دانشگاه آزاد اسلامی-واحد شهر ری
رشته مکانیک خودرو
گزارش کار آموزی
جعبه دنده اتوماتیک
محل کارآموزی
نمایندگی مجاز ایران خودرو کد 1124
استاد راهنما
آقای دکترحسین ترابیان
دانشجو
امید دادگر
تابستان 1387
(بسمه تعالی)
تشکر و قدردانی:
پس از حمد و ثنا گویی به محضر تنها ذات بلند مرتبه ای که تنها سزاواره حمد گویی است و همه حمد و سپاس آدمیان از هر کس و هر چیزی که باشد در حیطه قلمرو او ، ولایت،عظمت و کرامت اوست.
اکنون که به یاری ایزد منان وارد مرحله پایانی این دوره از تحصیلات خود شده و دوره کارآموزی را با موفقیت به پایان رسانیده ام جا دارد که از پدرو مادر بزرگوارم که مشوقان اصلی من در این راه بوده اند تشکر کنم، و استاد عزیزمان آقای دکترحسین ترابیان و کسانی که در محل کاراموزی مرا یاری کرده اند از جمله آقایان : مجید حامدی،محسن بهلولی،و دوست عزیزم سعید حیدری تقدیر و تشکر کنم و از درگاه خداوند متعال برای تمامی این عزیزان دوام توفیق مسئلت دارم.
معرفی نمایندگی مجاز ایران خودرو کد 1124
در سرزمین پهناوری چون ایران با توجه به شرایط اقلیمی، حمل و نقل یکی از ارکان مهم و اساسی اقتصاد کشوربه شمار می آید.
به همین منظور گروه ایران خودرو به منظور حمایت از حقوق مشتریان خود در سراسر کشور نمایندگی های مجازی را به همین منظور تاسیس کرده است که نمایندگی مجاز ایران خودرو کد 1124 یکی از این مراکز می باشد که مسئولیت برطرف کردن نیازهای مشتریان ایران خودرو را برعهده دارد که در این مرکز کلیه کارهای مکانیکی و تعمیراتی اعم از برق خودرو و تعمیر و نگهداری خودرو بر روی اتومبیل های مشتریان خود انجام می دهد و نیازهای آنها را برطرف می سازد.
فهرست مطالب:
مقدمه————————————————————————7
مسیرانتقال قدرت—————————————————————8
صفات اختصاصی موتور———————————————————–8
وظایف جعبه دنده—————————————————————9
سیر تکاملی جعبه دنده———————————————————-10
طرزکارجعبه دندهای اتوماتیک—————————————————-20
سیستم های کنترل کننده——————————————————–22
سیستم کنترل دستی————————————————————22
سیستم کنترل دریچه گاز———————————————————23
سیستم کنترل گاورنر————————————————————24
سیستم کنترل هیدرولیکی——————————————————-25
عملکرد واثرکنترل کننده ها——————————————————25
وضعیت پارک وراه اندازی موتور—————————————————29
وضعیت حرکت مستقیم———————————————————31
وضعیت دنده عقب————————————————————–38
واحدهای هیدرودینامیکی——————————————————-40
کوپلینگ هیدرولیکی———————————————————–45
طرز کارکوپلینگ هیدرولیکی—————————————————–47
نسبت سرعت——————————————————————49
مبدل گشتاورهیدرولیکی——————————————————–55
طرزکارمبدل گشتاور————————————————————59
افزایش گشتاور—————————————————————-61
قانون نیوتن——————————————————————-64
سیستم های خنک کننده روغن هیدرولیک—————————————–64
صفات اختصاصی مبدل———————————————————66
مبدل های با ظرفیت متغبر——————————————————67
ظهورجعبه دنده اتوماتیک
مقدمه
جت اوی(jeta way)هیدراماتیک(hydra-matic) تورک فلایت
(torque_flite)بعضی از نام های خانواده جعبه دنده های اتوماتیک هستند که درتجارت به این نام ها خوانده می شوند∙
مطالعه جامع جعبه دنده های اتوماتیک شامل اصول وقوانین طرز کار عیب یابی سرویس و تعمیرات آن ها می باشد که در فصول مختلف این کتاب به شرح آن ها خواهیم پرداخت∙اصول کار جعبه دنده های اتوماتیک شبیه هم می باشد وتفاوت هایی که در ان ها وجود دارد صرفا در ترکیب اندازه ها وساختمان و بعضی اختلافات کوچک در سیستم های کنترل هیدرولیکی میباشد که شامل اصول اساسی جعبه دندها نخواهد بود∙
جعبه دنده های اتوماتیک مانند جعبه دنده های معمولی قابل استفاده در موتورهای بنزینی ودیزلی و همچنین اتومبیل های سبک و سنگین به خصوص ماشین های راه سازی می باشندو باید متذکر شد که اصول کار ان ها یکسان بوده وطرز کارشان به سادگی قابل فهم میباشد
رانندگی اتومبیل هایی که دارای جعبه دنده اتوماتیک می باشند مستلزم داشتن اطلاعات کافی در این زمینه میباشد تا راننده بتواند به موقع نسبت به سرویس های مقدماتی ان اقدام نماید و نها یتا در تشخیص عیب و رفع ان اقدام لازم را به عمل اورد ∙
این کتاب ابتدا مروری مختصر بر تئوری جعبه دنده های اتوماتیک و توسعه و تکامل تدریجی طراحی و تولیدات انواع کارخانجات را دارد سپس بحث در مورد مبدل گشتاور مجموعه دنده های سیاره ای (مجموعه خورشیدی) و سپس سیستم های کنترل هیدرولیکی مطابق با نوع ساخت و طرز کار ان ها را خواهد داشت وبالاخره درفصول عیب ,عیب یابی سرویس و تعمیر اساسی مدل های اصلی جعبه دنده های اتوماتیک اتومبیل های امریکایی را مورد بررسی قرار می دهد ∙
مسیرانتقال قدرت
(power train)
مسیر انتقال قدرت شامل اجزا محرک بین فلایویل موتور وچرخ های محرک می باشد∙ که شامل کلاچ ,جعبه دنده ,گاردان,قفل گاردان، دیفرانسیل و اکسل عقب میباشد∙دراین مسیر قدرت نسبت دنده های جعبه دنده ودیفرانسیل (کرانویل وپینیون ) به کار برده شوه با دور موتور را کنترل نموده وگشتاور لازم راتولید نماید .جعبه دنده یک مبدل گشتاوراست ومتناسب با بار وسیله ی نقلیه دور خروجی موتور می کند واجازه می دهد که موتور بار داده شده را به حرکت درآورد
را تغییرمی دهد،جعبه دنده معمولا 3یا 4 نسبت دنده مناست را تهیه می کند واجازه می دهد که موتورداده شده را به حرکت درآورد
مطابق شکل (1-1).در جعبه دنده ایده آل بایستی نسبت دنده هایش بارموتور را تنظیم کند تا درتمام سرعت ها همان منحنی گشتاوری
راتولید نماید.دراین جا عمل کرد موتور مورد نظرمی باشدوجعبه دنده طوری طراحی می گرد د که به خوبی قدرت راانتقال دهد.
صفات اختصاصی موتور
(Engine Characteristics)
وظیقه موتورها ی احتراق داخلی ایجاد قدرت ودرنتیجه تولید گشتاور می باشد.قدرتی که اغلب به کاربرده می شودHP)) منظور قدرت مفید موتور می باشد. به طور ساده می توان گفت که قدرت ،نتیجه گشتا ور وسرعت یا دور موتور است .یک قدرت ویژه میتواندنتیجه گشتا ور زیاد ودور کم و یا گشتا ور کم و دور زیاد باشد .شکل 1-1 ارتباط قدرت مفید با گشتاور موتور را نشان میدهد و واضح است که بر اثر افزایش دور موتور،گشتا ور و قدرت موتور تا حد متوسط با هم افزایش می یابند، پس از آن با افزایش دور موتور قدرت افزایش یافته و گشتاور کاهش می یابد تا به مقدار اولیه خود برسد.ازصفات دیگر آن این است که موتور قدرتی بیشتراز بارموردتقاضای اتومبیل تولیدنخواهد کرد. به عنوان مثال در دور 2500 دردقیقه که جعبه دنده دروضعیت خلاص است گشتاور کمی تولید می شود،به دلیل اینکه دریچه گاز کمی باز است ودر نتیجه خلاءموتو رزیاد است.وقتی که به موتوربار داده شد(وزن×اصطکاک)به منظورثابت بودن دور بایستی دریچه گاز بیشتر بازشود وبه موتورمخلوط هواوسوخت بیشتری داده شود.درنتیجه مکش یا خلاء موتور افت می کند،بنابراین قدرت حاصله افزایش می یابد.ازدیگر خصوصیات موتوراین است که موقعی که میل لنگ موتور سریع بچرخد،گشتاورکمی ظاهر شده وتا ثیر آن درشتاب اتومبیل کم خواهدبود.برای کارآیی بهتر اتومبیل ،موتور آن باید بایک مسیر قدرتی ارتبا ط داشتهباشدکه دورخروجی رابا بار یا مقاومت جاده وفق بدهد.(وزن وسرعت وموقعیت )
وظایف جعبه دنده
Transmission Functions))
یک نمونه محور محرک منحنی گشتاور( گشتاورموتور×نسبت انتقال جعبه دنده برعلیه مقاومت جاده ای در وضعیت تمام باریا دریچه گاز کاملاًًً باز باشد تاسرعتش به 100 مایل برساعت برسد)درشکل2-1رای یک جعبه دنده اتوماتیک 3دندهای نشان داده شده است.دراین حالت مقاومت جاده به احتیاجات گشتاور محورمحرک مربوط می شود تاحرکت اتومبیل رادریک سرعت معین نگه دارد.امشاهده منحنی گشتاور محور محرک بیشترین مقدارگشتاور قابل استفاده درهنگام شروع حرکت می باشد زیرا گشتاورموتور توسط مبدل گشتاور( تورک کنورتور) چندبرابرشده است.(درابتدای حرکت، مبدل گشتاوربیشترین نسبت رادارا می باشد)وبه وسیله محرک سریعا کاهش می یابد تا مادامی که سرعت اتومبیل به 20 مایل برساعت برسد.هنگامی که اولین دنده درگیر است درحالی که گشتاورکاهش می یابد،مبدل گشتاور یک انتقال آرامی رامیسر می سازد وقتی که عمل تطابق گشتاورانجام شود به دنده 2ووبالاخره به همین ترتیب به دنده3تغییر خواهدیافت.اگراتومبیل درحالت شتاب گیری باشدگشتاورمحرک بایستی از مقاومت جاده بیشترباشدوزمانی که گشتاورشافت محرک ومقاومت جاده برابرشوند،سرعت اتومبیل ثابت خواهدشد.شکل2-1این نقطه رانشان می دهد.درسرعت 5مایل برساعت گشتاور مقاومت جاده 25فوت پوندمن باشدوگشتاورمحور محرک از850 فوت پوند درحین شتاب گیری به طورمعکوس به 825 فوت پوندکاهش می یابد.هنگامی که اتومبیل شتاب می گیرد تا سرعتش به 100مایل برساعت برسد،مقاومت جاده نیز افزایش یافته وگشتاور شافت محرک کاهش می یابد تاسرانجام جعبه دنده :1- بادنده 3درگیر می شود.2- دور موتور ماکزیمم است وگشتاور کاهش پیداکرده3- مقاومت جاده وگشتاور محورمحرک به طورمساوی به هم می رسند که دراین لحظه افزایش سرعت اتومبیل ممکن نیست وباتوجه به شکل2-1 معلوم می شودکه موتور وجعبه دنده تواماً این اعمال راانجام می دهند.
"سیر تکاملی جعبه دنده"
(Transmisson Development)
جعبه دنده های اتوماتیک ازسال ها قبل تاکنون تغییرات چندانی نداشته است وتوسعه ی آن ها باتکامل تد ریجی اتومبیل ها انجام پذیرفته است وبا وجود این که وظیفه اصلی آن تغییروتبدیل دوروگشتاورمی باشد، در این وضعیت دنده عقب ،حالت خلاص وهم چنین حالت ترمزموتوری درآن پیش بینی گردیده است.
اتومبیل های امریکایی درطول 30تا40 سال اول اختراع شان با استفاده ا زجعبه دنده های نسبتا ساده وخوب طراحی گردیدندو درآن ها جعبه دنده های معمولی لغز شی 3یا 4 سرعته به کاربرده می شد.
مطابق شکل 3-1 که مجهز به کلاچ اصطکاکی می باشد وعمل قطع ووصل آن هنگام تعویض دنده ها به صورت مکانیکی انجام می گردد.درهمان زمان طرح جعبه دنده های معمولی با استفا ده از دنده های سیاره ای ( مجموعه خورشیدی ) مد نظر قرار گرفته بود که یک نمونه آن در اتومبیل کادیلاک مدل 1904 به کار برده شد وهمچنین بیشتر درمدل های قدیمی اتومبیل فورد از جعبه دنده های معمولی دوسرعته با مجموعه ی خورشیدی استفاده می شد که سالهای متمادی شهرت داشت وبالاخره درسال 1928از رده خارج گردید.
علی رغم آن مهندسین موفق شدند که درباره ی جعبه دنده های ایده آل تحقیق کنند.یه طوری که وظیفه ی راننده راتسهیل نماید و یک جابحایی یا تعویض دنده آرام وبدون سروصدابانسبت دنده های متغیر صورت پزیرد وبازده موتور راافزایش دهد. تکامل جعبه دنده های اتوماتیک مراحلی راگذرانده است تابه صورت مدرن امروزی درآمده است وذیلاً به شرح سیر تکاملی آن ها می پردازیم:
در سال1928کادیلاک جعبه دنده هایسنکرونیزه را تولید نمود∙
درسال1933(reo) جعبه دنده های نیمه اتوماتیک را عرضه نمود که در ان از دنده های سیاره ای با وزنه های گریز از مرکز جهت کنترل ان ها استفاده شده بود و اجازه می داد که تعویض دنده ها به طور خودکار از سرعت پائین به سرعت بالا انجام پذیرد و حرکت اتومبیل را عملی می ساخت ∙با وجود این در ان از یک کلاچ اصطکاکی نیز هنوز استفاده می شد∙
در سال 1934 کرایسلر جعبه دنده های فوق سرعت (اوردرایو)را تولید نمود∙
درسال 1937اولدزموبیل یک نوع دیگرجعبه دنده های نیمه اتوماتیک را طراحی نمود که دران از دنده های سیاره ای وکنترل کننده هایی که به طور هیدرولیکی و مکانیکی عمل می کردنداستفاده شده بود وبه منظور درگیری دنده عقب ان از دنده های معمولی استفاده می گردید وهمچنین در ان یک کلاچ اصطکاکی به کار گرفته شده بود∙
در سال 1938 کرایسلر کلاچ هیدرولیکی را تولید نمود که با وجود ان در حالی کهجعبه دنده می توانست در وضعیت درگیری باشد موتور با دور ارام به کار خود ادامه می داد ∙ و با این طرح گام موفقیت امیزی در ابداع جعبه دنده های نیمه اتوماتیک برداشته شد وبدین لحاظ کرایسلر مشهور گردید∙
جعبه دنده های نیمه توماتیکی که طراحی گردید به نام های مختلف درتجارت شناخته شد مانند:gyromaticوtip -toe shift,prestomaticودرطراحی های بعدبه جای کلاچ هیدرولیکی مبدل گشتاور هیدرولیکی جایگزین شد و به نام های کرایسلرتورک-درایو (Chrysler torque-drive) وپلی موث هیدرایو(playmouth hydrive) نامیده شد∙با توجه به اشکال 4-1و5-1مشاهده می شود که در ان ها به منظورتعویض دنده ها هنوز ازیک کلاچ پایی استفاده شده است ∙
در سال 1940 کارخانه جنرال موتور (gm) جعبه دنده هیدراماتیک (hydra-matic) رابرای اولین بار در اتومبیل(oldesmobile)به کار برد∙این طراحی اولین کار برد کلاچ های هیدرولیکی را در ترکیب جعبه دنده ای خورشیدی مشخص کرد ومطابق شکل 6-1جعبه دنده تمام اتوماتیک نامیده شد که دران مجموعه خورشیدی جلو وعقب برای وضعیت خلاص ودنده های جلو به کار برده شد ودر دنده عقب مجموعه خورشیدی جلو نسبت دور کاهنده ای (افزایش گشتاور) دارد و مجموعه خورشید عقب مسیر را عکس نموده و هچنین نسبت دور دنده عقب را کاهش (افزایش گشتاور را بیشتر افزایش می دهد)
در سال 1948 بیوک(buick)جعبه دنده داینا فلو((DYNAFLOWرا ارائه داد(مطابق شکل7-1)واولین اتومبیلی بود که در ان موفق شده بودند جعبه دنده اتوماتیک را با مبدل گشتاورهیدرولیکی به کار بردند که با استفاده از مجموعه خورشیدی حرکت مستقیم دنده یک و دنده های اضافی مربوط می سازد ∙ضریب ماکزیمم در مبدل گشتاور
25:1/2 ونسبت دنده در دنده یک 1: 82/1 می باشد که دارای کشش عالی درسر بالایی ها بوده و حالت ترمز موتوری درسرازیری ها را نیز دارا می باشد کاربرد عمومی جعبه دنده های اتوماتیک که ناشی ازرشد صنعتی بوده است در جدول 1-1 نشان داده شده است.
جعبه دنده های اتوماتیک فورد-آ-ماتیک (Ford-O-Matic) مطابق شکل 8-1 ترکیبی است ازیک مبدل گشتاور 3 عنصری ویک سیستم مجموعه ی خورشیدی که شامل 3دنده جلو (3 سرعته ) ویک دنده عقب می باشد. ضریب ماکزیمم مبدل کشتاور آن برابر1:1/2می باشد. مسیر حرکت از مبدل گشتاور شروع می شود ودارای نسبت دنده متوسط (دنده دو) 48:1/1 (افزایش گشتاور کم ) باتویض دنده طور خودکار بوده وهمچنین دارای نسبت دنده یک 1 :44/2(افزایش گشتاورزیاد) که برای عبور ارسربالایی ها وحالت ترمز موتوری در سرازیری ها می باشد، طراحی شده است.
کرایسلر جعبه دنده ای است اتوماتیک دوسرعته به نام پاور فلایت که مطابق شکل 9-1 می باشد که دارای یک مبدل گشتاور3عنصری (توربین ،پمپ، استاتور) ودومجموعه ی خورشیدی با نسبت دنده هایی به منظور درگیری دنده یک،دنده عقب ودنده مستقیم می باشد.هنگام حرکت،مسیر قدرت از مبدل گشتاور که دارای ضریب ماکزیمم گشتاوری1 :7/2 است. شروع می شودودر دنده یک نسبت دنده آن1: 27/1 می باشد که به طور خودکار در دنده مستقیم قرارمی گیرد.(دردنده مستقیم نسبت دنده 1:1است ودر صورت لزوم نسبت مبدل گشتاور اعمال می گردد.)این جعبه دنده نیز توسط اهرم تعویض دنده به طوردستی در دنده یک (برای حرکت درسر بالا یی وسرازیری )قرارمی گیرد.
شکل 10-1 طرح جدید جعبه دنده اتوماتیک اولتراماتیک مربوط یه اتومبیل پاکارد رانشان می دهد که دارای مبدل گشتاور4 عنصری ویک مجموعه دنده های خورشیدی است که مشابه جعبه دنده داینافلوی بیوک می باشد وقادراست تا وضعیت های دنده مستقیم،دنده یک ودنده عقب را درگیر نماید. مسیر قدرت مانند جعبه دنده داینافلو، درحرکت به جلواز مبدل گشتاور شروع شده وبدون کمک دنده های اضافی به محور خروجی منتقل می گردد.مبدل گشتاور آن دارای یک کلاچ اصطکاکی مبدل گشتاورقطع می باشد که مبدل می تواند حداکثر نسبت گشتاوری1 :4/2 رامنتقل نماید. نسبت دردنده یک 1 :82/1 می باشد که جعبه دنده به وسیله اهرم تعویض دنده می تواند دراین وضعیت برای عبور درسربالایی وسرازیری قرارگیرد.
جعبه دنده های اتوماتیک استودبکر مطابق شکل 11-1که به وسیله بورگ-وارنر(borg-warner)ارائه گردید,دارای مبدل گشتاور3 عنصری با یک کلاچ حرکت مستقیم ودو مجموعه خورشیدی که3دنده جلوویک دنده عقب می باشد طراحی گردیده است∙حداکثر ضریب افزایشی مبدل گشتاور 15:1/2است که دارای وضعیت دنده متوسط ,دنده مستقیم دنده یک و دنده عقب می باشد و نسبت دنده ها عبارتند از:دنده یک 31:1/2دنده دو43:1/1ودنده سه 1:1برای حرکت در سر بالایی وسرازیری با دنده یک ,می توان توسط توضیحات بیشترمربوط به دنده یک خودکار در وضعیت dبعدا گفته خواهد شد∙اهرم تعویض دنده به طوردستی جعبه دنده را در وضعیت Lقرار داد∙
تا سال 1955طراحی جعبه دنده های اتوماتیک کامل گردید وازان تاریخ به بعد با اتخاذ تصمیم مشترک واستاندارد اکثر کارخانجات ان را به کار بردند به طوری که امروزه بیش ازدرصد اتومبیل های امروزی امریکایی مجهز به جعبه دنده های اتوماتیک می باشند∙
طرزکارجعبه دنده های اتوماتیک
شرح این که چگونه یک جعبه دنده اتوماتیک کار می کند باید گفت که یک داستان هیجان انگیزی است،به وسیله مختصرنگاهی به اصول مقدماتی واساسی طرز کار انها،می توان فهمید که جعبه دنده های اتوماتیک چه طور کار می کنند واین بسیارساده است زیرا تمام تعویض های خودکاربااستفاده از اصول اولیه طراحی شده اند وبه طور کلی دارای یک مبدل گشتاور هیدرولیکی ویک مجموعه ی خورشیدی با نسبت دندهای مختلف می باشند که به وسیله ی یک سیستم کنترل هیدرولیکی به طور خودکار تعویض دنده هاراانجام می دهد∙
(شکل12-1)ترکیب مبدل گشتاور هیدرولیکی و مجموعه دنده های خورشیدی رایج در تعدادی ازجعبه دنده های اتوماتیک هم خانواده مانند جعبه دنده های تورک فلایت (کرایسلر)،کروئیز-ا-وهیدرا-ماتیک (فورد)وهیدرا-ماتیک(جنرال موتور)به کار برده شده است∙
یکی از بزرگ ترین مزیت های جعبه دنده های اتوماتیک این است که به طور خودکار دنده ها را تعویض می نماید ووضایف راننده را کاهش میدهد ودر نتیجه او مجبور نخواهد بود که در تعویض دنده ها مهارت خاص رانندگی را دارا باشد و متناسب با مقاوت مسیر که بستگی به وزن ، سرعت وموقعیت اتومبیل دارد به طور خودکاردرمواقع لزوم ،تعویض دنده ها انجام می گردد∙درجعبه دنده های معمولی براثرسرعت بیش ازحد معمول ویا عدم ایجاد هماهنگی بین سرعت چرخ دنده ها،هنگام درگیرشدن توسط یک راننده ی غیرماهراستهلاک سریع قطعات خواهد گردید∙درصورتیکه درجعبه دنده های اتوماتیک راننده به یک اهرم تغییر وضعیت دنده ها وپدال گاز احتیاج داردمانند(13-1)
سیستم های کنترل کننده
Control systems))
جعبه دنده های اتوماتیک دارای سیستم های کنترل کنندهای می باشند که اولا جعبه دنده را با موتور مربوط می سازد بدین ترتیب که هرگونه تغییرات موتور را عینا به جعبه دنده منتقل می نمایند و باعث تعویض دنده ها می گردند 0ثانیا ارتباط راننده با جعبه دنده را بوسیله اهرم تغییر وضعیت به طور دستی برقرار می سازد که هر کدام به نوبه ی خود دارای وظایفی می باشد:
سیستم کنترل دستی
(manual control system)
ارتباط راننده به جعبه دنده را برقرارمی سازد وتغییر وضعیت اهرم تعویض دنده ها رابه وسیله ی اتصالات ان به سوپاپ سیستم کنترل هیدرولیکی منتقل می نماید مانند(14-1)
سیستم کنترل دریچه گاز
(throttle control system)
این سیستم گشتاور موتور را احساس می کند وشامل مجموعه ی سوپاپ تعدیل فشار در بدنه سوپاپ سیستم کنترل هیدرولیکی می باشد واین سیستم اثرگشتاورورودی رایا به وسیله اهرم های اتصال به طورمکانیکی از پدال گاز به جعبه دنده ویا به وسیله یک اثر خلایی اززیر دریچه گاز کاربراتوربه یک واحد کنترل کننده خلایی در بدنه جعبه دنده مطابق شکل15-1دریافت می کند0
اگردرتعویض خودکار دنده هااشکالی پیش بیاید علاوه برمواردفوق یک ارتباط دنده دیگری برای جعبه دنده ضروری است وبدین منظور یک سیستم گاورنر پیش بینی شده است تا تغییرات سرعت جاده های اتومبیل را به جعبه دنده منتقل نماید0
سیستم کنترل گاورنر
Governor control system))
این سیستم تغییرات سرعت اتومبیل رااز دور خروجی جعبه دنده احساس می کند ومانند سیستم کنترل دریچه گاز اثرفشار هیدرولیکی را به بدنه سوپاپ سیستم کنترل هیدرولیکی می فرستد این سیستم مجهز به مجموعه سوپاپ تنظیم فشار با وزنه های گریز از مرکز می باشد(مطابق شکل16-1)0
سیستم های کنترل دستی کنترل دریچه گازو کنترل گاورنر قسمت هایی از سیستم کنترل هیدرولیکی می باشند0
سیستم کنترل هیدرولیکی
Hydraulic control system))
این سیستم شامل یک پمپ هیدرولیک جلو وسوپاپ تعدیل فشار برای تکمیل وپر کردن روغن مورد نیاز مبدل گشتاور با تجهیزات مربوطه وارسال روغن به بدنه سوپاپ جهت تقسیم نمودن به مدارات راه انداز کلاچ وباند(نوار ترمز) می باشد0بدنه ی سوپاپ مغز سیستم هیدرولیکی و به طور معمول جایگاه سوپاپ دستی ،سوپاپ کنترل دریچه گازو یک سوپاپ کنترل دستی برای ایجاد درگیری دنده یک توسط راننده و مجموعه ی سوپاپ تعویض دنده به طور خودکار مطابق اشکال 17-1و18-1 می باشد0
عملکرد واثر کنترل کننده ها
Control operation))
با سیستم های کنترل تعریف شده میتوان کاربرد وطرز کارانها را در جعبه دنده اتوماتیک مورد مطالعه قرار داد0شکل 19-1یک جعبه دنده اتوماتیک 2سرعته جدید به نام توربین 300 ویا جت اوی که یکی از جعبه دنده های اتوماتیک جنرال موتور می باشد را نشان می دهد0در شکل 20-1یک اهرم تعویض دنده کروی شکل در دو نوع کنسولی وستونی نشان داده شده است0
وضعیت پارک وراه اندازی موتور
Park and starting))
برای راه اندازی و روشن نمودن موتور اهرم تعویض دنده بایستی در وضعیت پارک یا خلاص باشد0یک کلید اطمینان از استارت زدن در وضعیت های دنده عقب R،حرکت به جلوDووضعیت دنده یکLجلوگیری می نماید0(هنگام استارت زدن یک مسیر قدرت به مبدل گشتاور که به میل لنگ متصل است،وارد می شود)0مسیر قدرت ازمبدل گشتاور خارج وتوسط شافت توربین (محور ورودی جعبه دنده)به مجموعه دنده های خورشیدی منتقل می گردد،هیچ کدام از کلاچ ها وباند ها درگیرنیستند0مجموعه خورشیدی ودنده های سیاره ای ان به طور ازادانه می چرخند وحرکت را به محور خروجی جعبه دنده منتقل نمی نمایند(21-1)مسیر جریان روغن به واحد های اصطکاکی وسوپاپ تعویض دنده ها قطع می باشد0 مانند شکل(22-1)
وقتی اهرم انتخاب وضعیت دنده در وضعیت پارک باشد،تمام واحد های اصطکاکی مانند وضعیت خلاص ازاد هستند ویک نیروی فنر به اهرم قفل کننده پارک تاثیر می کند که دندانه های ان را با دندانه های حامل سیاره ای(قفسه)درگیر کند وشافت خروجی جعبه دنده رابا پوسته ی ان قفل نماید مانند شکل(23-1)0
وضعیت حرکت مستقیم(drive)
در وضعیت حرکت مستقیم (d)ارتباط مبدل گشتاورودنده یک جعبه دنده برقرار می شود وبا بازشدن دریچه گاز موتور،دور موتور افزایش می یابد وحرکت اتومبیل به جلو به ارامی انجام می گیرد0هنگامی که دور موتور زیاد می شوددرگیری دنده مستقیم انجام می گردد بدین ترتیب که باند دنده یک ازاد شده وکلاچ دنده مستقیم درگیر می شود که این درگیری باعث می شود که مجموعه ی دنده های خورشیدی ثابت وقفل شوند ودرنتیجه نسبت دنده 1:1خواهد بود،مطابق شکل(24-1)باند دنده یک توسط اهرم کنترل دستی درگیر می شود وجزو وظایف تعویض خودکار نمی باشد0در حالی که کلاچ حرکت به جلو توسط تعویض خودکار تعویض می شود وظایف سیستم کنترل دریچه گاز وگاورنر را به خاطر داشته باشید که چگونه تعویض دنده به طور خودکار انجام می گیرد مطابق اشکال(25-1و26-1)
اگر به موتور گاز داده شود ودریچه گاز کاملا باز شود فشار ارسالی توسط سوپاپ دریچه گاز وفنرانتهایی ان به سوپاپ تعویض دنده خودکار باعث می شود که ان را در حالت بسته نگه دارد0مادامی که دور خروجی جعبه دنده و در نتیجه سرعت اتومبیل به حدی برسد که تعویض دنده ضروری باشد0فشار روغن گاورنر دراین حالت بر فشار سوپاپ دریچه گاز و نیروی فنر ان غلبه می کندو سوپاپ تعویض دنده را باز می نماید(26-1)که مسیر اصلی فشار روغن به کلاچ جلو مربوط به دنده مستقیم منتقل می شود وباند دنده یک را ازاد می کند0
مجموعه بدنه ی سوپاپ مانند یک کامپیوتر عمل می کند وتوسط سوپاپ کنترل دستی برای وظایف مختلف برنامه ریزی می کند واز دو سیستم یکی سیستم کنترل دریچه گاز ودیگری سیستم گاورنرفرمان می گیرد که این فرمان به سوپاپ تعویض دنده منتقل شده و به مرحله اجرا در می اید (شکل27-1)
سیستم کنترل دریچه گاز وگاورنر حرکت اتوموبیل را نسبت به مقاومت جاده ودرنتیجه تعویض دنده ی خودکار را تواما انجام می دهند بدین معنی که سرعت اتومبیل موجب افزایش فشار گاورنر و در نتیجه بازشدن سوپاپ تعویض دنده می شودواتومبیل دردنده مستقیم قرار می گیرد ودر مواقعی که سرعت اتومبیل کم می شودمانند شرایط سخت رانندگی ویا هنگام عبور از سربالایی ودریچه گاز باز باشد(مقاومت جاده زیاد باشد)فشار روغن سوپاپ کنترل دریچه گاز وفنران بر فشار روغن گاورنر غلبه می کند وسوپاپ تعویض دنده بسته می شود و اتومبیل با دنده یک حرکت می کندو یا مانند وقتی که ترمز می کنیم بر اثر ترمز فشار روغن گاورنربه تدریج کم می شود و فنر سوپاپ تعویض دنده ان رادر حالت بسته نگه می دارد و جعبه دنده به وضعیت دنده یک بر می گردد0
در وضعیت دنده یک دستی توسط راننده اهرم انتخاب دنده دروضعیتL قرار می گیرد که در این حالت سوپاپ تعویض دنده ازسیستم کنترل هیدرولیکی به طور خودکار قطع می شودوجعبه دنده نمی تواند دنده مستقیم را داشته باشد0سوپاپ دستی مسیر اصلی روغن رابه پیستون سروی باند دنده یک هدایت می کند ماننداشکال(28-1و29-1) وضعیت دنده یک دستی (L)مخصوص حرکت در سر بالایی با کشش خوب در سرازیری به منظور استفاده از حالت ترمز موتوری به کار برده می شود0
شکل25-1حرکت مستقیم که خودکار در دنده یک قرار می گیرد0بطور اختصار مسیر اصلی روغن از طریق مسیر سوپاپ کنترل دستی به سروی دنده یک هدایت شده و باند درگیر می شود0در وضعیت دنده یک بطور خودکار اجزا سیستم تعویض در سوپاپ تعویض دنده یک با فشار روغن از طریق انتهای سوپاپ تعویض تغذیه می شوند0
شکل26-1دنده مستقیم دروضعیت حرکت D-فشار روغن گاورنر بر فشار روغن سیستم دریچه گازوفنر اثر نموده وسوپاپ تعویض دنده را باز می کند مسیر اصلی روغن کلاچ دنده مستقیم را درگیر وباند دنده یک را ازاد می نماید0
وضعیت دنده عقب
با به کار بردن یک کلاچ دنده عقب باعث می شود که مسیر اصلی روغن را به پیستون کلاچ منتقل نماید که در شکل 30-1نشان داده شده است ودر نتیجه سبب معکوس شدن دنده رینگی درمجموعه خورشیدی شده و دور خروجی عکس می گردد،مطابق شکل31-1 که فقط در دنده عقب کاربرد دارد0
واحدهای هیدرودینامیکی
(hydrodynamic units)
واحدهای هیدرودینامیکی شامل کوپلینگ هیدرولیکی(کلاچ هیدرولیکی)وتورک کنورتور(مبدل گشتاور)می باشند که در میلیون ها اتومبیل امریکایی از بدو اختراع شان (کوپلینگ هیدرولیکی درسال1938ومبدل گشتاور درسال1948)درجعبه دنده های نیم اتوماتیک وتمام اتوماتیک به کاربرده شده اند0کمتر اتومبیلی است که دارای جعبه دنده اتوماتیک باشد ودر ان از واحدهای هیدرودینامیکی استفاده نشده باشد0
واحدهای محرک هیدرودینامیکی توسط مهندسین اروپایی ابداع گردیده است0دکتر هرمن فوتینگر(herman fottinger)المانی اولین واحد محرک هیدرولیکی ومبدل گشتاور را در سال1908ساخت که درتوربین های بخار کشتی کاربرد داشت(شکل 1-2چپ)که نوع جدید مبدل گشتاور با استاتوردر شکل1-2سمت راست نشان داده شده است0مبدل گشتاورفوتینگردارای کاهش سرعت با نسبت5:1داشت وبا راندمان 85 درصد کار می کرد0هرچند مبدل او جایش را به محرک توربینی دنده ای که کم خرج تر ودارای راندمان بیشتری بود داد0بعدها پیشرفت محرک های هیدرولیکی در صنعت کشتی سازی هم زمان با کاربرد موتورهای دیزل ادامه یافت ولی دارای ارتعاشات شدیدی بود که به کشتی منتقل می شد وبه خاطر داشتن ارتعاشات زیاد یک نوع دیگر مبدل هیدرولیکی با اصلاحاتی در ان طراحی شد وبه وسیله ی حذف عضو انعکاس دهنده،یک کوپلینگ هیدرولیکی 2عضوی را ساخت که دارای راندمان خوب وبرابر با 98درصد بود0 کاربرد کوپلینگ های هیدرولیکی تا به امروز ادامه داشته است0
کوپلینگ ومبدل دو واحد مجزا وجداگانه در مراحل اخیرشان بودند که راندمان کوپلینگ هیدرولیکی بیشتر از راندمان مبدل بود0محرک های فوتینگردر بعضی جعبه دنده های لوکوموتیوها به کار برده می شدند که دران یک مبدل-و یک کوپلینگ هیدرولیکی به طور سری قرار می گرفت0در سالهای بین جنگ جهانی اول وجنگ جهانی دوم عده ای در مورد محرک های هیدرولیکی در انگلستان و المان کار کردند0الان کوتس(alan coats)یک مهندس جوان با ویکرز(vickers) در انگلستان یک کشف مهم انجام داد0او دریافت که امکان کاربرد کلاچ های غلطکی یا چرخ های ازاد گرد اختراع شده در عضو منعکس کننده برای تبدیل یک مبدل هیدرولیکی به کوپلینگ هیدرولیکی وجود دارد وی یک اختراع ثبت شده در سال 1930 را مورد بررسی قرار داد ومخترع کوپلینگ هیدرولیکی گردید0کوتس در حالیکه که کارش در مرحله ازمایش بود در گذشت اما اختراعش درمبدل های جدید به کار برده شد و به مفهوم واقعی مخترع کوپلینگ هیدرولیکی به انضمام چند اختراع ثبت شده دیگر ویکرز و کوتس در اروپا بودند0
در ضمن هارولدسینکلیر(Harold Sinclair)یک مهندس بریتانیایی بعد از کارزیاد روی دو عضوکوپلینگ هیدرولیکی کاربرد مفید ان را در اتوبوس ها و اتومبیل های سواری مانند یک فلایویل هیدرولیکی پیدا نمود وعاقبت در ایالات متحده امریکا در سال 1938توسط کارخانه کرایسلر اقتباس گردید تا اینکه بعد از جنگ جانی دوم مبدل گشتاور در اتومبیل های امریکایی به کار برده شد0در سال 1948کارخانه بیوک جنرال موتور یک واحد هیدرولیکی 5عنصری را در جعبه دنده اتوماتیک جدید داینافلو مانند شکل 3-2طراحی نمود0
بعد ازگذشت 20 سال از کار موفقیت امیزمبدل کاربرد ان به طور وسیع در اتومبیل های سواری کامیون ها و اتوبوس های ایالات متحده رایج گردید 0همچنین مبدل به طور گسترده با وضایف سنگین در ماشین الات مختلف مانند تراکتور، لودر، گریدر،جرثقیل،بولدوزر،غلطک،کامیون های بالابر وغیره به کار برده شده است0در اتومبیل های جدید مبدل گشتاور به تدریج جایگزین کوپلینگ هیدرولیکی گردید0کوپلینگ هیدرولیکی از سال 1965 به بعد در جعبه دنده های اتوماتیک امریکایی بکار برده نشده است ودر حین کاربرد مبدل گشتاور دریافتند که مبدل دو وظیفه را دارا می با شد،ابتدا مانند افزاینده گشتاور با نسبت های متغیر عمل می کند سپس با افزایش دور مانند یک کوپلینگ هیدرولیکی با نسبت انتقال 1:1عمل می نماید(مطابق شکل4-2)
مبدل گشتاور دارای چند خاصیت مطلوب با کیفیت عالی می باشد 0مانند یک کلاچ ساده و دائم با روغن کار می کند که دوام کافی داشته و احتیاج به سرویس و نگهداری ندارد ویک حرکت ارامی را از موتور منتقل می کند که از وارد شدن هرضربه ناگهانی به اجزا مسیر قدرت جلوگیری نموده ودر نتیجه تعمیرات را کاهش می دهد0یکی دیگر از فواید ان مستهلک نمودن ارتعاشات موتور است که توسط روغن هیدرولیک ان قبل از انتقال به جعبه دنده مستهلک می گردد0مبدل گشتاور را می توان به یک ناز بالش تشبیه کرد که مسیر قدرت را از هر نوع ضربه و ارتعاش محافظت می نماید وهمچنین از حرکت بازداشتن و ایستادن موتور و فشار اوردن به ان نیز جلوگیری می نماید0مبدل گشتاور هیدرولیکی در انواع گوناگون ومتنوع طراحی و در جعبه دنده های اتوماتیک به کار برده شده است ودارای مجموعه ای ساده 3عنصری0پمپ،توربین و استاتور)می باشد که به طور عموم در همه ان ها به کار برده شده است0بحث در مورد کار مبدل درهمین فصل توضیح داده خواهد شد0
تعاریف:(definitions)
عنصر(element):هر یک از اجزا تشکیل دهنده مبدل گشتاور مانند پمپ توربین و استاتور را عنصر می نامند0
کوپلینگ هیدرولیکی(fluid coupling):یک محرک هیدرودینامیکی است که بدون اینکه قادر با شد گشتاور را تغییر دهد ،قدرت را منتقل نموده و دارای راندمان ماکزیمم و با نسبت انتقال1:1می باشد0
محرک هیدرودینامیکی(hydrodynamic drive):محرکی است که فقط توسط عمل روغن در یک مدار بسته قدرت را منتقل می کند و پمپ مقدار زیادی روغن را به جریان انداخته وبا سرعت زیاد به توربین برخورده وشروع به گردش می کندو قدرت را تحویل می دهد0
ایمپلریاپمپ(impeller): عامل قدرت ورودی در محرک هیدرودینامیکی می باشد 0ایمپلرطبق معمول پمپ نامیده می شود که ازنظرفنی هم صحیح می باشد ولی کلمه ایمپلر برای اینکه بافشار ویا انواع پمپ های دیگر اشتباه نشود توصیه وبه کار برده می شود0
عضو(member):یک بخش مستقل از واحد هیدرودینامیکی است مانند پمپ استاتور یا توربین که ممکن است یک یا دوعنصری باشد مانندشکل(5-2)
کلاچ یک طرفه(one-way clutch):وسیله ای است که فقط گشتاور را در یک جهت منتقل می کند0غلطک ها به منظورراه اندازیاستاور طراحی گردیده اند،مطابق شکل(6-2 )0
انعکاس دهنده یا استاتور(reactor or stator)انعکاس دهنده عضو مبدل گشتاور هیدرولیکی است که به طور معمول استاتور نامیده می شود0کلمهreactorرا ترجیح داده اند زیرا خود کلمه وظیفه ی ان را بیان می کند0
مبدل گشتاور(torque converter):یک محرک هیدرودینامیکی است که قدرت راانتقال می دهد و قادر است که گشتاور را تغییر دهد کیفیت کار مبدل بگونه ای است که می تواند تبدیل به کوپلینگ هیدرولیکی شود(با چرخش استاتور به طور ازاد در همان جهت گردش پمپ مانند شکل2-2)
توربین(turbine):عامل قدرت خروجی در کوپلینگ هیدرولیکی یا مبدل گشتاور می باشد0
کوپلینگ هیدرولیکی
کار کوپلینگ هیدرولیکی مانند کاریک حالت مبدل گشتاور است0اگر بدانیم که یک کوپلینگ هیدرولیکی چطور ساخته شده وچگونه کار می کند سپس متوجه خواهیم شد که چرا پره های توربین مبدل گشتاور خم شده و همچنین نیاز به استاتور دارد0
ساختمان کوپلینگ هیدرولیکی بسیار ساده است وشامل اعضا پمپ و توربین مشابه هم می باشد که دریک محفظه پر از روغن قرار می گیرند0(اشکال7-2و8-2)پمپ توسط موتورچرخانده میشود وتوربین را که به جعبه دنده متصل است می چرخاند0
طرز کار کوپلینگ هیدرولیکی
Operation))
هنگامی که اتومبیل شروع به حرکت می کند ویا زیربار گاز می دهیم،در داخل کوپلینگ هیدرولیکی اعمالی صورت می گیرد0وقتی موتور پمپ را می گرداند انرژی به روغن بین پره های پمپ منتقل می شود0با این عمل،روغن با دو حرکت جداگانه جریان می یابد0یکی جریان دورانی (rotary flow)یا حرکت انتقالی که در مسیر حرکت پمپ است و دیگری جریان گردابی یاپیچشی(vortex flow)ویا حرکت وضعی که روغن بین عضوهای کوپلینگ گردش می کند وباعث ایجاد نیروی گریزاز مرکزبراثرحرکت دورانی پمپ می گردد(شکل9-2)که بعضی اوقات درک ان قدری مشکل به نظر می رسد که در این صورت با ذکر یک مثال به طور مصور روشن وواضح خواهد گردید0
هرگاه یک مایع لغزشی (که دراینجا روغن می باشد)وجود داشته باشد براثرحرکت دورانی مایع جریان می یابد و ایجاد نیروی گریز از مرکز می کند0این دوحرکت توسط یک سطل اب که دریک میدان با مسیر دایره ای شکل به چرخش ونوسان در می اید مطابق شکل10-2نمایش داده شده است0
با به نوسان دراوردن سطل،اب از حرکت سطل پیروی نموده و ایجاد یک نیروی گریزازمرکز می کند واب را در سطل نگه می دارد0اب درداخل سطل به صورت یکپارچه وثابت می شود وتخلیه نخواهد شد،لذابر اثرنیروی وارده اب از حرکت سطل پیروی خواهد نمود0
درکوپلینگ هیدرولیکی نیز به همین ترتیب روغن از قشر یا پوسته منحنی شکل پیروی و وارد توربین می شود ویک مسیر دورانی را بین پمپ و توربین قرارمی دهد مانند شکل11-2بالا وپایین0ترکیب شدن حرکت گردابی ودورانی روغن باعث برخورد روغن به پره های توربین شده وبراثرگردش سریع پمپ،روغن مانند12-2اطراف یک مرکز دایره ای شکل به گردش درمی اید ودر حقیقت پمپ و توربین به صورت یکپارچه خواهد چرخید0درکلاچ هیدرولیکی هیچ گاه گشتاورخروجی توربین از گشتاور ورودی تجاوز نخواهد کرد 0
نسبت سرعتspeed ratio
نیروی برخورد روغن توربین از لحاظ فنی می تواند کمی بیشتر تغییر کند0وقتی درباره ی کوپلینگ هیدرولیکی و یا مبدل گشتاور صحبت می کنیم لازم است تا در مورد انیک مطلب دیگری نیزتعریف و ان نسبت سرعت است که نسبت تعداد دوران توربین به دوران پمپ را نسبت سرعت می نامیم و بایدکارایی یا راندمان کوپلینگ و یا مبدل رابر حسب درصد اندازه بگیریم0به عنوان مثال اگرگردش پمپ 1000دوروگردش توربین 900 دور در دقیقه باشد،نسبت سرعت90%خواهد بود0
نسبت سرعت=دوران توربین در دقیقه÷دوران پمپ در دقیقه=900 1000=90%
هنگامیکه اتومبیل شروع به حرکت می کند در یک لحظه پمپ به گردش درامده و توربین هنوز شروع به حرکت نکرده است که در این حالت نسبت سرعت صفر می با شدوتاثیر جریان های دورانی و گردابی به شرح زیر می باشد:
1-تامادامی که توربین ثابت است بین اعضا کوپلینگ و سیکل گردابی یک مقاومت شدیدی وجود دارد که به سختی دوران می کند0
2-هم چنین توربین ثابت در مقابل جریان مقاومت می کند وحرکت روغن توام با جریان دورانی نخواهد بود مانند(13-2)
اثر برخورد روغن با توربین توسط مقاومت روغن جریان یافته تعیین می گردد واین اثر به وسیله ی دیاگرام برداری در شکل14-2 مشخص گردیده است0
دیاگرام فوق هم جریان گردابی وهم جریان دورانی را نشان می دهدو بدیهی است که در لحظه ی برخوردان،هم زمان در دو جهت نمی تواند حرکت کند0مسیرروغن که ناشی از برخورد دو جریان با زاویه متوسط می باشد نتیجه یا برایند جریان های دورانی و گردابی خواهد بود وبه وسیله ی نسبت سرعت تعیین گردیده است0
برگردیم به وضعیت شروع کوپلینگ بدیهی است که جریان گردابی ارزیابی شده ی روغن برخورد مساعد به پره های توربین نخواهد داشت وفقط کافی است که حرکت توربین را به دست اوریم مانندشکل(15-2)لغزش انجام شده قابل توجه می باشد زیرا برخورد روغن فقط با یک اشاره مستقیما به پره های توربین اصابت می کند0
مادامیکه که پمپ شروع به چرخش می کند وسرعت ان زیاد می شود جریان گردابی به تدریج کم می شود زیراعمل پمپ کردن با توربین مخالفت می کند مانند شکل(16-2)ونسبت سرعت افزایش یافته وازصفربه 90درصد می رسد وقتی که اتومبیل سرعت می گیردجریان گردابی روغن کاهش وجریان دورانی ان افزایش می یابد و عاقبت که راندمان بالا رفت در نقطه کوپلینگ مقدار جنبش روغن به حرکت دورانی تبدیل می گردد مانند شکل(17-2)0
واضح است هنگامی که نسبت سرعت افزایش می یابد برخورد روغن به پره های توربین در نقطه ی کوپلینگ سعی می کند تا به زور نفوذ نماید و تاثیر بیشتری داشته باشد و حرکت ان که اغلب مستقیم است بیشترین راندمان را دارا می باشد0(18-2)
تغییرازیک حالت کوپلینگ لغزشی به یک حالت کوپلینگ تمام گشتاوری به طورکاملا سریع اتفاق می افتد ودرکار موتورتاثیرزیادی می گذاردتابه یک مرحله ی جدیدی برسد.توربین وپمپ تقریباً باسرعت یکنواخت توسط مایع اصطکاکی بین روغن وبدنه هر عضو به گردش خود ادامه می دهندوروغن درمقابل قیچی کردن پمپ وتوربین مقاومت می نماید ودرنتیجه انتقال ثابت قدرت انجام می پذیرد.درتمام موارددرداخل یک کوپلینگ یامبدل ،گشتاور بدون گردش روغن (جریان گردابی)دربین اعضاء ان انتقال نخواهدیافت واین گردش براثر تحمیل کردن به پره های پراز روغن باعث ایجاد گردش خواهد شد.درراندمان ماکزیمم ،کوپلینگ یامبدل بامقداری لغزش کار می کندواگرتوربین دقیقاً باسرعت پمپ بچرخد، جریان گردابی ازبین خواهدرفت وعمل کوپلینگ کاهش می یابد.
یک خاصیت دیگرکوپلینگ یا مبدل این است که بتواند اتومبیل راتوسط چرخ های محرک متصل شده به موتور، جهت عمل ترمزکردن، از حرکت باز نگهدارد که دراین حالت توربین به یک پمپ تبدیل شده وروغن رابر علیه پمپ به کار می اندازد وموتور حالت ترمز راپیدا می کند(ترمز موتوری) هردوعنصر دردورآرام غیرموثرهستندودرنتیجه عمل قطع انتقال قدرت موتوربه چرخ های محرک به صورت مطلوب وخودکار عملی می گردد.
مبدل گشتاور هیدرولیکی
اگر ساختمان وطرزکارکوپلینگ هیدرولیکی خوب بررسی شود مطالعه و درک مبدل گشتاور اسان تر خواهد بود ،هرچند که ساختمان و ترکیبات به کار رفته در ان پیچیده تر می با شد وخواهید دید که چه طور ممکن است توسط عمل روغن، گشتاور چند برابر می گردد. به تجربه ثابت شده است که درجعبه دنده های اتوماتیک بایستی 3 عنصرپمپ توربین واستاتور مطابق شکل 19-2 طراحی وبه کار برده شود.
یک حلقه ی هادی برای دو نیم کردن مطابق شکل 20-2، در داخل پمپ وتوربین به منظور عملکرد وراندمان بیشتر ساخته شده است.
جریان گردابی در مرکز ایجاد اغتشاش (توربولانس) نموده وباعث کاهش راندمان می گردد، لذا حلقه رینگی هادی به منظور یکنواخت نمودن جریان آرام بین پمپ وتوربین به کار برده شده است.
شکل 21-2 پمپ باقسمت های داخلی هوزینگ رابدون کم وکاست نشان می دهد ومحصول کارخانجات به صورت یکپارچه بوده وپوشش آن جوش خورده می باشدکه توربین واستاتوررا احاطه کرده است .استاتوربایک کلاچ یک طرفه روی یک نگهدارنده که قسمتی از مجموعه ی پمپ جلوی جعبه دنده است ، نصب می شود.
مطلب دیگر طراحی پرده های پمپ وتوربین است که درشکل 22-2 نشان داده شده است. انحنای پرده های پمپ ،شتاب روغن رااضافه می کند وهنگامی که روغن،پمپ راترک می نماید،انرژی افزایش می یابد.این انحنا طوری طراحی گردیده که انرژی حاصل از حرکت روغن هنگام عبور از توربین راتاجایی که ممکن است جذب می کند.
انحنای پره های توربین دووظیفه دارد که به توربین،گشتاور بسیارخوبی را میدهد.ظرفیت جذب آن راافزایش می دهد وضربه ی
زیان آوری راکه درنتیجه ی تعویض ناگهانی درمسیرروغن بین پمپ وتوربین به وجودمی آید راکاهش می دهد،مانند شکل (24-2) .
هم چنین بااستفاده از اصل هیددرولیک که هرگاه مسیر یک مایع یاسیال درحال حرکت به یک سطح منحنی شکل برخورد کندوبرگردانده شود،نیروی بیشتری رابه سطح منحرف کننده منحنی شکل نسبت به سطح صاف اعمال خواهد نمود. که درشکل 24-2 به طورمصورنشان داده شده است .
اگر یک فواره مایعی را به طور مستقیم به یک صفحه صاف اعمال نماید ، نیروی ضربه داروزیان باری ایجاد خواهد نمود که باعث شکستن وپراکنده شدن جریان مایع می گرددمطابق شکل 24-2 سمت چپ . واگر به وسیله ی خم کردن سمت ورودی برخورد مایع به صفحه (لبه ی سمت چپ شکل وسطی 24-2) ، ضربه زبان بار به طورقابل ملاحظه ای کاهش می یابدومسیر جریان بدون تغییر باقی خواهد ماند.(نیروی بیشتری نسبت به سطح صاف وارد نمی گردد) درشکل سمت راست 24-2 صفحه ازدوسمت ورودی وخروجی خمیده شده وموجب ثابت ماندن جریان مایع وانحراف بیشتر آن می گرددواثر برخورد نیروی مایع به صفحه به طور نسبتاً زیادی افزایش می یابد . ودرنتیجه صفحه ، انرژی زیادی راجذب نمود .
سومین عضوپره دار مبدل گشتاور ، استاتور است . وظیفه اش کنترل ودادن جهت مسیر به روغن می باشد هنگامی که توربین راترک می نماید ودوباره روغن به پمپ برمی گردد.(شکل 25-2)
این عمل اجازه می دهد که استاتور همان وظیفه را درمدار مبدل هنگامی که تکیه گاه آن ثابت باشد، انجام دهد.
طرزکار مبدل گشتاور
(Converter Operation)
پمپ وتوربین(Impeller and Turbine):مانند کوپلینگ هیدرولیکی کارمبدل گشتاور باحرکت روغنی که از پمپ می گذرد شروع می شود،قدرت خروجی موتور انرژی ورودی به آن است که پمپ را می چرخاند وهمان نیروی گریز از مرکز ایجاد می شود.
عمل پمپ کردن (در مبحث کوپلینگ هیدرولیکی توضیح داده شده است ) که از شتاب گرفتن روغن ناشی شده مانند یک فواره به توربین تخلیه می گردد(شکل 26-2) .
پره های خمیده توربین انرژی روغن راجذب می کند تا نیروی آن به قدر کافی رشد نماید وبر مقاومت توربین غلبه کند تا بتواند حرکت نماید.(خروجی توربین ورودی جعبه دنده می باشد) شکل 27-2 نشان می دهد که در نقطه ی کوپلینگ چندبرابر شدن گشتاور تا ثیری
ندارد وپمپ وتوربین مانند یک کوپلینگ هیدرولیکی عمل می کنند وپره های توربین باید به گونه ای باشد که جریان روغن راعکس نماید بیشترین مقدار نیرووقتی عملی می گردد که سطح پره توربین ،جریان ورودی را بیشتر از حالت معمولی معکوس کند، هر چند که جریان معکوس شده مایع به پشت پمپ مخالف حرکت دورانی پمپ عمل خواهد نمود وبه موتور فشار می آورد (موتور ترمز می کند).
استاتور (انعکاس کننده)(Stator or Reactor):اصلاح حالت قبل توسط یک انعکاس کننده یا استاتورصورت می پذیردواستاتور بین جریان خروجی توربین وجریان ورودی پمپ قرارمی گیرد تا حرکت مستقیم روغن را معکوس کند وجریانی را در جهت موافق حرکت پمپ ایجاد نماید.(28-2) دراین حالت روغن به جای این که مانع کار پمپ شود اکنون انرژی غیر مصرفی روغن به پمپ کمک می کند .انعکاس کننده یا استاتور یک عضو عکس العملی می باشد و وظیفه اش کمک نمودن به کار پمپ است واین تقویت پمپ یک فرصت دیگری به روغن می دهد تا روغن شتاب بگیردوگشتاور بیشتری را تولید نماید.
افزایش گشتاور
سیکل دوباره روغن باعث می شود که ورودی پمپ بیشتر از موتور گردد وسبب افزایش سرعت جریان جاری شده وچرخش توربین می گردد وگشتاور موتور به پمپ نیز بدون تغییر ثابت باقی می ماند. واضح است که استاتور به پمپ کمک می کند تا روغن جاری شده شتاب بگیرد وزمینه ای برای افزایش گشتاور ایجاد گردد .این عمل ساده که افزایش گشتاور باعث کاهش دور می گردد درشکل 29-2مشخص گردیده است ومهندسین 3عنصر مبدل را به گونه ای طراحی نموده اند تا افزایش گشتاور خروجی با نسبت حدود2:1تا1: 5/2 باشد، درغیراین صورت گرمای زیادی که ناشی از بارهای سنگین در حال حرکت است حاصل خواهد شد .
درحین افزایش گشتاور جریان گردابی واقعی روغن از پمپ به توربین سپس به استاتورو دوباره به پشت پمپ حرکت می کند(شکل 30-2 )وشتاب حرکت گردابی است که افزایش گشتاور را حاصل می نماید .تا مادامی که جریان گردابی بیشتری دروضعیت زیر بارماندن اتومبیل یا حالت استال (Stall) وجود داشته باشد، بیشترین گشتاورکمکی دراین لحظه ایجاد خواهد گردید وثابت شده که هم زمان با افزایش دور،جریان گردابی کاهش می یابد و بنابراین گشتاوربه تدریج تا حدود نسبت سرعت 90 درصد کاهش می یابد و یاموقعی که سرعت توربین سرعت پمپ است هیچ افزایش گشتاور بیشتری وجود ندارد وگردش دورانی بر جریان روغن تسلط بافته وآنرا تحت تاثیر ونفوذ خود قرار می دهد ومبدل وارد مرحله کوپلینگ می گردد .(شکل 31-2 )
یک تشبیه وتطابق می تواند طرز کار کوپلینگ هیدرولیکی را توجیه نماید .هنگامی که دور توربین به دور پمپ می رسد روغن به علت زاویه ای که از توربین می گیرد دائما درحال تغییر است وبالا خره در مرحله ی کوپلینگ مبدل،روغن درحال خروج از توربین به پشت پره های استا تور برخورد می کندودر این حالت کلاچ یک طرفه آزاد شده ووجود استا توردیگرضرورتی نداشته وبه استاتور اجازه می دهد تا درحالت آزاد گردی با پمپ وتوربین بچرخد. (استال یا زیربار ماندن ، حالتی است که توربین ساکن و پمپ در حال چرخش باشد . استال وگشتاور هنگامی ماکزیمم خواهند بود که توربین ثابت وموتور دروضعیت تمام گاز پمپ را بگرداند.)
قانون نیوتن :
توانایی افزایش گشتاور درمبدل گشتاور را می توان توسط کار برد قانون نیوتن در فیز یک تفهیم نمود که برای هر عمل یک عکس العمل مساوی ومخالف وجود دارد .درمبدل گشتاور، پمپ ،توربین واستا تور با درنظرگرفتن جریان روغن به اصل عمل وعکس العمل اشاره می گردد درحین این مرحله افزایش گشتاور ،عکس العمل پره های ثابت استاتور به روغن در همان مسیر حرکت دورانی پمپ می باشد مطابق شکل (32-2) .
با توجه به قانون نیوتن عکس العمل پره های توربین به روغن بایستی با مجموع گشتاورپمپ واستا تور مساوی باشد یعنی :A+B=C
بنابراین گشتاور توربین به اندازه ی عکس العمل گستاور استاتور بیشتراز گشتاورپمپ خواهد بود.یعنی : A=C-B ،هم چنین با استفاده از قانون نیوتن بدیهی است که یک کوپلینگ نمی تواند گشتاور راافزایش دهد . بدون استاتور کوپلینگ هیدرولیکی فقط دوحالت عمل وعکس العمل پمپ وتوربین رادارامی باشد وعمل پمپ روی روغن فقط مخالف عکس العمل توربین است .بنابر این بین دو حالت عمل وعکس العمل باید همیشه یکی با د یگری مساوی باشد.
سیستم های خنک کننده روغن هیدرولیک
وقتی که مبدل درحال افزایش گشتاور است گردش دوباره جریان گردابی سبب می شود تا به طور قابل ملاحظه ای گرما ایجاد گردد ولازم است تا از خنک کننده هایی جهت جلوگیری از گرمای بیش از حد روغن استفاده شود . دونوع سیستم خنک کاری وجود دارد، خنک کردن باآب وخنک کردن با هوا . در هر دونوع ارسال روغن ازپمپ جلوی جعبه دنده با فشارکم که توسط سوپاپ تعد یل فشار کنترل می گردد، درسیستم خنک کاری روغن با آب که این روش در موتورهای بزرگ به کار می رود ، روغن درمسیر برگشت ا ز مبدل به طورساده توسط خنک کن روغن که در داخل رادیاتور ودرپایین یا بغل آن نصب می گردد، خنک می شود ، مانند اشکال (33-2)و(34-2) .
در سیستم خنک کاری با هوا ،مبدل احتیاج به پوسته خارجی خنک کننده دارد که به نصف عقب مبدل جوش خورده ودارای پره هایی است که هوا را دربین فضای مبدل وپوسته در بر می گیرد مانند شکل (35-2) .وقتی که مبدل به گردش در می آید پره ها تحت تاثیر نیروی گریز از مرکز، هوای بیرون را وارد محفظه نموده وگرمای مبدل را جذب می کند وپس از این که گرمای مبدل را جذب نمود هوای گرم از قسمت تخلیه به بیرون رانده می شود وفشار آن کاهش می یابد.
صفات اختصاصی مبدل
(Converter Operating Characteristics)
مبدل درحال حرکت درجاده صفات زیر را دارا می باشد:
دردور آرام موتور، مبدل مانند یک کلاچ خودکار عمل می کند واجازه می دهد با موتور بچرخد ولی اتومبیل هنوز ایستاده است .
به طور خودکار گشتاور خروجی راتنظیم می کند واحتیاجات محور محرک را در حدود طراحی شده برآورده می نماید ودر جاده مسطح درحالت سرعت ثابت مانند یک کوپلینگ هیدرولیکی عمل می کند. اما وقتی که لازم می باشد تا شتاب بگیرد یا ازتپه بالا رود، از خودش واکنش نشان داده وبا ایجاد گشتاور فوق العاده بر اثر کاهش دور توربین گشتاور محور محرک را افزیش می دهد.
چون مبدل یک واحد هیدرولیکی است بطور طبیعی نوسانات را مستهلک می نماید و مانند یک کمک فنر عمل می کندوعمل تعویض دنده به آرامی صورت می پذیرد.
اندازه یاظرفیت مبدل:
وقتی مبدل راموردبحث قرار می دهیم هم چنین باید یک صفت مهم دیگر آن را نیز مورد ملاحظه قراردهیم . یک جعبه دنده مکانیکی مقدار گشتاور بالا را توسط لغزش کلاچ عملی می سازد،درصورتی که یک مبدل گشتاور فقط مقدار گشتاور داده شده توسط موتور را جذب می کند. به عنوان مثال ، وقتی که به موتور گاز می دهیم گشتاور موتور افزایش می یابد، موتور اجازه خواهد داد تا فقط سرعتش بالا رود وگشتاور به نقطه ی ظرفیت گشتاوری مبدل می رسد که در این حالت دور موتور متعادل می گرددومبدل لغز ش دارد وبه سرعت استال مبدل تبدیل می گردد.(سرعت استال مبدل که در حالت تست مبدل می باشد، بعدا توضیح داده خواهد شد.)
بدیهی است مبدل بایستی طوری طراحی شود تا بیشترین گشتاور خروجی موتور را جهت عملکرد موثر کسب نماید .مبدل دور موتور را کنترل می کند وگشتاور خروجی را می گیرد . دور موتور توسط باری که پمپ به موتور تحمیل می کند، هنگامی که می خواهد توربین رابه حرکت در آورد، کنترل می شود . طبیعتا وقتی که اتومبیل به طور آنی حرکت می کند،حرکت پمپ به گشتاور موتور نیاز دارد ودور موتور پیوسته بالا می رود بنابر این سرعت توربین افزایش می یابد.
اگر یک مبدل بسیار کوچک برای کار مخصوصی به کار برده شود،
موتور مایل است که در دور بالاتری قبل از این که مبدل بتواند ماکزیمم گشتاور را انتقال دهد، کار کند، ودرحالتی که یک مبدل بسیار بزرگ بکار برده شود موتور قادرنخواهد بود که پمپ را به گردش درآورد و در یک سرعتی (سرعت مجاز ) که به آن اجازه خواهد داد تا موتور باقدرت ماکزیمم کار کند.هردواندازه در حالت غیر مطلوب چه بیش از سرعت حد وبا کمتر از سرعت حد نتیجه اش فرسودگی زودرس خواهد بود.حالت نرمال وقتی است که مبدل وموتور در بک سرعت استال به هم پیوند شده باشند که دراین صورت موتور قادر خواهد بود به گشتاور ماکزیمم برسد.مطابق شکل (36-2). درحال سبقت گرفتن معلوم خواهد شد که میدان مکانیکی آن دوتغییر نمی کند. اندازه موتور با مبدل یک ارتباط حساب شده ای دارد که توسط صاحبان کارخانجات عملی می گردد.
<<مبدل های با ظرفیت متغیر>>
Variable Capacity Converter))
درطراحی مبدل گشتاور معمولاً یک تفاهم بین عملکرد صفات اختصاصی آن باظرفیت بالا وظرفیت کم مبدل وجود دارد . ظرفیت زیاد مبدل ، گشتاور موتور رابا یک لغزش کم جذب می کند. ولی ظرفیت کم مبدل ، گشتاور موتور را با لغزش زیاد جذب می کند وگشتاور بیشتری را برای شتاب گیری تولید می کند ظرفیت بالای مبدل با گاز کم شروع می کند یک نقطه کوپلینگ کم باکارآیی بسیار خوب عمل گشت زنی روغن را انجام می دهد، یک نقطه کوپلینگ کم بدین معنی است که افزایش گشتاور نمی تواند زیرگاز زیاد بعد از یک تغییر سرعت اتومبیل ادامه داشته باشد.مبدل ممکن است طوری طراحی شده باشد تا با گاز متوسط باسرعت 45 مایل بر ساعت به مرحله ی کوپلینگ کم وسرعت کم موتوردریک مبدل باظرفیت زیاد،
عملکردآن درتمام گاز راندمان خوبی نخواهد داشت .
وقتی که عملکرد شتاب توسط کاهش اساسی ظرفیت مبدل بهبود یافت گاز کم احساس می شود وبه کوپلینگ فشار وارد می گرددوسبب وضعیت معمولی می گردد. یک تغییر سرعت اتومبیل با شتاب بهبود یافته وموتور، افزایش گشتاور مبدل را عملی می سازد واین عمل یک مانع در نقطه ی کوپلینگ بالا راارائه می دهد که سریع به مسیرراندمان اصلی مبدل درحال گردش نمی رسد. گشتاوردرشتاب ماکزیمم اتومبیل بعضی اوقات تا سرعت 90مایل بر ساعت ادامه می یابد،برای حذف نمودن وضع دشوار در انتخاب یک ظرفیت بالا وظرفیت کم مبدل ، بعضی از مبدل ها با نصب پره های قابل تغییر دراستاتور طراحی شده اند . یک استاتور با پره های متغییر به طور ساده در شکل 37-2 نمایش داده شده است.
شکل 38-2 نشان می دهد که چطورزاویه خروجی پره های استاتور بر ظرفیت مبدل تا ثیرمی گذارد.این تا ثیر مستقیماً مربوط می شود به مقدار شتاب روغن که بایستی به پمپ داده شود وسرعت روغن خروجی استاتور را با سرعت روغن درحال خروج ازپمپ پیوند می دهد وبزرگترین تغییر، بیشترین ظرفیت رادارا می باشد.
همان طور که درشکل 39-2 نشان داده شده است وضعیت زاویه زیادسبب می شود که روغن دوباره از استاتور وارد شود که بیشترین مقدار حرکت جنبشی را دارد وزاویه ی جانبی برای نفوذ پمپ بیشترمساعد می باشد.درکتاب های مختلف فنی مربوط به جعبه دنده های اتوماتیک سواری ظاهراً راجع به وضعیت بازوبسته بودن زاویه پره ی استاتوردرمبدل های متغیر اختلاف می باشد.برای جلوگیری از اختلاف ، وضعیت پره بازرابه نام زاویه کم و وضعیت پره بسته را به نام زاویه ی زیاد پیشنهاد می نماییم .مطابق شکل (39-2).
عامل دیگری درجهت ظرفیت کم مبدل عمل می کندومانند حالتی است که پرده های استاتور به سمت زاویه باز حرکت می کند . پره هاباعث مانع در مسیر جریان می شوندو مقدارروغن در حال عبور از پمپ راکاهش می دهند. درنتیجه پمپ می تواند انرژی بیشتری را به روغن بدهد وسریع تر شتاب بگیرد تا مادامی که مقدار روغن کم باشد، بنابراین عملکرد یاکارآرایی موتوربهبود می یابد.
مزایا:
یک مبدل گشتاور با استاتور متغیر دارای زیراست:
1- مبدل باظرفیت زیاد با حدودتغییرات ثابت اجازه می دهد تا با دور کم موتور ، اتومبیل شروع به حرکت نماید.
2-ظرفیت زیاد هم چنین یک کوپلینگ بسیار خوبی را ارائه می دهد
3-در ظرفیت کم با تغییرات دور موتور ، اجازه می دهد تا عملکرد افزایش یابد وبرای راه اندازی اتومبیل ، ورودی مبدل بیشترمی شود.
4-توسعه میدان افزایش گشتاور نسبت به دورهای بالاتر درمیدان ظرفیت کم زیاد شده است.کارآیی وعملکرد بالای موتور با نسبت دنده های کم دیفرانسیل با سرعت 90 مایل بر ساعت نقطه ی کوپلینگ را دارا می باشد.
5-انتقال از ظرقیت بالای مبدل به ظرفیت کم مبدل وبالعکس می تواند به طور ساده وبه آرامی انجام گیرد همان طوری که درشکل40-2 نشان داده شده است .
به استثناء یک طرح قدیمی که پره های استاتور رادرهر وضعیت بین زوایای بالا وپایین قرارمی دهد. حالت استاندارد این است که وضعیت پره های استاتور یادرحالت زاویه ی زیاد ویا درحالت زاویه کم قرار گیرد.
مبدل بارظرفیت متغیر برای اولین بار درجعبه دنده داینافلوی بیوک ارائه گردید وسپس درسایر مبدل های چند توربینه به کار برده شده که دوام آن بیش از یک دهه بود . ظرفیت متغیر که به تصور عمومی حساس می باشد تا سال 1986ارائه می گرددودربعضی از مبدل های 3 عنصری به کار می رفت . امروزه جعبه دنده های اتوماتیک که در دونوع 2یا3سرعته طراحی می شونداز مبدل 3عنصری ساده با پره های ثابت استفاده می گردد.
منبع
گیربکس های اتومات(AUTOMATIC TRANSMISSONS)
مولف:ماتیاس اف برج چا(MATHIAS F.BREJCHA)
ترجمه:مهندس پرویز هاشمی بیدختی
4