گیربکس چیست؟ بررسی کامل عملکرد، اجزا و انواع گیربکس

گیربکس ها هم در صنعت و هم در خودرو استفاده می شوند که در ادامه در مورد آن ها صحبت می کنیم و تفاوت های آن ها را بررسی می کنیم.

وظیفه گیربکس به طور کلی

وظیفه اصلی گیربکس ها، ایجاد تغییر در سرعت چرخش و گشتاور برای استفاده توسط دستگاه مصرف کننده است.

به طور ساده تر یعنی گیربکس ها قدرت و سرعت مورد نیاز دستگاه ها را تامین و کنترل می کنند.

اجزای گیربکس

اجزا و قسمت های اصلی و مشترک گیربکس ها، پوسته یا محفظه، شافت و چرخ دنده ها هستند که در هر دو مدل گیربکس صنعتی و گیربکس خودرو این قطعات وجود دارد اما دقیقا مشابه یکدیگر نیستند.

همچنین چون هر کدام در حوزه ای جداگانه هستند، دارای اجزای متفاوتی هم هستند.

گیربکس ها دارای تعداد زیادی اجزای مختلف هستند اما ما در ادامه به اجزای مهمتر هر گیربکس اشاره می کنیم و در مورد آن ها توضیح می دهیم.

اجزای گیربکس خودرو

محفظه: برای جلوگیری از آسیب رسیدن و ضربه وارد شدن به قطعات کوچکتر درون گیربکس که ممکن است باعث اختلال در عملکرد گیربکس ها شود، آن ها را درون یک محفظه یا پوسته قرار می دهند.

شافت: گیربکس خودرو شامل 3 شافت است: شافت ورودی متصل به موتور، شافت واسط یا محور کمکی و شافت خروجی متصل به چرخ ها.

نیرو توسط شافت ورودی به گیربکس وارد می شود و به شافت واسط انتقال داده می شود. بعد از انجام تغییرات روی نیروی وارد شده، شافت واسط نیرو و سرعت را به شافت خروجی انتقال می دهد و در نهایت توسط شافت خروجی به چرخ ها انتقال داده می شود.

کلاچ: کلاچ بخش مهم و ضروری است که در هنگام تعویض دنده، چرخ دنده ها را با یکدیگر درگیر و از هم جدا می کند. پدال کلاچ در داخل ماشین است و راننده می تواند آن را کنترل کند.

چرخ دنده: با کمک چرخ دنده ها، تغییرات در ضریب نسبت تبدیل برای تغییر سرعت انجام می شود. بعد از انجام تغییرات، نیرو و سرعت توسط شافت ها به چرخ ها انتقال داده می شوند.

دسته دنده: یکی دیگر از قسمت های خارجی گیربکس خودرو است. با کمک آن می توان نحوه درگیری چرخ دنده های درون گیربکس را تعیین کرد که خودرو به سرعت های مختلفی برای حرکت رو به جلو دسترسی داشته باشد و یا حتی رو به عقب حرکت کند.

کشویی دنده: قطعه ای دایره ای شکل است که داخل و خارج آن دارای شیار است. شیار خارجی برای اتصال به ماهک و شیار داخلی برای ارتباط با چرخ دنده ها است.

با این قطعه می توان چرخ دنده مورد نظر را وارد سیستم انتقال نیرو کرد.

ماهک و میل ماهک: ماهک قطعه ای هلالی یا کمانی شکل است که با کشویی دنده در ارتباط است و چرخ دنده را در جای خود قرار می دهند تا به سرعت مورد نظر برسند.

میل ماهک قطعه ای است که از یک طرف به دسته دنده و از طرف دیگر به ماهک متصل است.

در واقع با تکان دادن دسته دنده برای تغییر سرعت، میل ماهک باعث جابجایی ماهک می شود و در نهایت با کمک قطعه کشویی، ارتباط و اتصال چرخ دنده ها با یکدیگر تغییر می کند تا به سرعت مورد نظر برسیم.

بلبرینگ: این قطعه باعث می شود که هنگام چرخش شافت و چرخ دنده ها، اصطکاک بین آن ها نباشد.

اجزای گیربکس صنعتی

محفظه: برای جلوگیری از آسیب رسیدن به قطعات کوچکتر درون گیربکس، آن ها را درون یک محفظه یا پوسته قرار می دهند.

چرخ دنده: تقریبا مهمترین قسمت گیربکس است که با توجه به تعداد، مدل و نحوه قرار گیری چرخ دنده های درون گیربکس، می توان نسبت تبدیل، سرعت و گشتاورهای مختلفی را در خروجی گیربکس صنعتی داشته باشیم.

شافت: گیربکس های صنعتی دارای 2 شافت هستند که یکی ورودی و دیگری خروجی است. نیرو از طریق شافت ورودی به درون گیربکس وارد می شود و پس از تغییر از ظریق شافت دیگر از گیربکس خارج می شود.

بلبرینگ: این قطعه برای تحمل بهتر بارهای وارد شده بر شافت در گیربکس های صنعتی است.

عملکرد کلی گیربکس ها

عملکرد کلی گیربکس ها مشابه هم است یعنی سرعت و نیروی ورودی را دریافت می کنند و با اعمال تغییراتی، نیرو و سرعت ثانویه را به دستگاه مصرف کننده می دهند.

با این وجود تفاوت هایی دارند که برای درک بهتر، عملکرد هر کدام را به صورت جداگانه بررسی می کنیم.

عملکرد گیربکس خودرو

عملکرد کلی به این صورت است که قدرت چرخشی را از موتور می گیرد و آن را به چرخ ها انتقال می دهد.

وقتی که ماشین روشن باشد، موتور ماشین در حال تولید نیرو است اما به چرخ ها منتقل نمی شود. با کمک کلاچ، اتصالی بین موتور و جعبه دنده به وجود می آید و گیربکس نیرو را دریافت می کند.

سپس با تغییر دنده، بین گیربکس و چرخ ها اتصال به وجود می آید و نیرو به چرخ ها منتقل می شود که باعث به حرکت درآمدن چرخ ها و ماشین می شود.

در ادامه و با استفاده از کلاچ، نسبت چرخش چرخ دنده را تغییر می دهند. با این کار بهتر می توان سرعت و قدرت ماشین را تغییر داد تا بتوان خودرو را بهتر کنترل کرد.

برای داشتن نیروی بیشتر در چرخ ها، باید دنده را کاهش داد و برای داشتن سرعت بیشتر، باید دنده را افزایش داد.

این کاهش یا افزایش دنده، اصطلاح عامیانه است و در واقع منظور این است که باید ضریب تبدیل سرعت ورودی و خروجی را تغییر داد.

به عنوان یک مثال ساده برای تغییر دنده و تاثیر آن، می توان به دوچرخه سواری اشاره کرد که برای تنظیم سرعت در جاده هایی با شیب های مختلف، دنده ها را تغییر می دهد تا بهتر و روان تر به حرکت خود ادامه دهد.

عملکرد گیربکس صنعتی

گیربکس های صنعتی برای دریافت نیروی ورودی به الکتروموتور یا موتور الکتریکی وصل می شوند.

پس از ایجاد اتصال یا کوپل شدن، نیروی ورودی از طریق یک شافت از الکتروموتور به چرخ دنده های گیربکس منتقل می شود.

سپس با توجه به میزان دور دریافت شده از الکتروموتور و نسبت تبدیل گیربکس، گشتاور و دور خروجی مشخص می شود و از طریق شافت خروجی به دستگاه مورد نظر منتقل می شود.

تفاوت های گیربکس خودرو و گیربکس صنعتی

تفاوت اصلی و مهم این است که گیربکس های صنعتی برای کارهای طولانی مدت و بدون تغییر یا با تغییرات کم در ویژگی ها طراحی شده اند اما تعداد دفعات تغییر در نسبت تبدیل و سایر مشخصات فنی در گیربکس های خودرو بسیار زیاد است.

در صنعت وقتی برای دستگاهی، گیربکس می خواهند تقریبا همیشه به آن دستگاه متصل است بدون اینکه تغییری در نسبت تبدیل یا گشتاور آن اعمال کنند. مثلا وقتی گیربکسی برای دستگاه نوار نقاله در یک کارخانه خریداری می شود، تقریبا همیشه سرعت و نیرو ثابت است.

در گیربکس های خودرو، تعداد دفعات اعمال تغییرات بسیار زیاد است چون خودرو دائما نیاز به تعویض دنده دارد. مثلا وقتی که خوردو قصد حرکت یا متوقف شدن دارد باید بین موتور و دنده ها اتصال برقرار کرد یا اتصال را قطع کرد.

همچنین در خودروها نیاز است که افزایش یا کاهش سرعت داشته باشیم که باید نسبت و ضریب تبدیل بین چرخ دنده ها را تغییر داد که این کار با تعداد دفعات زیادی انجام می شود.

تفاوت دیگر اینکه در گیربکس های خودرو برای داشتن سرعت بیشتر، باید قدرت بیشتری داشته باشیم یعنی قدرت و سرعت در گیربکس خودرو، نسبت مستقیم با هم دارند.

در گیربکس های صنعتی رابطه سرعت و گشتاور برعکس یکدیگر است، یعنی برای افزایش گشتاور باید سرعت را کاهش داد.

انواع گیربکس

گیربکس ها را براساس پارامترهای مختلف به چندین دسته تقسیم می کنند که هرکدام دارای ویژگی های مختلفی هستند و برای کاربرد خاصی طراحی شده اند.

با توجه به اینکه پارامترهای دسته بندی در گیربکس های صنعتی با گیربکس های خودرو متفاوت است پس هر کدام را در یک گروه جداگانه بررسی می کنیم.

انواع گیربکس خودرو

گیربکس های خودرو به 3 دسته اتوماتیک، نیمه اتوماتیک و دستی تقسیم می شوند.

گیربکس های دستی

در گیربکس های دستی با فشار دادن کلاچ توسط راننده، درگیری با موتور به وجود می آید و تعویض دنده از طریق دسته دنده انجام می شود.

گیربکس دستی دارای دو مدل ترتیبی و غیر ترتیبی هستند.

گیربکس ترتیبی یعنی اینکه برای تغییر دنده باید به دنده ها را به ترتیب عوض کرد، مثلا از دنده 2 به دنده 3 برویم و سپس به دنده 4 برویم. برای کاهش دنده هم باید به ترتیب دنده را کاهش دهیم مثل دنده دادن در موتور سیکلت ها اما امروزه برای خودروها استفاده نمی شود.

در گیربکس غیر ترتیبی که در خودروها استفاده می شود، مثلا می توان از دنده 2 مستقیم به دنده 4 برویم و نیازی نیست که ترتیب را رعایت کنیم.

گیربکس های اتوماتیک

در این گیربکس ها، تغییر دنده به صورت اتوماتیک و با توجه به سرعت خودرو انجام می شود و راننده هیچ نقشی در تعویض دنده ندارد.

پس از روشن کردن خودرو، راننده دنده را در حالت حرکت قرار می دهد و ادامه فرایند تعویض دنده ها بسته به سرعت خودرو انجام می شود.

خود گیربکس های اتوماتیک به چند دسته گیربکس‌ AT، گیربکس‌ AMT، گیربکس‌ CVT و گیربکس‌ DCT تقسیم می شوند که هر کدام کاربرد به خصوصی دارند.

گیربکس های نیمه اتوماتیک

گیربکس نیمه اتوماتیک، مدلی از گیربکس است که هم ویژگی های گیربکس دستی و هم ویژگی های گیربکس اتوماتیک را دارد.

در گیربکس نیمه اتوماتیک، تعویض دنده می تواند بین حالت دستی و حالت اتوماتیک تغییر کند. یعنی راننده می تواند انتخاب کند که گیربکس در حالت دستی باشد و خودش دنده عوض کند یا اینکه در حالت اتوماتیک باشد.

انواع گیربکس صنعتی

گیربکس های صنعتی براساس فاکتورهای مختلفی مثل نوع چرخ دنده، محور و مکانیزم تقسیم بندی می شوند.

دسته بندی براساس نوع چرخ دنده

گیربکس هایی که در این دسته قرار می گیرند براساس چرخ دنده ای که استفاده می کنند نام گذاری شده اند.

در این دسته بندی 5 مدل قرار می گیرند که عبارتند از: گیربکس حلزونی، گیربکس هلیکال، گیربکس خورشیدی، گیربکس کرانویل پینیون و گیربکس مخروطی.

انواع گیربکس های صنعتی دارای ویژگی های منحصر به فردی هستند که برای بخشی از صنعت کاربرد دارند.

دسته بندی براساس نوع محور

منظور از دسته بندی براساس نوع محور در واقع توجه به نحوه قرار گیری شافت ورودی و خروجی نسبت به یکدیگر است.

قرارگیری شافت ها به 3 شکل شافت مستقیم، شافت موازی و شافت بغل است.

دسته بندی بر اساس مکانیزم

گیربکس ها براساس مکانیزم به 2 دسته، گیربکس کاهنده و گیربکس افزاینده تقسیم می شوند.

منظور از کاهنده و افزاینده بودن یعنی دور خروجی نسبت به دور ورودی کمتر یا بیشتر شود.

بیشتر گیربکس هایی که موجود هستند و معرفی شدند از نوع کاهنده هستند.

پرکاربردترین گیربکس خودرو

در بین گیربکس های خودرو، مدل گیربکس دستی در گذشته بسیار پرکاربرد بوده اما به مرور زمان کاربرد و استفاده از گیربکس های نیمه اتوماتیک و اتوماتیک در حال افزایش است.

دلیل این تغییر از گیربکس دستی به گیربکس اتوماتیک، راحتی و رفاه راننده است.

پرکاربردترین گیربکس صنعتی

در بین تمامی گیربکس های صنعتی، گیربکس های هلیکال و حلزونی رایج ترین و پرکاربردترین نوع گیربکس هستند.

گیربکس های حلزونی به دلیل اینکه به فضای کمتری برای نصب نیاز دارند و وزن کمتر نسبت به بقیه گیربکس ها دارند، بیشتر استفاده می شوند.

گیربکس های هلیکال و خورشیدی هم با توجه به قیمت مناسب و میزان گشتاوری که تولید می کنند، جز گیربکس های پرکاربرد هستند.