکس دستی را با راحتی رانندگی یک گیربکس اتوماتیک ترکیب کند.

تفاوت گیربکس‌های AMT و IMT

گیربکس‌های AMT و IMT هر دو از گیربکس دستی ریشه گرفته‌اند، اما تفاوت اصلی در این است که چه کاری را خودکار می‌کنند. در جدول زیر تفاوت‌های این دو گیربکس را با هم مقایسه‌ کرده‌ایم.

بنابراین با توجه به اینکه گیربکس‌های AMT نیاز به تعویض دنده توسط راننده ندارند و تعویض دنده به‌طور خودکار و توسط عملگر انجام می‌شود، بنابراین این نوع گیربکس‌ها را می‌توانیم یکی از انواع گیربکس‌های اتوماتیک به‌حساب آوریم.

گیربکس‌ اتوماتیک CVT چیست؟

گیربکس CVT یا انتقال قدرت متغیر پیوسته، به‌جای استفاده از مجموعه‌ای از دنده‌های ثابت، از پولی‌ها و تسمه یا زنجیر برای انتقال نیرو استفاده می‌کند. قطر مؤثر پولی‌ها به‌طور پیوسته تغییر می‌کند و به این ترتیب نسبت انتقال قدرت بدون تعویض دنده‌های مشخص تغییر می‌یابد. نتیجه این فرایند، انتقال نرم و پیوسته نیرو و شتاب‌گیری بدون احساس تعویض دنده‌های معمولی است. یکی از مزایای CVT این است که می‌تواند دور موتور را در محدوده‌ای مناسب نگه دارد و در شرایط مختلف، به بهبود راندمان و مصرف سوخت کمک کند.

برای کسب اطلاعات بیشتر درباره گیربکس‌های CVT و نحوه عملکرد آن‌ها می‌توانید مطلب گیربکسCVT چیست از مجله فرادرس را مطالعه کنید.

گیربکس اتوماتیک با مبدل گشتاور

گیربکس‌های اتوماتیک سنتی یا AT از یک مبدل گشتاور برای انتقال نیرو از موتور به گیربکس استفاده می‌کنند. مبدل گشتاور به‌جای کلاچ مکانیکی، از روغن و نیروی هیدرودینامیکی برای انتقال گشتاور بهره می‌گیرد و در هنگام شروع حرکت، امکان انتقال نرم نیرو را فراهم می‌کند.

این نوع گیربکس معمولاً از مجموعه چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای نیز برای ایجاد نسبت‌های مختلف دنده استفاده می‌کند. یکی از مهم‌ترین مزایای آن، حرکت و تعویض دنده نرم و روان است. در مدل‌های جدید، قفل مبدل گشتاور (Lock up Clutch) نیز می‌تواند لغزش را کاهش داده و بازده انتقال قدرت را افزایش دهد.

گیربکس اتوماتیک DCT چیست؟

گیربکس دوکلاچه یا DCT از دو کلاچ مجزا برای کنترل مجموعه دنده‌های فرد و زوج استفاده می‌کند. در این ساختار، دنده بعدی می‌تواند از قبل آماده شود؛ بنابراین هنگام تعویض دنده، کلاچ‌ها به‌سرعت بین دو مجموعه جابه‌جا می‌شوند و تعویض دنده بسیار سریع و روان انجام می‌شود.

DCT می‌تواند سرعت تعویض دنده بالایی داشته باشد و در عین حال، به دلیل استفاده از اتصال مکانیکی مستقیم و کلاچ‌های مشابه گیربکس دستی، از بازده انتقال قدرت مناسبی نیز برخوردار است.

خودروهایی که از جعبه‌دنده اتوماتیک برای انتقال قدرت استفاده می‌کنند، دارای ECU گیربکس هستند. ای سی یو گیربکس اطلاعات لازم را از انواع سنسورهای موجود در خودرو دریافت می‌کند. با توجه به اینکه غیر از سیستم انتقال قدرت خودرو، انواع سیستم‌های متنوعی مانند سیستم جرقه‌زنی در خودرو وجود دارد، بنابراین لازم است تا فعالیت‌های مربوط به گیربکس خودرو در ارتباط و هماهنگی با سایر بخش‌های خودرو باشد. برای آشنایی با انوع سیستم‌های موجود در خودرو می‌توانید فیلم آموزش معرفی انواع سیستم خودرو فرادرس را مشاهده کنید.

فیلم آموزش معرفی انواع سیستم‌ خودرو در فرادرس

کلیک کنید

گیربکس هیبریدی eCVT چیست؟

eCVT یا گیربکس متغیر پیوسته الکترونیکی نوعی سیستم انتقال قدرت است که بیشتر در خودروهای هیبریدی به کار می‌رود. برخلاف CVTهای معمولی که معمولاً از تسمه و پولی‌های متغیر استفاده می‌کنند، بسیاری از eCVTها از مجموعه چرخ‌دنده‌های سیاره‌ای و موتورهای الکتریکی برای مدیریت و تقسیم نیروی موتور بنزینی و الکتریکی استفاده می‌کنند.

این سیستم با هماهنگ کردن عملکرد موتور احتراق داخلی و موتورهای الکتریکی می‌تواند انتقال نیرو را به‌صورت نرم انجام دهد و به کاهش مصرف سوخت کمک کند. ساختار eCVT به خودروهای هیبریدی اجازه می‌دهد در شرایط مختلف، استفاده مؤثرتری از نیروی موتور بنزینی و الکتریکی داشته باشند.

سیستم انتقال قدرت خودروهای برقی (EV)

خودروهای برقی برخلاف خودروهای بنزینی و دیزلی، از موتور احتراق داخلی استفاده نمی‌کنند، اما همچنان به سیستم انتقال قدرت نیاز دارند. در بیشتر خودروهای برقی، انرژی باتری به موتور الکتریکی می‌رسد و موتور از طریق یک واحد کاهنده تک‌سرعته نیرو را به چرخ‌ها منتقل می‌کند.

موتورهای الکتریکی می‌توانند در محدوده وسیعی از دور موتور، گشتاور مناسبی تولید کنند و به همین دلیل در بیشتر خودروهای برقی نیازی به چندین دنده وجود ندارد. در نتیجه، انتقال نیرو در این خودروها ساده و بدون تعویض دنده‌های متعدد انجام می‌شود. البته همه خودروهای برقی تک‌سرعته نیستند و برخی مدل‌ها از گیربکس‌های چندسرعته استفاده می‌کنند.

در خودروهای هیبریدی پلاگین (PHEV) نیز نمی‌توان یک ساختار واحد برای گیربکس در نظر گرفت و با توجه به طراحی خودرو، ممکن است از گیربکس‌های چندسرعته eCVT یا معماری‌های دیگر استفاده شود.

یادگیری مهندسی مکانیک با فرادرس

یادگیری مهندسی مکانیک فرصتی برای آشنایی با اصول طراحی، ساخت و تحلیل سیستم‌ها و تجهیزات مکانیکی است. در این مسیر، مباحثی مانند استاتیک، دینامیک، مقاومت مصالح، ترمودینامیک، مکانیک سیالات، انتقال حرارت و طراحی اجزای ماشین آموزش داده می‌شوند. در کنار مباحث تئوری، آشنایی با نرم‌افزارهای مهندسی مانند SolidWorks، CATIA و ANSYS نیز اهمیت زیادی دارد و به دانشجویان کمک می‌کند مفاهیم را در پروژه‌های واقعی به کار بگیرند. ترکیب دانش فنی، حل مسئله و تجربه عملی، مهارت‌های موردنیاز برای فعالیت در حوزه‌هایی مانند طراحی ماشین‌آلات، صنعت خودرو، تولید و انرژی را تقویت می‌کند.

برای یادگیری مهندسی مکانیک می‌توانید از فیلم‌های آموزشی متنوعی که در فرادرس تهیه شده است نیز استفاده کنید. برخی از فیلم‌های آموزشی در حوزه مهندسی مکانیک را در فهرست زیر مشاهده می‌کنید.

• فیلم آموزش علم مواد
• فیلم آموزش ترمودینامیک
• فیلم آموزش مقاومت مصالح ۱ و ۲
• فیلم آموزش تحلیل استاتیکی با سالیدورکس
• فیلم آموزش سینماتیک و دینامیک ماشین ها

برای یادگیری سایر دروس و مطالب مرتبط با مهندسی مکانیک می‌توانید از لینک زیر استفاده کنید.

• مجموعه فیلم آموزش مهندسی مکانیک از دروس دانشگاهی تا کاربردی

جمع‌بندی

در ابتدای این مطلب از مجله فرادرس با گیربکس ماشین آشنا شدیم و نحوه کارکرد آن را یاد گرفتیم. سپس درباره ساختار گیربکس ماشین توضیح دادیم. انواع گیربکس خودرو را شرح دادیم. برای این منظور انواع گیربکس ماشین را به سه قسمت کلی گیربکس‌های معمولی، گیربکس دستی هوشمند و گیربکس اتوماتیک تقسیم کردیم و در ادامه هر کدام را توضیح دادیم.

گیربکس‌های اتوماتیک انواع مختلفی دارند. بنابراین در ادامه انواع گیربکس‌های اتوماتیک را بیان کردیم. برای این منظور گیربکس AMT را شرح دادیم. سپس گیربکس‌های اتوماتیک با مبدل گشتاور و گیربکس‌های DCT را شرح دادیم. در پایان نیز درباره سیستم انتقال قدرت خودروهای برقی توضیحاتی ارائه کردیم.