تکنولوژی انتقال قدرت اتوماتیک
Weblog
e.amir.esnaashari@gmail.com
aflak51@gmail.com
http://leadpoint.blogfa.com
فهرست
فهرست
فصل سوم
فصل اول
عملکرد گیربکس اتوماتیک
ساختمان گیربکسهای اتوماتیک
19
بخش اول : قوانین
چرخ دندههای سیارهای
8
اجزای گیربکس اتوماتیک
1
20
نسبت دندههای خورشیدی
9
بخش اول – مبدل
1
21
بخش دوم
گشتاور
22
سیستمهای هیدرولیکی
10
4
اجزای مبدل گشتاور
1
23
اساس سیستم هیدرولیک
10
5
جریان های کوپلینگ هیدرو لیکی
3
24
وظایف سیستم هیدرولیکی
10
6
ظرفیت مبدل گشتاور
4
25
اجزای سیستم هیدرولیکی
10
7
چیدمان اجزا
4
26
انواع سوپاپ های گیربکس
12
8
4
27
فشارهای موجود در گیربکس
13
9
بخش دوم – دندههای سیارهای
5
10
دنده خورشیدی
5
فصل چهارم
11
حامل سیارهای یا قفسه
5
نگه داری و عیب یابی
12
چرخدنده رینگی
5
29
بازدید گیربکس اتوماتیک
15
13
اصطلاحات
5
30
عیوب گیربکس اتوماتیک
17
14
عملکرد چرخ دندههای سیارهای
6
30
روغن گیربکس اتوماتیک
18
15
بخش سوم -مکانیزم کنترل
6
فصل پنجم
16
سیستم کنترل دستی
6
گیربکسهای CVT
17
کنترل توسط دریچه گاز
7
31
اجزای CVT
19
18
کنترل توسط گاورنر
7
32
دنده عقب
21
فصل اول
ساختمان گیربکسهای اتوماتیک
در گیربکسهای اتوماتیک عمل تعویض دنده به صورت خودکار و متناسب با شرایط حرکتی خودرو انجام می شود یعنی راننده وضعیت کلی حرکت را تعیین کرده و مابقی وظایف آن از قبیل تعویض دنده به صورت خودکار و به صورت اتوماتیک انجام
میشود یعنی به منظور شتابگیری و افزایش سرعت تنها لازم است تا راننده پدال گاز را فشار دهد آنگاه گیربکس اتوماتیک متناسب با شرایط جاده و مقاومت مسیر ( سرعت ، وزن خودرو ، شیب جاده ) عمل تعویض دنده را انجام میدهد.
اجزای گیربکس اتوماتیک
یک گیربکس اتوماتیک از سه بخش عمده تشکیل میشود.
1- مبدل گشتاور (کلاچ هیدرولیکی)
2- مجموعه دندههای سیارهای (دندههای خورشیدی)
3- سیستم کنترل کننده
بخش اول
مبدل گشتاور هیدرولیکی
مقدمه
این قسمت از گیربکس اتوماتیک ، نقش کلاچ را ایفا می کند یعنی انتقال دهنده گشتاور تولیدی موتور به محور ورودی گیربکس می باشد. این کلاچ دارای مکانیزم هیدرولیکی بوده و با استفاده از اصول هیدرودینامیک گشتاور را منتقل می کند.
کلاچ در گیربکس های دستی مسئول حرکت و توقف است؛ در واقع پیشرانه باید بدون تکیه بر گیربکس به عملکرد خود ادامه و در مواقع مورد نیاز، پل ارتباطی بین آن ها برقرار شود. مبدل گشتاور جایگزین کلاچ در گیربکس های اتوماتیک است. مبدل گشتاور را می توان یک کوپلینگ هیدرولیک تعریف کرد که مرز بین موتور و گیربکس را مشخص می کند. زمانی که موتور با سرعت و دور موتور کم فعالیت می کند، مانند هنگام توقف کامل در ترافیک یا چراغ قرمز، گشتاور ورودی به مبدل گشتاور کم است و بنابراین برای متوقف نگه داشتن خودرو با کمی فشار بر پدال ترمز، این کار انجام می شود. به محض اینکه پدال گاز فشرده می شود، با بالا رفتن دور موتور گشتاور بیشتری به مبدل گشتاور وارد شده تا انتقال قدرت به محورها و چرخ ها افزایش پیدا کند.
محفظه کوپلینگ
پمپ ،توربین ، استاتور همه در یک محفظه قرار دارند. که محفظه کوپلینگ نام دارد روغن داخل محفظه کوپلینگ، توسط پمپ جارو می شود. هنگامی که پمپ توسط موتور می چرخد پره هایش روغن را می گیرد و به سمت توربین پرتاب میکند.
سیال داخل کوپلینگ مسیر جریان گردابی و جریان دورانی را طی میکند.
اجزای مبدل گشتاور
پمپ- استاتور- توربین – سیال واسط یا روغن- کلاچ قفل کننده
پمپ
در این سیستم یک پروانه پره دار به نام پمپ بر روی شفت خروجی موتور نصب می شود. با به گردش در آمدن موتور پمپ به حرکت در می آید .
عملکرد پمپ
به علت اینکه مبدل گشتاور نیرو را از فلایویل دریافت می کند سرعت گردش آن با سرعت موتور برابر است. پره های پمپ نیز به محفظه گشتاور متصل هستند بنابراین این قسمت معادل با سرعت موتور حرکت می کند. پمپ موجود در محفظه گشتاور از نوع سانتریفیوژی است که با چرخش پمپ، روغن به خارج از محور مرکزی پخش می شود. با این چرخش حالت خلاء به وجود می آید و روغن به سمت مرکز کشیده می شود. روغن به تیغه های توربین که به گیربکس متصل است واردمی شود. در کل وظیفه توربین، چرخش در گیربکس است که انجام این عمل باعث انتقال قدرت به محور ها می شود. در واقع روغنی که به توربین وارد می شود قبل از خروج از مرکز باید تغییر جهت دهد همین تغییر جهت باعث چرخش توربین و در نهایت حرکت خودرو می شود
توربین
یک توربین نیز بر روی شفت ورودی گیربکس نصب شده است که در مقابل پمپ قرار گرفته است. در فضای بین پمپ و توربین یک محفظه پر از روغن است . با راه اندازی موتور پمپ به حرکت در می آید. حرکت پمپ سبب می شود تا به روغنی که در بین پره ها قرار گرفته نیروی گریز از مرکز وارد شده و باعث رانده شدن روغن به خارجی ترین قسمت پره ها شود.
استاتور
با توجه به قوانین فیزیکی همانطوری که روغن باعث به حرکت درآمدن توربین می شود توربین نیز باعث تغییر جهت روغن می شود به طوری که این تغییر جهت در خلاف جهت حرکت چرخش پمپ و موتور است .
یعنی روغن خروجی از توربین خلاف جهت پمپ و موتور از توربین خارج می شود
بنابراین روغن باعث چرخش توربین توربین باعث تغییر جهت حرکت روغن می شود حال اگر روغن خروجی از توربین به پمپ برسد، سرعت حرکت و کارایی موتور کاهش پیدا می یابد . برای جلوگیری از این اتفاق، نیاز به قطعه ای دیگر به نام استاتور است.
عملکرد استاتور
روغن پس از انتقال انرژی به توربین و به حرکت درآوردن آن، به دلیل وجود منطقه ی کم فشار در مرکز پمپ، دوباره به سمت پمپ مکیده می شود. به دلیل وجود انحنا در پره های توربین، روغن خروجی از توربین با جهتی متفاوت به پمپ وارد می شود. این اختلاف جهت سبب می شود روغن شده با زاویه ی مناسب با پره های پمپ برخورد نکند و سبب کاهش چشمگیر بازدهی پمپ و ایجاد لرزش شود.
برای حل این مشکل، استاتور بین پمپ و توربین قرار می گیرد که وظیفه ی اصلی آن هدایت روغن از توربین به پمپ با زاویه ی مناسب است.
برای جلوگیری از چرخش استاتور در خلاف جهت چرخش پمپ، استاتور به کلاچ یک طرفه مجهز است که تنها امکان چرخش هم سو با پمپ را به استاتور می دهد.
با استفاده از این کلاچ، روغن خروجی از توربین ضمن برخورد با پره های استاتور با زاویه ی مناسبی به پره های پمپ برخورد می کند.
اگر مبدل گشتاور تنها یک استاتور ثابت داشته باشد به آن مبدل تک فاز میگویند .
اگر دارای یک استاتور با قابلیت چرخش هم جهت با توربین و پمپ داشته باشد به آن مبدل دو فاز میگویند .
اگر دارای دو استاتور با قابلیت حرکت هم جهت با پمپ و توربین را داشته باشد مبدل سه فاز میگویند.
در حقیقت وجود استاتور باعث افزایش بازدهی گشتاور مبدل گشتاور بین 30 تا 50 درصد میشود.
استاتور که بخش ثابت مبدل گشتاور است در جهت وظیفه ی خود به طرز قابل توجهی کارایی مبدل گشتاور را بالا می برد و از طراحی منحصربه فردی در ساخت تیغه ها بهره می برد تا بتواند به طور درست جهت حرکت روغن را تنظیم کند.
کوپلینگ هیدرولیکی
در حقیقت وجود جریان روغن در میان پره های پمپ و توربین باعث ایجاد یک کوپلینگ هیدرولیکی می شود که امکان انتقال گشتاور بین محور خروجی موتور و محور ورودی گیربکس را فراهم می کند. دو جریان گردابی و جریان دورانی در کوپلینگ جریان دارد.
جریان دورانی کوپلینک هیدرولیکی
جریان دورانی سیال، یک مسیر دایره ای است که از چرخش پمپ (ایمپلر) ایجاد می شود.
در کل سیال حول محور میل لنگ و محور ورودی گیربکس حرکت می کند. از طرفی دیگر هنگامی که سیال در مسیر دایره ای حرکت میکند باعث پرتاب نیروی گریز از مرکز آن به سوی کناره های ایمپلر می شود. سرانجام سیال در یک مسیر چرخشی ثانویه که با مسیر جریان دورانی اولیه زاویه 90 در جه می سازد پرتاب می شود.
جریان گردابی کوپلینگ هیدرولیکی
جریان گردابی در اصل جریان روغن در این مسیر را میگویند. سیال در کوپلینگ هیدرولیکی هر دو مسیر دورانی و گردابی را همزمان را می پیماید. توسط پمپ، جریان دورانی ایجاد میشود و گشتاور چرخشی، موتور را انتقال میدهد. گشتاور نمیتواند به گیربکس بدون جریان گردابی که سیال را از ایمپلر تا توربین حرکت میدهد منتقل شود. نیروی چرخشی پره های پمپ به صورت ترکیبی از جریان های گردابی و چرخشی سیال بروی پره های توربین اعمال می شود
کلاچ یک طرفه
علت استفاده از کوپلینگ هیدرولیکی در لحظه تعویض دنده هماهنگ نبودن سرعت گردش محور ورودی گیربکس با سرعت گردش محور خروجی موتور است زیرا در هنگام تعویض دنده، نسبت تبدیل گیربکس در یک لحظه به صورت ناگهانی تغییر می یابد و همین عامل سبب ایجاد شوک به موتور و چرخ دنده های گیربکس می شود. در صورتی که با کوپلینگ هیدرولیکی امکان لغزش ایمپلر نسبت به توربین فراهم شده و فرصت کافی ایجاد می شود تا عمل هم دور سازی به صورت تدریجی انجام شود.
اگر دور گردش ایمپلر با توربین برابر باشد راندمان کوپلینگ صد در صد است ولی هنگامی که این ارتباط صرفا توسط جریان هیدرولیکی روغن برقرار شود دور توربین کمتر از ایمپلر خواهد بود که همین اختلاف دور باعث ایجاد افت توان می شود . پس بنابراین به منظور جلوگیری از افت توان لازم است که پس از تعویض دنده یک مکانیزم قفل کننده نیز عمل نموده و ارتباط بین پمپ و توربین را به صورت مکانیکی برقرار سازد. یعنی این ارتباط تنها در هنگام تعویض دنده هیدرولیکی بوده و پس از آن این ارتباط توسط قفل مکانیکی صورت می گیرد به این کلاچ قفل کننده (luckup) نیز می گویند.
سه مرحله ی عملکرد مبدل گشتاور
توقف: زمان بسیار کوتاهی که تفاوت سرعت گردش پمپ و توربین بالا است. مثلاً زمانی که گیربکس در حالت حرکت قرار دارد و همزمان پدال ترمز فشرده شده است.
شتا بگیری: زمان شروع حرکت خودرو که تفاوت سرعت پمپ و توربین کمتر می شود.
کوپلینگ: خودرو در حال حرکت با سرعت بالاتر از ۶۰ کیلومتر بر ساعت و نزدیک شدن سرعت گردش توربین و پمپ که در این شرایط مکانیزم کلاچ قفل شونده وارد عمل می شود.
سیال واسط
سیال به کاررفته در مبدل گشتاور همان روغن هیدرولیک است که در دسته ی روغن های با گرانروی (ویسکوزیته) بالا دسته بندی می شود. این سیال انرژی تولید شده ی پمپ را به توربین منتقل می کند و سبب چرخش شفت ورودی جعبه دنده می شود.
ظرفیت مبدل گشتاور
که در آن np دور ایمپلر(پمپ) ، nt دور توربین می باشد.
به قابلیت یک مبدل برای جذب و انتقال گشتاور ، ظرفیت مبدل گشتاور می گویند. یک مبدل گشتاور با سرعت بالا دارای سرعت استال کمتری است و گشتاور را با کمترین میزان لغزش به گیربکس منتقل می کند. برعکس مبدل گشتاور با ظرفیت کم دارای استال بالاتری است و در حین انتقال گشتاور اجازه لغزش بیشتری را می دهد.
چیدمان اجزا مبدل گشتاور
پوسته ،پمپ و فلایویل با یکدیگر گردش میکنند پمپ باعث ایجاد نیروی جریان هیدرولیکی می شود توربین که در بین مجموعه قرار گرفته با نیروی جریان هیدرولیکی پمپ شروع به گردش می کند و شفت خروجی آن به گردش در می آید استاتور که بین پمپ و توربین است جهت حرکت روغن را تنظیم میکند و هنگامی که هک دورسازی انجام شد مکانیزم کلاچ قفل کننده عمل کرده و توربین با کلاچ قفل شده و یکپارچه به همراه توربین و فلایویل گردش می کند.
جریان گردابی بین ایمپلر ، استاتور و توربین موجب افزایش دمای روغن می شود. به منظور جلوگیری از افزایش دمای روغن لازم است تا خنک کاری روغن انجام شود. این سیستم خنک کاری ممکن است به صورت هوا خنک یا خنک کاری توسط آب صورت پذیرد.
بخش دوم
مجموعه دندههای سیارهای (مجموعه خورشیدی)
قلب یک گیربکس اتوماتیک مجموعه دندههای سیارهای
میباشد. بنابراین لازم میباشد تا قبل از بررسی چگونگی کارکرد یک گیربکس اتوماتیک با مجموعه دنده های سیاره ای آشنا شویم.
مجموعه دندههای سیارهای شامل اجزای به شرح ذیل میباشد:
1- دنده خورشیدی : دنده خورشیدی یا دنده مرکزی که شامل یک استوانهای توپر بوده و محیط آن دندانهدار میباشد دنه خورشیدی توسط قفسه احاطه میگردد.
2-حامل سیارهای یا قفسه : قفسه شامل دندههای پینیون (هرزگرد) میباشد که به صورت انفرادی و مجزا روی محور
نگه دارنده خود حرکت دورانی میکنند.
3-چرخدنده رینگی : به صورت دایرهای تو خالی بوده و محیط داخلی این دایره دندانهدار میباشد.
دنده خورشیدی با دندههای هرزگرد قفسه در تماس میباشد و دندههای هرزگرد قفسه نیز با دندانههای چرخدنده رینگی در تماس است . به عبارتی دیگر دنده خورشیدی درون قفسه و قفسه درون دنده رینگی میباشد و ارتباط دنده خورشیدی و دنده رینگی از طریق دندههای هرزگرد قفسه برقرار میشود.
اصطلاحات
چون در این سیستم تعدادی چرخدنده با هم در حال گردش
میباشند لازم است تا به توضیح مختصری در ارتباط با برخی از اصطلاحات پرداخته شود.
1-نسبتدنده : با چرخش چرخدنده ورودی میتوان دورهای مختلفی در چرخدنده خروجی به دست آورد. به طور مثال اگر تعداد دوران در چرخدنده ورودی سه دور و تعداد دوران در
چرخدنده خروجی یک دور باشد . نسبت دنده 1 : 3 است.
کاهش دنده : نسبت کاهش دنده باعث میشود که گشتاور افزایش یابد و دور کاهش یابد . به طور مثال در مورد نسبت دنده 1 : 3 اگر گشتاور ورودی 180 فوت پوند باشد و دور ورودی 2700 دور در دقیقه باشد آنگاه گشتاور خروجی 540 فوت پوند و دور خروجی 900 دور در دقیقه میباشد.
اوردرایو(فوق سرعت) : این حالت بر عکس اثر نسبت کاهش دنده عمل میکند. نسبت دنده باعث میشود که گشتاور کاهش و دور افزایش یابد. به عنوان مثال اگر در یک نسبت دنده 3 : 1 باشد و اگر گشتاور ورودی 180 فوت پوند باشد و دور ورودی نیز 2700 دور در دقیقه باشد گشتاور خروجی به 60 فوت پوند و دور خروجی به 8100 دور در دقیقه تغییر میکند.
حرکت مستقیم : نسبت دنده 1 : 1 است یعنی بدون تغییر در گشتاور ورودی و خروجی میباشد.
خلاص یا آزاد گردی : در این حالت قدرت ورودی وجود دارد اما قدرتی از گیربکس خارج نمیشود.
عضو عکس العملی : در مجموعه سیارهای اساس حالت انتقال یا ثابت بودن یکی از اجزا مجموعه میباشد که این عمل توسط وسایل اصطکاکی مانند نوار ترمز یا باندترمز ، کلاچ دیسکی چند صفحهای و کلاچ یک طرفه انجام میگیرد .
عملکرد چرخ دندههای سیارهای
در سادهترین گیربکس اتوماتیک ، یک مجموعه چرخدنده سیارهای وجود دارد ولی در گیربکس اتوماتیک پیشرفته تر ممکن است از ترکیب دو یا چند مجموعه چرخدنده سیارهای استفاده شده باشد.
در هر حال چرخدنده خورشیدی به یک شفت متصل شده و قفسه متصل به چرخدنده های سیارهای نیز به یک محور دیگر متصل میگردد. یک پوسته گردنده نیز به چرخدنده رینگی متصل میشود. برای یک هر یک از این محور ها ، یک کلاچ و یک ترمز تعبیه شده است ، که ترمزها میتوانند باعث تثبیت عضوها شده و از حرکت آنها جلوگیری نمایند و کلاچها نیز وظیفه برقراری ارتباط یک عضو را با محور ورودی گیربکس و یا با محور خروجی گیربکس برعهده دارند.
جالب است که اگر هر یک از این سه عضو ( یعنی چرخدنده خورشیدی ، قاب چرخ دندههای سیارهای و چرخدنده رینگی ) را توسط ترمز ثابت نگه داریم و یک عضو دیگر را توسط کلاچ به محور ورودی متصل نماییم و عضو سوم را به وسیله کلاچ به محور خروجی گیربکس وصل کنیم ، یک نسبت تبدیل جدید به وجود میآید . این نسبت تبدیل را میتوان با جابهجا نمودن وضعیت ترمزها و کلاچها تغییر داد و حالتهای جدیدی را به وجود آورد. در فصل بعدی به توضیح چگونگی عملکرد این سیستم میپردازیم.
بخش سوم
مکانیزم کنترل گیربکس اتوماتیک
به منظور کنترل وضعیت گیربکس اتوماتیک ، از ابزارهایی همچون سیستم کنترل دستی ، کنترل وضعیت دریچه گاز و گاورنر استفاده میشود تا وضعیت حرکتی خودرو تعیین گردد.
آنگاه بر اساس شرایط حرکتی خودرو، نسبت تبدیل موردنیاز برای گیربکس مشخص خواهد شد.
گاهی اوقات این ابزارهای کنترل کننده مستقیما باعث عمل کردن تجهیزات هیدرولیکی میشوند و گاهی دیگر اطلاعات به دست آمده توسط آنها به واحد کنترل الکترونیکی (ECU) ارسال میگردد تا از آن طریق ، فرمانهایی به منظور فعال شدن عملگرهای هیدرولیکی ارسال گردد. در اکثر مواقع این عملگرهای هیدرولیکی دارای سولونوئیدهایی میباشند که به محض رسیدن فرمانهای الکترونیکی ( پالس های برقی ) ، خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و به وسیله نیروی مگنتی عمل مینمایند.
سیستم های کنترل کننده
به منظور تعیین وضعیت حرکتی خودرو و تنظیم نسبت تبدیل گیربکس متناسب با شرایط حرکتی خودرو ، معمولا از سه ابزار استفاده می شود. این ابزارها عبارتند از :
1-سیستم کنترل دستی
در خودروهایی که دارای گیربکس اتوماتیک میباشند ، معمولا یک دسته دنده وجود دارد که راننده توسط آن میتواند وضعیت کلی حرکت خودرو را تعیین نماید. در اغلب اوقات این دسته دنده دارای وضعیت خلاص ، دنده عقب و حرکت رو به جلو میباشد.
وضعیت خلاص (N): در این حالت ارتباط بین اجزای انتقال قدرت قطع بوده و هیچ گشتاوری به چرخ ها منتقل نمیشود.
وضعیت دنده عقب (R): در این حالت شرایطی درون گیربکس فراهم شده تا جهت گشتاور معکوس شده و به چرخها منتقل گردد.
وضعیت پارک (P): در این حالت که به هنگام توقف خودرو استفاده میشود علاوه بر اینکه ارتباط شفت ورودی و خروجی قطع بوده شفت خروجی نسبت به پوسته قفل شده تا امکان هرگونه حرکتی از خودرو سلب شود.
وضعیت حرکت رو به جلو (D): این حالت برای حرکت مستقیم استفاده میشود با انتخاب این حالت به هنگام حرکت ، نسبت دنده متناسب با شرایط حرکتی خودرو به طور اتوماتیک تعویض میشود.
وضعیت دستی(M) : گاهی اوقات بر روی دسته دنده اتوماتیک وضعیتی پیش بینی شده که انتخاب دنده در آن به صورت دستی خواهد بود که گاهی این وضعیت با حرفM نشان داده میشود و گاهی نیز از شماره دنده استفاده میشود.
در سیستمهای اتوماتیک الکترونیکی در این حالت از دکمههای مثبت و منفی استفاده میشود.
وضعیت L1 و L2 : این حالت همان دندههای 1و 2
میباشدکه به صورت دستی تعیین میگردند این دندهها در هنگام قرارگیری خودرو در سرازیری استفاده میشود چون اگر از حالت D استفاده شود ممکن سرعت خودرو افزایش یافته و غیر قابل کنترل شود.
حالت دنده S: در بعضی از گیربکسهاحالت فوق وجود دارد با درگیر کردن دنده S ،سرعت خروجی گیربکس به طور
لحظهای افزایش می یابد .
حالت *: در این حالت ، از گیربکس برای استفاده در شرایط خاص جادههای شنی ،یخی و لغزنده استفاده میشود، و با استفاده از این حالت میتوان با افزایش گشتاور خروجی ،کنترل بهتری داشته باشیم .
2-سیستم کنترل توسط دریچه گاز
یکی دیگر از پارامترهای تعیین کننده وضعیت گیربکس ، میزان باز شدن دریچه گاز میباشد. زیرا مقدار باز شدن دریچه گاز بستگی به مقدار فشار دادن پدال گاز توسط راننده دارد. از سوی دیگر فشار دادن بیشتر پدال گاز نیز به معنای تمایل راننده به افزایش سرعت خودرو میباشد.
3-سیستم کنترل توسط گاورنر
گاورنر یک سرعت سنج هیدرولیکی میباشد که بر روی شفت خروجی گیربکس نصب شده و مقدار سرعت گردش آن را
اندازه گیری مینماید. گاورنر دارای بازوهایی میباشد که هر چقدر سرعت گردش بیشتر باشد ، در اثر نیروی گریز از مرکز وارده بیشتر باز میشوند. در اثر باز شدن بازوهای گاورنر ، مغزی شیر هیدرولیکی متصل به آن نیز حرکت کرده و مسیر جریان روغن تغییر مینماید. این تغییر مسیر روغن ، به عنوان فرمانی میباشد که می تواند وضعیت گیربکس را تغییر دهد.
فصل دوم
عملکرد گیربکس اتوماتیک
در فصل گذشته با اجزای اصلی گیربکسهای اتوماتیک آشنا شدیم همانگونه که بیان شد در این گیربکسها تعویض دنده بهصورت اتوماتیک و متناسب با شرایط حرکتی خودرو تعویض میگردد در این فصل به بررسی چگونگی اعمال نسبت
دندههای مختلف توسط چرخ دنده سیارهای همچنین چگونگی تعویض دنده توسط سیستم هیدرولیکی میپردازیم.
بخش اول
قوانین چرخ دندههای سیارهای
طرز کار دندههای سیارهای توسط پنج قانون اصلی بیان
میگردد که عبارتند از :
1-قانون خلاص : وقتی قدرت ورودی وجود داشته باشد اما عضوهای عکس العملی عمل نکند وضعیت خلاص میباشد.
به عنوان مثال اگر دنده خورشیدی محرک و ورودی باشد ، دنده رینگی آزاد و قفسه خروجی باشد در این حالت قفسه توسط چرخهای محرک خودرو ثابت میشود. ( براثر نیروی وزن خودرو ثابت می شود) بنابراین دنده هرزگردهای قفسه دور محورشان
میچرخند و دنده رینگی بر عکس دنده خورشیدی هرز
میچرخد.
2-قانون کاهش دنده : وقتی یک عضو عکس العملی وجود داشته باشد و قفسه خروجی باشد مجموعه در وضعیت کاهش دنده میباشد. میتوان با ذکر دو مثال این قانون را تشریح کرد.
حالت اول: اگر دنده رینگی ثابت شود و دنده خورشیدی ورودی باشد چون دندههای هرزگرد از یک طرف با دنده رینگی ثابت شده است بر اثر نیروی عکس العملی آن سبب میشود تا محور دندههای هرزگرد اطراف دنده رینگی حرکت کرده در نتیجه قفسه در جهت گردش دنده خورشیدی با دور کمتر به گردش در آید در این حالت اگر گشتاور ورودی 100 فوت پوند باشد و نسبت کاهش دنده 1 : 1.5 باشد گشتاور خروجی 150 فوت پوند افزایش می یابد .
حالت دوم : اگر دنده خورشیدی ثابت شود و قدرت ورودی به دنده رینگی داده شود در این حالت هرزگردها دور محورشان
میچرخند و چون دنده خورشیدی ثابت است ، قفسه اطراف آن به گردش در میآید و چون قفسه خروجی است بنابراین کاهش دنده خواهیم داشت.
قانون اوردرایو: هنگامی که یک عضو عکسالعملی وجود داشته باشد و قفسه ورودی باشد ، وضعیت اوردرایو میباشد. این حالت بر عکس وضعیت کاهش دنده است.
حالت اول: در این حالت دنده خورشیدی ثابت شده و قفسه ورودی میشود بنابراین دنده رینگی خروجی و حالت اوردرایو اتفاق میافتد.
حالت دوم : در این حالت دنده رینگی ثابت شده و قفسه ورودی میشود بنابراین دنده خورشیدی خروجی و حالت
اوردرایو اتفاق میافتد.
وقتی که قفسه ورودی باشد هرزگردها آزاد هستند و دور محورشان و اطراف دندهای که ثابت شده است میچرخند . در این حالت عضو خروجی با سرعت بیشتری میچرخد و گشتاور کاهش مییابد.
قانون حرکت مستقیم : قانون حرکت مستقیم یا دنده مستقیم توسط درگیر نمودن یا قفل کردن دو عضو مجموعه دندهها با یکدیگر صورت میگیرد بنابراین با قفل شدن دو عضو مجموعه هر سه عضو مجموعه نسبت به یکدیگر قفل میشوند و باهم با سرعتی یکسان دوران میکنند بدیهی است که در این حالت نسبت دنده 1:1 است یعنی دور ورودی و خروجی برابر و هم جهت می باشد.
قانون دنده عقب : وقتی فقط قفسه ثابت شود و دندههای هرز گرد دور محورشان بچرخند دنده عقب شکل میگیرد .
اگر قفسه ثابت شده و دنده خورشیدی ورودی باشد توسط
دندههای هرز گرد دور معکوس شده و به دنده رینگی منتقل میشود و دنده رینگی با دور کمتری نسبت به ورودی و برعکس میچرخد. در این حالت وضعیت کاهش دنده می باشد و اگر جای ورودی و خروجی جا به جا شود یعنی دنده رینگی محرک شود ؛ دنده خورشیدی به صورت معکوس ولی اوردرایو خواهد چرخید.
نسبت دندههای خورشیدی
نسبت دنده مساوی است با تعداد دوران عضو محرک به تعداد دوران عضو متحرک و یا تعداد دندههای عضو متحرک تقسیم بر تعداد دندههای عضو متحرک
تعریف و محاسبه نسبت دنده را میتوان برای هر مجموعه دنده اعم از ساده ، مختلط یا خورشیدی به کار برد . در یک مجموعه دنده ساده یا مختلط محاسبات نسبت دنده به صورت معین و ساده میباشد. با به کار بردن مقایسه مستقیم بین دندانههای چرخدندهها و فرمول آن و نسبت دنده به دست میآید ولی برای محاسبه نسبت دندههای سیارهای یک فرمول اصلاح شده باید به کار برده شود زیرا هرزگردهای قفسه هنگام کاهش دنده یا اوردرایو علاوه بر این که دور محورشان حرکت دورانی دارند یک حرکت دورانی دیگر حول محور دندههای خورشیدی و رینگی دارند.
با فرمول و مثالهای زیر چگونگی محاسبه نسبت دنده برای مجموعه خورشیدی محاسبه میگردد.
هرگاه Ns تعداد دندههای خورشیدی و مساوی 20 باشد و Ni نیز تعداد دنده های رینگی و مساوی 50 باشد:
میتوان برای کاهش دنده با دنده خورشیدی محرک و دنده رینگی ثابت با قفسه محرک :
برای اور درایو با دنده رینگی متحرک و دنده خورشیدی ثابت و قفسه متحرک :
برای دنده عقب با قفسه ثابت ، دنده خورشیدی محرک و دنده رینگی متحرک :
بخش دوم
سیستمهای هیدرولیکی گیربکس اتوماتیک
مکانیزمهای عمل کننده در گیربکس اتوماتیک عمدتا به صورت هیدرولیکی میباشند یعنی با فشار روغن کار مینمایند. تجهیزات هیدرولیکی شامل انواع جکها و شیرهای هیدرولیکی میباشند که باعث درگیر شدن کلاچها و ترمزهای درون گیربکس اتوماتیک میشوند. به طوریکه در نهایت با
کلاچگیری ، یک عضو مجموعه چرخدنده سیارهای به محور ورودی گیربکس و عضو دیگر به محور خروجی گیربکس متصل میگردد و از سوی دیگر عضو سوم نیز توسط ترمزهای نواری ثابت نگه داشته میشود. با این عمل می توان نسبت
تبدیلهای مختلف را در گیربکس اتوماتیک به وجود آورد.
اساس سیستم هیدرولیک
اساس کار سیستمهای هیدرولیکی بر پایه قانون فشار پاسکال استوار است.
(P=F/A )
مخزن : انبارهای است که مایع هیدرولیک را در آن ذخیره میشود .
پمپ : پمپ باعث تولید جریان میشود و به سیال نیرو وارد میکند . پمپ سیال داخل سیستم را جابهجا میکند .
سوپاپ: سوپاپ یک تعدیلکننده است که به مایع جهت
میدهد . بعضی سوپاپها مسیر جریان را قطع و وصل کرده بعضی دیگر جریان را کنترل میکنند و برخی فشار را تنظیم
میکنند .
واحدهای عمل کننده : وسیلهای است که انرژی حاصل از فشار هیدرولیکی را به مکانیکی تبدیل میکند . این واحدها از مدل پیستون و سیلندر تشکیل شدهاند.
وظایف سیستم هیدرولیکی
سیستم هیدرولیکی گیربکس اتوماتیک وظیفه دارد فشار لازم برای بکار انداختن گیربکس را فراهم کند .
1- سیال را به مبدل گشتاور میرساند .
2- سیال تحت فشار را به سوی کلاچ های چند
صفحهای و سروو هدایت میکند .
3- قطعات داخلی را روغن کاری میکند .
4- مبدل گشتاور و سایر قطعات متحرک را خنک
میکند .
اجزای سیستم هیدرولیکی
سیستم هیدرولیکی مورد استفاده در گیربکس اتوماتیک معمولا از اجزای زیر تشکیل گردیده است :
1-مخزن روغن : ظرفی میباشد که روغن موردنیاز برای سیستم هیدرولیکی در آن ذخیره میشود تا در هنگام نیاز بتواند تامین کننده روغن باشد.
2-پمپ هیدرولیکی: فشار موردنیاز جهت مدارات هیدرولیکی توسط پمپ ایجاد میگردد. پمپ ، ابتدا روغن را از مخزن گرفته و با به جریان در آوردن آن باعث ایجاد فشار
میشود.
در گیربکسهای اتوماتیک،پمپ روغن محرک جلو به توپی مبدل گشتاور متصل است و از موتور نیرو دریافت میکند .
پمپها دارای انواع مختلفی میباشند : ولی معمولا در
گیربکسهای اتوماتیک از پمپهای دوار همچون پمپ سانتریفوژ (پره ای ) ، پمپ دندهای و یا پمپ روتوری استفاده می شود.
در پمپ سانتریفوژ یک پره درون محفظهای به گردش در آمده و باعث به جریان افتادن روغن میشود. اما در پمپ دندهای ، روغن در بین چرخدندهها محبوس شده و به جلو رانده میشود. در پمپ روتوری نیز یک روتور ( گردنده ) وجود دارد که درون یک پوسته گردش میکند به طوری که با گردش روتور ، روغن در میان روتور و پوسته محصور شده و به جلو رانده میشود.
بعضی از این پمپها همواره با دور مشخصی کار نموده و جریان معینی را تولید مینمایند ( دبی ثابت ) ؛ ولی بعضی دیگر از پمپها ، دارای دور متغیر بوده و با افزایش دور موتور ، جریان روغن بیشتری را تولید نموده ( دبی متغیر ) و باعث افزایش فشار روغن میشوند. در پمپهای با دور متغیر ، هر چقدر سرعت خودرو بیشتر شود ، فشار روغن نیز باید افزایش یابد.
بهطوری که حداکثر دبی پمپ مربوط به دنده آخر میباشد. این پمپ در حالت خلاص و یا دنده عقب ، فاقد دبی خروجی
میباشد.
3-اکومولاتور: اکومولاتور نوعی ارتعاش گیر است که
میتواند ضربات جریان روغن را که در اثر تعویض ناگهانی سوپاپها و قطع و وصل شدنهای لحظهای مسیرهای روغن به وجود میآید را جذب نماید و بدین طریق از آسیب دیدن سوپاپها و سایر اجزای مدار هیدرولیکی جلوگیری به عمل
مینماید
در آکومولاتورها محفظهای تعبیه شده است که درون آن یک پیستون متحرک با فنری در پشت آن وجود دارد. به طوری که در هنگام تغییر ناگهانی فشار روغن ، بخشی از آن وارد این محفظه شده و در اثر برخورد با پیستون و فشرده شدن فنر ، ضربه آن جذب شده و از بین میرود.
بنابراین وجود آکومولاتور در یک گیربکس اتوماتیک باعث
میشود که تعویض دندهها یه آرامی و نرمی انجام شده و طول عمر قطعات افزایش یابد.
4-ترمز نواری (باندهای گیربکس) : به منظور ثابت نگه داشتن هریک از اجزای مجموعه دنده سیارهای ، از یک ترمز نواری استفاده میشود. این ترمز به صورت یک باند (نوار )
میباشد که دور محور عضو گردنده وجود دارد. در حالت عادی این نوار آزاد است ، ولی در هنگام ترمزگیری این نوار به دور عضو گردنده محکم شده و از گردش آن جلوگیری مینماید.
این باندها از جنس فولاد فنری بوده که سطح داخلی آن با یک ماده اصطکاکی پوشیده میشود. برای فعال شدن هریک از این باندها و ایجاد عمل ترمزگیری از یک سیلندر هیدرولیکی استفاده میشود. به طوری که در هنگامی که فشار هیدرولیکی وارد سیلندر میشود ، میله متصل به پیستون آن حرکت نموده و باند ترمز را محکم میکند.
5- کلاچ بادامکی و کلاچ غلطکی: به جای باند که یک عضو عکس العملی محکم و بادوام است میتوان از کلاچ غلطکی یا بادامکی نیز در وضعیت کاهش دنده استفاده کرد این نوع کلاچها دارای ساختمان سادهای بوده و نیاز به عملگرهای هیدرولیکی ندارند و میتوانند در مواقع لزوم عمل درگیری، آزاد گردی وخلاصی را به طور خودکار انجام دهند.
6-کلاچ هیدرولیکی : از این کلاچ نیز به منظور متصل نمودن اعضای مجموعه چرخدنده سیارهای به شفت ورودی یا شفت خروجی گیربکس استفاده میشود. این کلاچ نیز توسط یک جک هیدرولیکی فعال میگردد. معمولا کلاچ های به کار رفته شده درسیستم از نوع کلاچ های چند صفحهای میباشد.
7-سروو : منظور از سروو سیلندر و پیستونی است که میتواند فشار هیدرولیکی را به نیروی مکانیکی تبدیل کند. در تمامی کلاچها و ترمزها و در بسیاری از سوپاپها از سروو استفاده
میشود. در حقیقت سروو همان عملگر مکانیکی است.
8- شیرهای کنترل ( سوپاپ ها ) : در مدارات هیدرولیکی ، سوپاپهای مختلفی وجود دارد که برخی از آنها به صورت مکانیکی عمل نموده و برخی دیگر دارای سولونوئید بوده و بر اساس فرمانهای که از طرف (ECU) ارسال می گردد ، عمل میکنند. هر یک از این سوپاپ ها دارای وظیفه خاصی بوده و به نوعی در کنترل عملکرد گیربکس اتوماتیک موثر میباشد .
انواع سوپاپ های گیربکس اتوماتیک
سوپاپها نوعی شیر هیدرولیکی میباشند که با کنترل جریان روغن میتوانند باعث فعال شدن عملگرهای هیدرولیکی شوند. در گیربکس اتوماتیک از سوپاپهای مختلفی استفاده میشود که هر یک از آنها برای منظور خاصی تعبیه شدهاند. در اینجا به معرفی این سوپاپ ها میپردازیم :
1-سوپاپ تنظیم فشار ( سوپاپ تعدیل) (رگلاتور) :
این سوپاپ وظیفه کنترل فشار روغن خروجی پمپ را برعهده دارد. به طوری که همواره فشار روغن را در مسیر اصلی در یک حد مشخصی نگه میدارد. در برخی موارد نیز میتواند فشار روغن را متناسب با شرایط کم و زیاد کند.
2-سوپاپ تقویت کننده : گاهی اوقات همچون شرایطی که بار سنگینی به موتور وارد میشود و یا در سربالاییها ، نیاز به فشار روغن بیشتری داریم تا از لغزش کلاچ ها و ترمزهای درون گیربکس اتوماتیک جلوگیری شود. در این هنگام ضرورت دارد که سوپاپ تقویت کننده فعال شده و با غلبه بر فنر سوپاپ تنظیم فشار ، اجازه افزایش فشار را بدهد.
3-سوپاپ کنترل دستی : این سوپاپ توسط اهرم انتخاب وضعیت دنده کنترل میشود و میتواند با تغییر وضعیت ، مجراهای روغن را به گونهای هدایت کند که گیربکس در وضعیتهای خلاص (N) ، دنده عقب (R) ، پارک (P) ، حرکت رو به جلو (D) و یا در حالت کنترل دستی (M) قرار گیرد.
4-سوپاپهای تعویض : سوپاپهای تعویض به صورت سوپاپ های قطع یا وصلی میباشند که در هنگام تعویضدنده گیربکس ، با تغییر مسیر جریانهای روغن باعث تغییر وضعیت کلاچها و ترمزها شده و عمل تعویض دنده را انجام میدهند. تعداد سوپاپهای تعویض دنده بستگی به تعداد دندههای گیربکس دارد. معمولا تعداد سوپاپهای تعویض یکی کمتر از تعداد دندههای گیربکس میباشد.
5-سوپاپ تایمینگ : این سوپاپ به سوپاپ تعویض دنده کمک می نماید تا عمل خلاص شدن دنده قبلی و درگیری دنده جدید راحتتر انجام پذیرد. گاهی اوقات سوپاپ تعویض دنده به گونهای طراحی شده است که خودش میتواند کار سوپاپ تایمینگ را نیز انجام دهد.
6-سوپاپ گاز ( مدولاتور ) : این سوپاپ وظیفه
هماهنگسازی فشار روغن با دور موتور را بر عهده دارد. به طوری که در هنگام افزایش دور موتور باعث بالا رفتن فشار روغن میشود. کنترل این سوپاپ توسط پدال گاز انجام
میپذیرد. برای این منظور ارتباط این سوپاپ با پدال گاز از طریق سیم گاز و یا خلا مانیفولد هوا بیشتر میشود. در این هنگام سوپاپ گاز نیز باعث میشود که فشار روغن بالاتر برود.
7-سوپاپ گاورنر : این سوپاپ در خروجی گیربکس نصب میشود و با سرعت خودرو نسبت مستقیم دارد. به طوری که هر چقدر سرعت خودرو بیشتر شود ، گاورنر نیز با سرعت بیشتری به گردش در میآید و باعث میشود که این سوپاپ بیشتر باز شود و فشار روغن افزایش یابد.
8-سوپاپ آکومولاور : این سوپاپ میتواند دفع کننده ضربات جریان روغن باشد. به طوری که در هنگام افزایش بیش از حد فشار ، میتواند آن را تعدیل نماید و در مواقع دیگر نیز از کاهش لحظهای فشار جلوگیری نماید. از سوی دیگر این سوپاپ باعث میشود که تعویض دنده به آرامی و بدون ضربه انجام پذیرد.
فشارهای موجود در گیربکس اتوماتیک
در گیربکس اتوماتیک ،چند فشار مختلف به شرح زیر وجود دارد:
1-فشار خروجی سوپاپ رگولاتور( فشار خط اصلی ): این فشار به وسیله پمپ ایجاد میشود و پس از آن توسط سوپاپ رگولاتور کنترل میشود. این فشار ، منشا سایر فشارهای درون گیربکس نیز میباشد که برای راهاندازی کلاچها و ترمزهای مجموعه سیارهای مورد استفاده قرار میگیرد. لازم به ذکر است که مقدار این فشار باید متناسب با بار موتور باشد و با افزایش بار موتور ، فشار درون مدار هیدرولیکی نیز افزایش یابد.
2-فشار خروجی سوپاپ گاز (فشار مدولاتور) : این فشار از فشار خط اصلی به وجود میآید ولی مقدار آن با دریچه گاز کنترل میشود. فشار خروجی سوپاپ گاز به آن فشار مدولاتور و یا فشار گاز نیز گفته میشود ، سعی در بسته نگه داشتن سوپاپ تعویض دنده دارد.
فشار مدولاتور به همراه نیروی سوپاپ تعویض دنده در مقابل فشار گاورنر قرار میگیرند و با تلاش در جهت بستن سوپاپ تعویض دنده سعی دارد که باعث تعویض دنده معکوس شود. به طوری که شماره دنده کاهش یابد و گیربکس از دندههای سنگین استفاده نماید.
3-فشار خروجی سوپاپ گاورنر ( فشار گاورنر ) :این فشار نیز از فشار خط اصلی به وجود میآید ، اما مقدار آن با زیاد شدن سرعت خودرو افزایش مییابد. زیرا گاورنر بر اساس نیروی گریز از مرکز کار میکند و هر چقدر سرعت خودرو بیشترشود، نیروی گریز از مرکز نیز افزایش یافته وباعث افزایش فشار
میشود. بر همین اساس در حالتی که سرعت خودرو به بیشترین مقدار خود میرسد، فشار گاورنر از فشار خط اصلی هم بیشتر میشود. این فشار سعی دارد که باعث باز شدن سوپاپ تعویض گردد.
توجه داشته باشید که کنترل سوپاپ تعویض دنده توسط فشارگاز وفشار گاورنر انجام میپذیرد واین دو فشار در تعامل با یکدیگر، وضعیت دنده را مشخص مینماید. البته در تعویض دندههای سبک، گاورنر نقش موثرتری دارد و فرمان از طریق آن صادر میشود اما در تعویض دنده های سنگین، سوپاپ گاز موثرتر است.
فصل سوم
نگهداری و عیب یابی
بازدید گیربکس اتوماتیک
در بازدیدهای دورهای و یا مواردی که گیربکس اتوماتیک دارای مشکلاتی میباشد ، مناسب است که موارد زیر چک گردد :
1.سطح روغن
از آنجایی که گیربکس اتوماتیک به کمک سیستم های هیدرولیکی کار مینماید ، دز صورت پایین بودن سطح روغن ، گیربکس قادر به عملکرد صحیح نخواهد بود. این موضوع ممکن است مربوط به نشتی گیربکس و یا اتصالات مدار هیدرولیکی باشد. البته گاهی اوقات نیز این مشکل در اثر هوا گرفتگی پمپ روغن به وجود میآید.
از سوی دیگر توجه داشته باشید که بالا بودن بیش از حد سطح روغن نیز مطلوب نمیباشد. زیرا باعث کف کردن روغن و اکسید شدن آن میشود.
2.کیفیت روغن
روغن گیربکس مطلوب باید دارای رنگ قرمز بوده و از شفافیت کافی برخوردار باشد. اما در مواردی که روغن تیره گردیده است و یا خواص خود را از دست داده است ، ضرورت دارد که تعویض گردد. همچنین در مواردی که در روغن ، ذرات معلق وجود دارد ، حتی اگر روغن خیلی تیره نشده و خواص خود را از دست نداده است ، باز هم لازم است که روغن تعویض گردد.
البته گاهی اوقات تیره شدن سریع روغن ، بیانگر وجود مشکلات فنی در کلاچها و ترمزهای گیربکس اتوماتیک
میباشد. به طوری که آسیبدیدگی آنها باعث کثیف شدن سریع روغن گردیده است. در این حالت لازم است گیربکس تعمیر اساسی گردد.
یکی دیگر از علایم مشکل ، شیری رنگ شدن روغن میباشد. این موضوع بیانگر نفوذ آب به داخل روغن میباشد. در این وضعیت ضرورت دارد که مسیر مجراهای آب خنک کاری چک گردد تا محل ورود آب به داخل روغن شناسایی گردیده و تعمیر شود.
3- تنظیم سیستم دریچه گاز ، مسیر خلا و سوپاپ دستی
به منظور عملکرد بهتر گیربکس اتوماتیک لازم است که
سوپاپها و عملگرها تنظیم شوند. زیرا تنظیم نبودن هریک از این موارد و یا عدم صحت آنها باعث عملکرد نامطلوب گیربکس اتوماتیک میشود.
4- تست استال
یکی از تستهایی که در برخی از اوقات در مورد گیربکس اتوماتیک انجام میپذیرد ، تست استال میباشد. در این تست ابتدا ترمز دستی را باید کشید . سپس اهرم دستی تعیین وضعیت را در حالتی قرار میدهیم که میخواهیم گیربکس را تست نماییم. آن گاه پدال گاز را آنقدر فشار میدهیم تا دور موتور افزایش یابد و بر روی دور خاصی تثبیت گردد. این دور موتور را یادداشت کرده و پدال گاز را رها میکنیم. ( دقت داشته باشید که حالت فشار دادن پدال گاز بیش از 5 ثانیه نشود.) با تکرار این تست در وضعیتهای مختلف ، می توان گیربکس را تست نمود. در هر حالتی دور موتور بیش از مجاز بالا رود ، بیانگر وجود لغزش در ترمزها و کلاچهای گیربکس اتوماتیک میباشد که باید کلاچ ها و ترمزهای آن وضعیت تعمیر گردد.
به منظور اجرای کامل تست استال لازم است که این تست در تمامی وضعیتها انجام شود ؛ زیرا گاهی اوقات در یکی از حالتها ، کلاچ ها و ترمز های اصطکاکی لغزش ندارند ، ولی در حالتی دیگر ممکن است دچار لغزش شوند.
در هر حال اگر تست استال در سرعتهای کم انجام شود و لغزش وجود داشته باشد ، دلیل آن ضعیف بودن موتور و یا عمل نکردن کلاچ یک طرفه استاتور مبدل گشتاور میباشد.
در صورتی که این تست در سرعت استال معمولی اجرا شود ، ولی باز شدن دریچه گاز به طور غیر عادی زیاد باشد ، به منظور ایجاد گشتاور مناسب ، استاتور غیر فعال شده و سرعت خودرو کاهش مییابد. این موضوع می تواند باعث کاهش فشار روغن در مسیر اصلی گیربکس شده و میزان لغزش را در تمامی عناصر اصطکاکی افزایش دهد.
در ضمن هنگامی که تست استال در سرعت های بالا انجام میشود ، بر اساس نتایج به دست آمده می توان نتایج زیر را گرفت :
1- اگر لغزش در تمامی وضعیتها و دندههای مختلف گیربکس صورت میپذیرد ، دلیل آن کم بودن فشار روغن میباشد که باید دلیل آن به دقت بررسی گردد تا مشخص شود اشکال از پمپ است و یا نشتی روغن وجود دارد. البته گاهی اوقات نیز ممکن است مجراها مسدود شده باشد.
2- در صورتی که لغزش در وضعیت D و 2 وجود داشته باشد ، علت را باید در کلاچ یک طرفه مبدل گشتاور بررسی نمود.
3-وجود لغزش در وضعیت های D ، 1 و 2 میتواند مربوط به کلاچ عقب باشد.
4- لغزش در وضعیت دنده عقب نیز می تواند مربوط به کلاچ جلو و یا باند ترمز دنده یک و دنده عقب باشد.
بنابراین به طور مثال می توان گفت که اگر در یک آزمایش استال ، گیربکس اتوماتیک در وضعیت D (درایو) دچار لغزش میشود و دور موتور بیش از حد بالا میرود ، یا کلاچ عقب معیوب است و یا این عیب مربوط به کلاچ یک طرفه مبدل گشتاور میباشد.
5- تست جادهای
در تست جادهای عملکرد گیربکس اتوماتیک در وضعیتها و دندههای مختلف در حال حرکت چک میشود تا مشکلات و عیوب احتمالی آن مشخص گردد. در تست جادهای می توان قدرت نگهداری باند ترمز دنده یک و دنده عقب ، باند دنده دو و کلاچ جلو را به دقت بررسی نمود و از نحوه عملکرد تعویضها در وضعیت ها و سرعتهای مختلف اطمینان حاصل کرد. از سوی دیگر تمامی ابهاماتی که در خصوص لغزش اجزای اصطکاکی ( باندهای ترمز و کلاچ ها ) گیربکس اتوماتیک وجود دارد ، در یک تست جاده ای مورد ارزیابی قرار میگیرد تا عیب به طور دقیق مشخص گردد.
البته قبل از اجرای تست جادهای ، ضرورت دارد که تنظیمات موتور به دقت انجام پذیرد ، زیرا تنظیم نبودن موتور باعث ضعیف کار کردن موتور میشود و در حالتی که موتور قدرت کافی تولید نمیکند ، راننده به منظور جبران کمبود قدرت و گشتاور ، مجبور است که پدال گاز را بیشتر فشار دهد. همین موضوع باعث بیشتر باز شدن دریچه گاز و بالا رفتن فشار روغن در گیربکس اتوماتیک می شود. به طوری که باعث ایجاد حالت آوانس در تعویض دنده شده و عمل تعویض دنده ها زودتر از هنگام انجام میشود.
سطح روغن موتور و روغن گیربکس و کافی بودن آب سیستم خنک کاری نیز باید قبل از تست جادهای چک شود تا تاثیری بر روی نتیجه تست جادهای نداشته باشد.
برای اجرای تست جادهای ، هنگامی که خودرو در حال حرکت است ، گیربکس اتوماتیک را در وضعیتهای مختلف قرار داده و با سرعتهای مختلف چک میکنیم. بر اساس این که لغزش در کدام یک از حالتهای زیر رخ میدهد ، میتوان کلاچ و باند ترمز معیوب را پیدا نمود :
1- اگر لغزش در دنده یک خودکار (درایو) (D) رخ میدهد ، لغزش مربوط به کلاچ عقب و یا کلاچ یک طرفه مبدل گشتاور میباشد.
2- اگر لغزش در دنده یک دستی وجود دارد ، علت آن مربوط به کلاچ عقب و یا باند دنده یک و دنده عقب میباشد.
3- اگر در دنده دو دستی لغزش رخ میدهد ، عیب مربوط به کلاچ عقب و یا باند دنده دو میباشد.
4- اگر دنده سه دستی دچار لغزش میشود ، یا کلاچ عقب معیوب است و یا کلاچ جلو لغزش دارد.
5-وجود لغزش در وضعیت دنده عقب نیز مربوط به کلاچ جلو است و یا باند دنده یک و دنده عقب مشکل دارد.
6- تست فشار
همانطور که میدانید در گیربکس اتوماتیک سه فشار وجود دارد:
1-فشار خروجی سوپاپ رگلاتور که همان فشار خط اصلی
میباشد.
2- فشار گاورنر که با افزایش سرعت خودرو افزایش مییابد و باعث تعویض دنده در جهت افزایش شماره دنده میشود.
3-فشار مدولاتور که در مقابل فشار گاورنر قرار میگیرد وباعث تعویض دنده معکوس میشود.
در تست فشار این سه فشار اندازه گیری میگردد، تا از صحیح بودن مقدار آن اطمینان حاصل گردد.
چون کم یا زیاد بودن هر یک از این فشار ها باعث عملکرد نامناسب گیربکس اتوماتیک می شود.
عیوب گیربکس اتوماتیک
معمولا گیربکسهای اتوماتیک در مواردی دچار مشکل
میگردند که به آن ها فشار بیش از حد وارد شود. بطور مثال حمل بار اضافی توسط خودرو یا رانندگی به مدت طولانی در شرایط ترافیک، می تواند به گیربکس فشار آورده و باعث آسیب دیدن آن گردد.
یکی دیگر از عوامل موثری که باعث آسیبدیدگی
گیربکسهای اتوماتیک میشود، عدم تعویض به موقع فیلتر میباشد.کثیف شدن بیش از حد روغن ممکن است باعث مسدود شدن مسیر های عبور روغن و شیرهای هیدرولیکی شود.
در اینجا ضمن توصیه به رعایت موارد فوق، به برخی مشکلاتی که ممکن است در یک گیر بکس اتوماتیک بوجود آید،
میپردازیم:
1-داغ شدن روغن: علت داغ شدن بیش از حد روغن،اعمال فشار بیش از اندازه به گیربکس است. این موضوع میتواند باعث تجزیه واکسایش روغن گردد.توجه داشته باشید که اگر خواص وماهیت روغن تغییر نماید، احتمال بکسواد کردن کلاچهای درون گیربکس یا مسدود شدن مسیرها و شیرهای هیدرولیکی وجود دارد. در این موارد تعویض سریع روغن گیربکس توصیه میگردد.
2- عمل نکردن مبدل گشتاور: لازم است که مبدل گشتاور در هنگام تعویض دنده بتواند عمل کلاچ گیری را انجام دهد. اگر اجرای این مقدار عمل مقدور نباشد، احتمالا یکی از مشکلات زیر بوجود آمده است:
1- خراب شدن مکانیزم قفلکننده مکانیکی
2- مشکل داشتن سیستم فرمان دهنده الکترونیکی
3- شکستگی یا معیوب شدن پرههای ایمپلر یا توربین
4- گیر کردن استاتور
5- گرفتگی مسیرهای عبور جریان روغن
3- عمل نکردن کلاچ ها وترمزهای درون گیربکس:اگر کلاچها و ترمزهای درون گیربکس اتوماتیک نتواند عمل نماید ، امکان تعویض دنده و انتقال قدرت در گیربکس مقدور نخواهد بود. علت این موضوع ممکن است یکی از موارد زیر باشد :
1- گرفتگی و مسدود شدن مسیرهای عبور روغن و یا شیرهای هیدرولیکی
2- مشکل داشتن سیستم فرمان دهنده الکترونیکی
3- ساییدگی بیش از حد و از بین رفتن سطح اصطکاکی کلاچ ها و یا ترمزها
4- قادر نبودن گیربکس در خصوص انتقال قدرت: اگر گیربکس نتواند گشتاور وارده به محور ورودی خود را به محور خروجی منتقل نماید ، احتمالا یکی از مشکلات زیر وجود دارد :
1- شکستگی چرخدنده ها و یا محورها
2- عمل نکردن کلاچها و ترمزهای درون گیربکس
3- مشکل داشتن سیستم فرماندهنده الکترونیکی
4- مسدود شدن مسیرهای عبور روغن
5- خراب شدن شیرهای هیدرولیکی
5-تعویض دنده دیر و خشن : تعویض دندههای به موقع و صحیح ، نتیجه عملکرد مناسب باندهای ترمز، کلاچها ، آکومولاتور و سوپاپ تعویض دنده میباشد. از سوی دیگر تنظیم بودن مقدار فشار مدولاتور و فشار گاورنر نیز در تعویض دنده به موقع بسیار موثر است. زیرا تنظیم نبودن این فشارها باعث دیر باز شدن سوپاپهای مدولاتور یا سوپاپ گاورنر شده و عمل تعویض دنده را به تاخیر میاندازد. برای این مشکل می توان دو حالت را در نظر گرفت :
1- اگر تاخیر در حالت تعویض دندههای سبک و افزایش شماره دنده وجود دارد ، این عیب مربوط به سوپاپ گاورنر می باشد.
2- اگر تاخیر در حالت تعویض دندههای سنگین و کاهش شمارنده دنده ( تعویض دنده معکوس ) وجود دارد ، علت آن معیوب بودن سوپاپ گاز ( مدولاتور ) است.
6- تعویض دنده زود هنگام: این مشکل نیز مربوط به عملکرد نامناسب سوپاپ گاورنر و سوپاپ مدولاتور میباشد. زیرا این دو سوپاپ در تعامل با یکدیگر ، عمل تعویض دنده را انجام میدهند. حال اگر هریک از این سوپاپها به علت تنظیم نبودن، زودتر از موقع باز شوند ، عمل تعویض دنده نیز زودتر از موقع انجام می پذیرد. به طوری که :
1- اگر تعویض دنده در جهت افزایش شماره دنده ، زودتر از هنگام انجام می شود ، علت آن ضعیف بودن سوپاپ گاورنر و سریع باز شدن آن می باشد.
2- اگر تعویض دنده های معکوس (کاهش شماره دنده) ، زودتر از موقع صورت می پذیرد ، علت آن ضعیف بودن سوپاپ گاز ( مدولاتور ) می باشد.
7-نشتی روغن : توجه نمایید که اگر روغن گیربکس اتوماتیک تخلیه شود و یا سطح آن پایین بیاید ، اصلا امکان انتقال قدرت توسط گیربکس وجود نخواهد داشت . زیرا بسیاری از مکانیزمهای گیربکس اتوماتیک ، با استفاده از فشار روغن و از طریق مکانیزم هیدرولیکی عمل مینماید. به طور مثال عملکرد کلاچها و ترمزهای هیدرولیکی با استفاده از فشار روغن میباشد. هم چنین مبدل گشتاور ، یکی کلاچ هیدرولیکی
میباشد.
علت کم شدن روغن و یا نشتی روغن میتواند یکی از موارد زیر باشد :
1- خراب شدن کاسه نمدها
2- آسیب دیدن واشرهای آب بندی
3- شل بودن پیچ بازدید روغن گیربکس
4- ترک خوردگی و یا شکستگی پوسته گیربکس
5- محکم نبودن شیلنگ ها و اتصالات هیدرولیکی
روغن گیربکس اتوماتیک
در گذشته برای گیربکسهای اتوماتیک، از همان روغنهای معدنی و یا روغنهایی که در موتور استفاده میشود، استفاده میگردید. ولی با پیشرفت تکنولوژی گیربکسهای اتوماتیک، بهتدریج روغنهایی با خواص بهتر و متناسب با نیازهای گیربکس اتوماتیک تهیه شد.
روغن مخصوص گیربکس اتوماتیک (AFT)،اولین بار توسط شرکت ژنرال موتور درسال 1949تولید گردید. بعد از این تاریخ روغن گیربکسهای مختلفی توسط این شرکت وسایر شرکت ها تولید گردید که هر کدام سعی در بهبود خواص روغن مربوطه داشتند.
خواص موردنیاز برای روغن های مخصوص گیربکس اتوماتیک به شرح ذیل میباشد:
1-مقاومت در برابر اکسیداسیون:لازم است که این روغن در مقابل اکسیداسیون دارای مقاومت باشد. زیرا اگر روغن نتواند گرما را تحمل نماید و دچار اکسیداسیون شود ، هم باعث مسدود شدن مجراهای هیدرولیکی شده و هم مواد اصطکاکی را از بین میبرد.
2-ویسکوزیته : ویسکوزیته و غلظت گیربکس باید در حد مشخصی ثابت نگه داشته شود.زیرا غلظت بیشتر و یا کمتر از این حد باعث ایجاد مشکل در عملکرد گیربکس میشود. میزان غلظت روغن حتی بر روی ضریب اصطکاک قطعات درگیر باهم نیز تاثیر دارد.
3-مقاوم در برابر کف کردن : ضرورت دارد که این روغن به گونهای باشد که در هنگام عبور از میان چرخدندهها و مجراها کف نکند.
4-مقاوم در برابر دما :لازم است که روغن گیربکس اتوماتیک در محدوده دمایی بین منهای 40- درجه تا 180 درجه سانتیگراد خواص خود را از دست نداده و بتواند عمل روغن کاری و محافظت از سطوح را انجام دهد.
5-ضد سایش :خصوصیات شیمیایی روغن باید به گونهای باشد که باعث ساییدگی اجزاء درون گیربکس نشود.
6-سازگاری :لازم است که این روغن از نظر شیمیایی با قطعات و مواد به کار رفته درون گیربکس اتوماتیک سازگار باشد و باعث خوردگی آنها نشود. در غیر این صورت ممکن است باعث بروز واکنش های شیمیایی و از بین رفتن قطعات گردد.
7-تراکم ناپذیر :از آنجایی که ممکن است این روغن تحت فشار قرار گیرد ، لازم است که در مقابل فشار از خود مقاومت نشان داده و حجم آن تغییر نکند.
فصل پنجم
گیربکسهای CVT
انتقال قدرت پیوسته (CVT) در حال حاضر جای گیربکس اتوماتیک را در بعضی خودروها گرفته است. همانطور که بیان شد وظیفه گیربکس تغییر نسبت دنده می باشد و از تعدادی چرخدنده استفاده میکند تا با تغییر شرایط رانندگی استفادهی مناسبی از گشتاور موتور شود،دندهها میتوانند به طور دستی یا اتوماتیک تغییر کند. در گیربکسهای اتوماتیک چرخدندههای سیارهای وظیفه انتقال و تغییر گشتاور را به عهده دارند، اما بر خلاف گیربکسهای اتوماتیک معمول درگیربکسهای CVT هیچگونه چرخدندهای وجود ندارد رایج ترین این گیربکس ها بر اساس سیستم پولی کار میکند این گیربکس دارای تعداد زیادی نسبت تبدیل میباشد که به صورت تدریجی و پیوسته می باشد
اجزای CVT
تورک کنورتور یا مبدل گشتاور
یک مجموعه دنده سیاره ایی ساده
تسمه مقاوم
پولی های ورودی(محرک) و خروجی(متحرک)
مجموعه سروو و باند ترمز جهت معکوس سازی حرکت
یک مجموعه کلاچ چند صفحه ایی برای ایجاد حرکت مستقیم
سیستم هیدرولیک
کنترل یونیت گیربکسECU
سنسورها
عملگرها
تورک کنورتور یا مبدل گشتاور
مبدل گشتاور در سیستم های CVT مشابه مبدل گشتاور در گیربکس های اتوماتیک معمول بوده و تفاوتی نمی کند.
مجموعه دنده سیاره ایی
توان خروجی موتور قبل از رسیدن بهCVT باید از یک مجموعه دنده سیاره ایی عبور کند دلیل این کار بعد از اشنایی کامل با گیربکس CVT در اخر بحث توضیح داده می شود.
تسمه
ارتباط دهنده نیرو از پولی محرک به پولی متحرک است درنتیجه باید از جنس مواد مقام باشد.
پولی
هرکدام از پولی های محرک و متحرک (ورودی و خروجی) از دو مخروط تشکیل شده اند که این مخروط ها می توانند مطابق شکل در راستای محوری که روی آن نصب شده اند حرکت کنند و به هم نزدیک یا دور شوند.
پولی محرک پولی است که برروی خروجی موتور نصب می شود. پولی متحرک پولی است که برروی شفت خروجی گیربکس نصب می شود.
حالت افزایش گشتاور
در حالتی که نیاز باشد گشتاور خودرو افزایش یابد مخروط های پولی محرک برروی محور از همدیگر باز شده و تسمه به عمق مخروط نفوذ می کند در این حالت پولی محرک با سرعت بالایی دوران می کند.
و در پولی مقابل یعنی پولی متحرک مخروط ها برروی محور خود به یکدیگر نزدیک می شوند درنتیجه تسمه به طرف محیط خارجی مخروط ها قرار می کند در نتیجه کاهش دور را خواهیم داشت بنابرای دور خروجی موتور تبدیل به گشتاور در گیربکس می شود.
حالت افزایش دور (اوردرایو)
در حالتی که نیاز باشد سرعت خودرو افزایش یابد مخروط های پولی محرک برروی محور بسته شده و تسمه در محیط خارجی پولی ها قرار می گیرد در این حالت پولی محرک با سرعت پایینی دوران می کند
و در پولی مقابل یعنی پولی متحرک مخروط ها برروی محور خود به از یکدیگر دور می شوند درنتیجه تسمه به عمق مخروط ها نفوذ می کند در نتیجه افزایش دور را خواهیم داشت بنابراین دور خروجی موتور تبدیل به دور می شود و باعث افزایش سرعت خودرو می شود
سایر حالت ها
با توجه به اینکه هرکدام از مخروط ها می توانند برروی محور خود بی نهایت حرکت رفت و برگشتی داشته باشند پس بین حالت اوردرایو و حالت افزایش گشتاور بی نهایت نسبت دنده قرار دارد که با توجه به شرایط حرکتی خودرو و تغییر زوایه دریچه گاز که معرف تمایل راننده به سرعت دلخواه می باشد ECU می تواند به تنظیم فاصله مخروطها از یکدیگر کند و نسبت دنده مناسب را تعیین کند به عنوان مثال هنگامی که عمق دو پولی با هم برابرند نسبت دنده یک به یک خواهیم داشت این بدان معنا است که برخلاف گیربکس های دستی و سیاره ایی که حالت محدودی از نسبت دنده داشتیم در گیربکس های CVT بی نهایت نسبت دنده می تواند وجود داشته باشد که این امر سبب از بین رفتن شوک و تغییر دور های ناگهانی ناشی از تعویض دنده ها می گردد و به صورت پیوسته و متغیر در هر لحظه ضریب دنده مناسب انتخاب می شود.
از جمله مزایا استفاده از این نوع سیستم های انتقال قدرت CVT می توان به کاهش مصرف سوخت تا 20 درصد نسبت به گیربکس های خودکار معمولی، انتقال روان تر و یکنواخت تر قدرت موتور، کارایی دینامیکی بهتر، شتابگیری بهتر، کارکرد دائمی موتور در بهینه ترین دور که ضمن کمک به سلامت موتور موجب کاهش مصرف سوخت می شود.
مجموعه دنده سیاره ایی
مجموعه دنده سیاره ایی قبل از CVT قرار می گیرد به طوریکه دنده خورشیدی محرک و از تورک کنورتور نیرو را دریافت می کند در دنده سیاره ای قانون حرکت با دنده مستقیم یا حرکت دنده عقب اتفاق می افتد در حقیقت وجود دنده سیاره یی به دلیل ایجاد حالت دور معکوس برای دنده عقب است.
باند ترمز جهت حرکت معکوس یا دنده عقب
با درگیری شیفتر دنده روی حالت Rسروو فعال شده و باعث درگیری باند ترمز با دنده رینگی می شود با توجه به اینکه دنده خورشیدی ورودی است و حامل قفسه خروجی و رینگی ثابت هرزگردهای قفسه باعث می شود تا شفت حامل قفسه معکوس ورودی یعنی دنده خورشیدی به گردش در بیاید بدین ترتیب دنده عقب شکل می گیرد.توجه داشته باشید در این گیربکس ها امکان بی نهایت نسبت دنده برای دنده عقب نیز وجود دارد ولی با توجه به اینکه کاربردی ندارد برنامه ایی در این خصوص به ECU داده نشده است
کلاچ جهت حرکت مستقیم
در این حالت باید در مجموعه سیاره ایی حالت یک به یک اتفاق بیافتد و نیرو بعد از عبور از مجموعه سیاره ای وارد CVT شده و نسبت دنده های متفاوت با توجه به شرایطی حرکتی خودرو ایجاد شود از مجموعه های سیاره ای می دانیم اگر دو عضو یک مجموعه ثابت شود مجموعه سیاره ای کوپل شده و یک پارچه و با نسبت یک به یک به چرخش در می اید بنابراین با استفاده از یک کلاچ مجموعه یک پارچه می شود به شکل که شیربرقی باعث می شود که مدار روغن وارد عمل شده و پیستون کلاچ عمل کند و خورشیدی با قفسه را به ثابت کند در نتیجه سیستم کوپل و با نسبت یک به یک به چرخش در آمده و به CVT منتقل می شود در انجا می توانیم از مکانیزم CVT نسبت دنده های مختلفی را بگیریم.
سیستم هیدرولیکی
این سیستم فشار هیدرولیک را برای تورک کنورتور ،درگیری کلاچ حرکت مستقیم ، باند ترمز دنده معکوس و سایر اجزای سیستم تامین می کند.
سیستم کنترلی گیربکس
ECU که یونیت سیستم است با اطلاعات دریافتی از سنسورهای سیستم به کنترل عملگرهای سیستم می پردازد سنسورها شامل سنسور سرعت خودرو ، سنسور دورموتور ، سنسور زاویه دریچه گاز وضعیت شیفتر دنده و غیره می باشند که با اندازه گیری پارامترهای مختلف آن ها را اندازه گیری کرده و به ECU اعلام می کند عملگرهای سیستم عملگرهای هستند که سبب تغییر اندازه مخروط در پولی ها و شیر برقی پیستون کلاچ چندصفحه ایی ، سروو باند ترمز دنده عقب و غیره می باشد که ECU با کنترل آن ها به کنترل وضعیت حرکتی خودرو می پردازد.
منابع
خرزان ،مهدی،انتقال قدرت خودرو ،مشهد ،جهان فردا ،1389
هاشمی ،پرویز،گیربکس های اتوماتیک،تهران ،علوی،1393
تکنولوژی انتقال قدرت اتوماتیک
22