پاورپوینت تکنولوژی انتقال قدرت اتوماتیک

گیربکس اتوماتیک

اجزای گیربکس اتوماتیک
یک گیربکس اتوماتیک از سه بخش عمده تشکیل می شود.
مبدل گشتاور (کلاچ هیدرولیکی)
مجموعه دنده های سیاره ای (دنده های خورشیدی)
سیستم کنترل کننده

Torque Converter

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.

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

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.

نکته
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.

استاتور
در یک کوپلینگ هیدرولیکی هر چقدر اختلاف دور بیشتر باشد گشتاور کمتری انتقال می یابد و بر عکس هرچه اختلاف دور کمتر ، گشتاور بیشتری انتقال می یابد. در بسیاری از مواقع به منظور افزایش راندمان مبدل گشتاور در بین ایمپلر و توربین از قطعه ای واسط به نام استاتور استفاده می شود. استاتور پروانه ای است که به طور آزاد و هرزگرد گردش می کند. استاتور دارای پره های خمیده ای است که باعث جهت دهی بهتر جریان هیدرولیکی روغن می شود در نتیجه روغن با زاویه مناسب تری به پره های توربین برخورد می کند و انتقال گشتاور بهتر صورت می پذیرد.
به عبارتی دیگر این قطعه با اصلاح مسیر برگشت روغن از توربین به پمپ باعث افزایش گشتاور می شود.

استاتور

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.

نکته
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 کوپلینک 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

نکته
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.

کلاچ قفل کننده (luckup)
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.

چیدمان اجزا کنار هم

چیدمان اجزا کنار هم
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.

سیستم خنک کاری روغن هیدرولیک
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.

مزایای مبدل گشتاور
توقف خودرو در دنده بدون خاموش شدن
جذب ارتعاشات موتور
افزایش طول عمر موتور
درگیری کمتر در هنگام تعویض دنده
افزایش دو تا سه برابری گشتاور موتور قبل از ورود به گیربکس

معایب مبدل گشتاور
تاخیر در شتاب گیری موتور
هدر دادن بخشی از قدرت موتور
افزایش دمای متوسط موتور

مجموعه دنده های سیاره ای (مجموعه خورشیدی)
قلب یک گیربکس اتوماتیک مجموعه دنده های سیاره ای می باشد. بنابراین لازم می باشد تا قبل از بررسی چگونگی کارکرد یک گیربکس اتوماتیک با مجموعه دنده های سیاره ای آشنا شویم.
مجموعه دنده های سیاره ای شامل اجزای به شرح ذیل می باشد:

دنده خورشیدی
دنده خورشیدی یا دنده مرکزی که شامل یک استوانه ای توپر بوده و محیط آن دندانه دار می باشد دنه خورشیدی توسط قفسه احاطه می گردد.

حامل سیاره ای یا قفسه
قفسه شامل دنده های پینیون (هرزگرد) می باشد که به صورت انفرادی و مجزا روی محور نگه دارنده خود حرکت دورانی می کنند.

چرخدنده رینگی
به صورت دایره ای تو خالی بوده و محیط داخلی این دایره دندانه دار می باشد.

دنده خورشیدی با دنده های هرزگرد قفسه در تماس می­باشد و دنده­های هرزگرد قفسه نیز با دندانه های چرخ دنده رینگی در تماس است . به عبارتی دیگر دنده خورشیدی درون قفسه و قفسه درون دنده رینگی می باشد و ارتباط دنده خورشیدی و دنده رینگی از طریق دنده­های هرزگرد قفسه برقرار می شود.

دنده های سیاره ای

اصطلاحات
چون در این سیستم تعدادی چرخ دنده با هم در حال گردش می باشند لازم است تا به توضیح مختصری در ارتباط با برخی از اصطلاحات پرداخته شود.

نسبت دنده
با چرخش چرخ دنده ورودی می توان دورهای مختلفی در چرخ دنده خروجی به دست آورد. به طور مثال اگر تعداد دوران در چرخ دنده ورودی سه دور و تعداد دوران در چرخ دنده خروجی یک دور باشد . نسبت دنده 1 : 3 است.
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 می باشد.
کاهش دنده

اوردرایو(فوق سرعت)
این حالت بر عکس اثر نسبت کاهش دنده عمل می کند. نسبت دنده باعث می شود 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 می کند.

حرکت مستقیم : نسبت دنده 1 : 1 است یعنی بدون تغییر در گشتاور ورودی و خروجی می باشد.
حرکت مستقیم

خلاص یا آزاد گردی
در این حالت قدرت ورودی وجود دارد اما قدرتی از گیربکس خارج نمی شود.

عضو عکس العملی : در مجموعه سیاره ای اساس حالت انتقال یا ثابت بودن یکی از اجزا مجموعه می باشد که این عمل توسط وسایل اصطکاکی مانند نوار ترمز یا باندترمز ، کلاچ دیسکی چند صفحه ای و کلاچ یک طرفه انجام می گیرد .
عضو عکس العملی

عملکرد چرخ دنده های سیاره ای
در ساده ترین گیربکس اتوماتیک ، یک مجموعه چرخ­دنده سیاره ای وجود دارد ولی در گیربکس اتوماتیک پیشرفته تر ممکن است از ترکیب دو یا چند مجموعه چرخ­دنده سیاره ای استفاده شده باشد.
در هر حال چرخ دنده خورشیدی به یک شفت متصل شده و قفسه متصل به چرخ دنده های سیاره ای نیز به یک محور دیگر متصل می گردد. یک پوسته گردنده نیز به چرخ دنده رینگی متصل می شود. برای یک هر یک از این محور ها ، یک کلاچ و یک ترمز تعبیه شده است ، که ترمزها می توانند باعث تثبیت عضوها شده و از حرکت آنها جلوگیری نمایند و کلاچ ها نیز وظیفه برقراری ارتباط یک عضو را با محور ورودی گیربکس و یا با محور خروجی گیربکس برعهده دارند.
اگر هر یک از این سه عضو 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 .

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.آن گاه 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 می گردد تا از آن طریق ، فرمان هایی به منظور فعال شدن عملگرهای هیدرولیکی ارسال گردد. در اکثر مواقع این عملگرهای هیدرولیکی دارای سولونوئیدهایی می باشند که به محض رسیدن فرمان های الکترونیکی ( پالس های برقی ) ، خاصیت مغناطیسی پیدا کرده و به وسیله نیروی مگنتی عمل می نمایند.

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 :

سیستم کنترل دستی
در خودروهایی که دارای گیربکس اتوماتیک می­باشند ، معمولا یک دسته دنده وجود دارد که راننده توسط آن می تواند 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 پارک (P)
وضعیت خلاص (N)
وضعیت دنده عقب (R)
وضعیت حرکت رو به جلو (D)
وضعیت دستی(M)
وضعیت L1 و L2
حالت *
حالت دنده S

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

سیستم کنترل توسط گاورنر
گاورنر یک سرعت سنج هیدرولیکی می باشد که بر روی شفت خروجی گیربکس نصب شده و مقدار سرعت گردش آن را اندازه گیری می نماید. 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 می باشد که می تواند وضعیت گیربکس را تغییر دهد.

قوانین چرخ دنده های سیاره ای

قانون خلاص دنده
وقتی قدرت ورودی وجود داشته باشد اما عضوهای عکس العملی عمل نکند وضعیت خلاص می باشد. به عنوان مثال اگر دنده خورشیدی محرک و ورودی باشد ، دنده رینگی آزاد و قفسه خروجی باشد در این حالت قفسه توسط چرخ های محرک خودرو ثابت می شود. ( براثر نیروی وزن خودرو ثابت می شود) بنابراین دنده هرزگردهای قفسه دور محورشان می­چرخند و دنده رینگی بر عکس دنده خورشیدی هرز می چرخد.

قانون کاهش دنده
وقتی یک عضو عکس العملی وجود داشته باشد و قفسه خروجی باشد مجموعه در وضعیت کاهش دنده می باشد.

حالت اول کاهش دنده
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 کاهش دنده
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
حالت اول اوردرایوهنگامی که یک عضو عکس العملی وجود داشته باشد و قفسه ورودی باشد ، وضعیت اوردرایو می باشد. این حالت بر عکس وضعیت کاهش دنده است.

حالت اول اوردرایو
حالت اول: در این حالت دنده خورشیدی ثابت شده و قفسه ورودی می شود بنابراین دنده رینگی خروجی و حالت اوردرایو اتفاق می افتد.

حالت دوم اور درایو
حالت دوم : در این حالت دنده رینگی ثابت شده و قفسه ورودی می­شود بنابراین دنده خورشیدی خروجی و حالت اوردرایو اتفاق می­افتد.

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 می گیرد اگر قفسه ثابت شده و دنده خورشیدی ورودی باشد توسط دنده های هرز گرد دور معکوس شده و به دنده رینگی منتقل می شود و دنده رینگی با دور کمتری نسبت به ورودی و برعکس می چرخد. 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 دنده
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

نسبت دنده های خورشیدی
تعریف و محاسبه نسبت دنده را می توان 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 می باشد. با به کار بردن مقایسه مستقیم بین دندانه های چرخ دنده ها و فرمول آن و نسبت دنده به دست می آید ولی برای محاسبه نسبت دنده های سیاره ای یک فرمول اصلاح شده باید به کار برده شود زیرا هرزگرد های قفسه هنگام کاهش دنده یا اوردرایو علاوه بر این که دور محورشان حرکت دورانی دارند یک حرکت دورانی دیگر حول محور دنده های خورشیدی و رینگی دارند.

کاهش دنده
می توان برای کاهش دنده با دنده خورشیدی محرک و دنده رینگی ثابت با قفسه محرک :

اور درایو
برای اور درایو با دنده رینگی متحرک و دنده خورشیدی ثابت و قفسه متحرک :

دنده عقب
برای دنده عقب با قفسه ثابت ، دنده خورشیدی محرک و دنده رینگی متحرک :

سیستم های هیدرولیکی گیربکس اتوماتیک
مکانیزم های عمل کننده در گیربکس اتوماتیک عمدتا به صورت هیدرولیکی می باشند یعنی با فشار روغن کار می نمایند. تجهیزات هیدرولیکی شامل انواع جک ها و شیرهای هیدرولیکی می باشند که باعث درگیر شدن کلاچ ها و ترمزهای درون گیربکس اتوماتیک می شوند. به طوری که در نهایت با کلاچ گیری ، یک عضو مجموعه چرخ دنده سیاره ای به محور ورودی گیربکس و عضو دیگر به محور خروجی گیربکس متصل می گردد و از سوی دیگر عضو سوم نیز توسط ترمزهای نواری ثابت نگه داشته می شود. با این عمل می توان نسبت تبدیل های مختلف را در گیربکس اتوماتیک به وجود آورد.

اساس سیستم هیدرولیک
اساس کار سیستم های هیدرولیکی بر پایه قانون فشار پاسکال استوار است.

(P=F/A )

مخزن
انباره ای است که مایع هیدرولیک را در آن ذخیره می شود .

پمپ پمپ باعث تولید جریان می­شود و به سیال نیرو وارد می کند . پمپ سیال داخل سیستم را جابه جا می کند .
پمپ
سوپاپ: سوپاپ یک تعدیل کننده است که به مایع جهت می دهد . بعضی سوپاپها مسیر جریان را قطع و وصل کرده بعضی دیگر جریان را کنترل می کنند وبرخی فشار را تنظیم می کنند .
سوپاپ
واحدهای عمل کننده : وسیله ای است که انرژی حاصل از فشار هیدرولیکی را به مکانیکی تبدیل می کند . این واحد ها از مدل پیستون و سیلندر تشکیل شده اند.
واحد های عمل کننده

وظایف سیستم هیدرولیکی
سیال را به مبدل گشتاور می رساند .
سیال تحت فشار را به سوی کلاچ های چند صفحه ای و سروو هدایت می کند .
قطعات داخلی را روغن کاری می کند .
مبدل گشتاور و سایر قطعات متحرک را خنک می کند .

پمپ
پمپ هیدرولیکی: فشار موردنیاز جهت مدارات هیدرولیکی توسط پمپ ایجاد می گردد. پمپ ، ابتدا روغن را از مخزن گرفته و با به جریان در آوردن آن باعث ایجاد فشار می شود.
در گیربکس های اتوماتیک،پمپ روغن محرک جلو به توپی مبدل گشتاور متصل است و از موتور نیرو دریافت می­کند .
پمپ ها دارای انواع مختلفی می باشند : ولی معمولا در گیربکس های اتوماتیک از پمپ های دوار همچون پمپ سانتریفوژ (پره ای ) ، پمپ دنده ای و یا پمپ روتوری استفاده می شود.

اجزای سیستم هیدرولیکی

اکومولاتور
اکومولاتور نوعی ارتعاش گیر است که می تواند ضربات جریان روغن را که در اثر تعویض ناگهانی سوپاپها و قطع و وصل شدن های لحظه ای مسیرهای روغن به وجود می آید را جذب نماید و بدین طریق از آسیب دیدن سوپاپ ها و سایر اجزای مدار هیدرولیکی جلوگیری به عمل می نماید
در آکومولاتورها محفظه ای 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 می رود.
بنابراین وجود آکومولاتور در یک گیربکس اتوماتیک باعث می شود که تعویض دنده ها یه آرامی و نرمی انجام شده و طول عمر قطعات افزایش یابد.

ترمز نواری
به منظور ثابت نگه داشتن هریک از اجزای مجموعه دنده سیاره ی ، از یک ترمز نواری استفاده می شود. این ترمز به صورت یک باند (نوار ) می باشد 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 می نماید.
این باندها از جنس فولاد فنری بوده که سطح داخلی آن با یک ماده اصطکاکی پوشیده می شود.

ترمز نواری (باندهای گیربکس)

کلاچ غلطکی بادامکی
به جای باند که یک عضو عکس العملی محکم و بادوام است می توان از کلاچ غلطکی یا بادامکی نیز در وضعیت کاهش دنده استفاده کرد این نوع کلاچ­ها دارای ساختمان ساده ای بوده و نیاز به عملگرهای هیدرولیکی ندارند و می­توانند در مواقع لزوم عمل درگیری، آزاد گردی وخلاصی را به طور خودکار انجام دهند.

اجزای سیستم هیدرولیکی
کلاچ بادامکی و کلاچ غلطکی

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 می باشد.

سروو

برای فعال شدن هریک از این باندهای سیستم و ایجاد عمل ترمزگیری از یک سیلندر هیدرولیکی استفاده می شود. به طوری که در هنگامی که فشار هیدرولیکی وارد سیلندر می شود ، میله متصل به پیستون آن حرکت نموده و باند ترمز را محکم می کند. به این سیلندر هیدرولیکی سروو می گویند

شیرهای کنترل ( سوپاپ ها )

شیرهای کنترل ( سوپاپ ها )
در مدارات هیدرولیکی ، سوپاپ های مختلفی وجود دارد که برخی از آنها به صورت مکانیکی عمل نموده و برخی دیگر دارای سولونوئید بوده و بر اساس فرمان های که از طرف (ECU) ارسال می گردد ، عمل می کنند. هر یک از این سوپاپ ها دارای وظیفه خاصی بوده و به نوعی در کنترل عملکرد گیربکس اتوماتیک موثر می باشد .

انواع سوپاپ های گیربکس اتوماتیک
سوپاپ ها نوعی شیر هیدرولیکی می باشند که با کنترل جریان روغن می توانند باعث فعال شدن عملگرهای هیدرولیکی شوند. در گیربکس اتوماتیک از سوپاپ های مختلفی استفاده می شود که هر یک از آنها برای منظور خاصی تعبیه شده اند. در اینجا به معرفی این سوپاپ ها می پردازیم :

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 می تواند فشار روغن را متناسب با شرایط کم و زیاد کند.

سوپاپ تقویت کننده
گاهی اوقات همچون شرایطی که بار سنگینی به موتور وارد می شود و یا در سربالایی ها ، 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.

سوپاپ کنترل دستی
این سوپاپ توسط اهرم انتخاب وضعیت دنده کنترل میشود و میتواند با تغییر وضعیت ، مجراهای روغن را به گونه ای هدایت کند که گیربکس در وضعیت های خلاص (N) ، دنده عقب (R) ، پارک (P) ، حرکت رو به جلو (D) و یا در حالت کنترل دستی (M) قرار گیرد.

سوپاپ های تعویض
سوپاپ های تعویض به صورت سوپاپ های قطع یا وصلی می­باشند که در هنگام تعویض دنده گیربکس ، با تغییر مسیر جریان های روغن باعث تغییر وضعیت کلاچ ها و ترمزها شده و عمل تعویض دنده را انجام می دهند. تعداد سوپاپهای تعویض دنده بستگی به تعداد دنده های گیربکس دارد. معمولا تعداد سوپاپهای تعویض یکی کمتر از تعداد دنده های گیربکس می باشد.

سوپاپ تایمینگ
این سوپاپ به سوپاپ تعویض دنده کمک می نماید تا عمل خلاص شدن دنده قبلی و درگیری دنده جدید راحت تر انجام پذیرد. گاهی اوقات سوپاپ تعویض دنده به گونه ای طراحی شده است که خودش می تواند کار سوپاپ تایمینگ را نیز انجام دهد.

سوپاپ گاز ( مدولاتور )
این سوپاپ وظیفه هماهنگ سازی 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 می شود. در این هنگام سوپاپ گاز نیز باعث می شود که فشار روغن بالاتر برود.

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 می آید و باعث میشود که این سوپاپ بیشتر باز شود و فشار روغن افزایش یابد.

سوپاپ آکومولاور
این سوپاپ می تواند دفع کننده ضربات جریان روغن باشد. به طوری که در هنگام افزایش بیش از حد فشار ، می تواند آن را تعدیل نماید و در مواقع دیگر نیز از کاهش لحظه ای فشار جلوگیری نماید. از سوی دیگر این سوپاپ باعث می شود که تعویض دنده به آرامی و بدون ضربه انجام پذیرد.

فشار خروجی سوپاپ رگولاتور
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.

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.
فشار خروجی سوپاپ گاز (فشار مدولاتور)

فشار خروجی سوپاپ گاورنر ( فشار گاورنر )
این فشار نیز از فشار خط اصلی به وجود می آید ، اما مقدار آن با زیاد شدن سرعت خودرو افزایش می یابد. 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 می شود. بر همین اساس در حالتی که سرعت خودرو به بیشترین مقدار خود می رسد، فشار گاورنر از فشار خط اصلی هم بیشتر می شود. این فشار سعی دارد که باعث باز شدن سوپاپ تعویض گردد.
توجه داشته باشید که کنترل سوپاپ تعویض دنده توسط فشارگاز وفشار گاورنر انجام می پذیرد واین دو فشار در تعامل با یکدیگر، وضعیت دنده را مشخص می­نماید. البته در تعویض دنده های سبک، گاورنر نقش موثرتری دارد و فرمان از طریق آن صادر می شود اما در تعویض دنده های سنگین، سوپاپ گاز موثرتر است.

بررسی عملکرد یک گیربکس اتوماتیک
در این بخش با نگاهی به یک گیربکس اتوماتیک به بررسی چگونگی کارکرد این گیربکس می پردازیم.گیربکس اتوماتیک موردنظر ترکیب شده از مبدل گشتاور به علاوه مجموعه سیاره ای می باشد این گیربکس شامل دو مجموعه کلاچ دیسکی چند صفحه ای ، یک کلاچ غلتکی یک طرفه ، دو عدد سروو ، دو عدد باند و دو مجموعه سیاره ای که دارای یک سیستم دنده خورشیدی مختلط می باشد.

سیستم دنده خورشیدی

علائم ویژه راه اندازی
در وضعیت( 2)گیربکس فقط در دنده یک و دو کار می کند یعنی از دنده سه استفاده نمی شود . دراین حالت تعویض دنده از یک به دو به صورت خودکار مانند وضعیت D می باشد که این حالت برای ترافیک یا هنگامی که راننده با سرعت متوسط حرکت می کند مناسب است همچنین این وضعیت برای سربالایی و سرپائینی نیز مناسب است.
وضعیت دنده 1)) این حالت سیستم را فقط در وضعیت دنده یک نگه می دارد که حالتی مناسب برای حرکت در کوهستان می باشد.

مسیر قدرت در مجموعه دنده های سیاره ای
قدرت ورودی گیربکس از موتور شروع و مسیر گشتاور از مبدل به شفت ورودی گیربکس و سپس کلاچ های چند صفحه ای در گیربکس ادامه می یابد مسیر قدرت در دنده ای سیاره ای به کاربرد کلاچ، باندها و کلاچ های یک طرفه غلطکی مربوط می شود نمودار مسیر قدرت مطابق جدول ارائه شده می باشد .

حالت خلاص
در وضیت خلاص N هیچ یک از کلاچ ها و باندها در گیر نیستند قدرت ورودی وجود دارد ولی چون هیچ یک از کلاچ های عقب و جلو در گیر نیستند پس قدرت به شفت خروجی منتقل نمی شود.

دنده 1
دنده در وضعیت D یا 2 فعال می شود در این حالت کلاچ عقب در گیر شده و کلاچ یک طرفه بر اثر اعمال نیرو نیزدر گیر می شود.

دنده 1
گشتاور از توربین مبدل گشتاور به شفت ورودی و به کلاچ عقب منتقل می شود با درگیر شدن کلاچ عقب گشتاور قادر است تا دنده رینگی مجموعه سیاره ای جلو را هم جهت به حرکت در آورد در این حالت قفسه جلو به شفت خروجی و وزن خودرو متصل است بنابراین دنده رینگی هرزگرد های مجموعه سیاره ای جلو را هم جهت محور خودشان می چرخاند و هرزگرد ها نیز دنده خورشیدی را در جهت مخالف حرکت می دهند و به گردش در می آورند.

دنده 1
مجموعه سیاره ای جلو و عقب دارای دنده خورشیدی مشترک می باشند بنابراین دنده خورشیدی هرزگردهای مجموعه سیاره ای عقب را در جهت حرکت رو به جلو می چرخاند و هرز گرد ها نیز با دنده رینگی مجموعه سیاره ای عقب در گیر شده و آن را به گردش در می آورد در نتیجه چون دنده رینگی به شفت خروجی متصل است آن را نیز در همان جهت می چرخاند چون دنده رینگی عقب می چرخد بایستی قفسه مجموعه سیاره ای عقب توسط کلاچ یک طرفه ثابت می شود در نتیجه دنده رینگی مخالف نیروی عکس العمل وزن خود را عمل کرده و آن را به حرکت در می آورد.

دنده 2
در این حالت در وضعیت D یا 2 کلاچ عقب در گیر باقی می ماند و باند دنده دو نیز در گیر می شود و درام ورودی در حال حرکت و دنده خورشیدی را ثابت می کند.

دنده 2
با در گیری کلاچ عقب دنده رینگی و هرزگرد های مجموعه سیاره­ای جلو هم جهت با شفت و ورودی حرکت دورانی می­کنند در این حالت هرزگرد های سیاره­ای در حال حرکت تحت تاثیر نیروی متقابل دنده خورشیدی قرار می­گیرند و قفسه مجموعه خورشیدی جلو و شفت خروجی را با کاهش دور به حرکت در می آورند

دنده مستقیم3
هنگامی که و ضعیت دنده مستقیم D باشد کلاچ های جلو و عقب در گیر و هر دو باند آزاد هستند

دنده مستقیم3
با در گیری هر دو کلاچ گشتاور از شفت ورودی به دو قسمت تقسیم می گردد یکی از طریق کلاچ جلو به درام دنده خورشیدی و دیگری از طریق کلاچ عقب به دنده رینگی مجموعه سیاره ای جلو منتقل می شود این دو مسیر ورودی به مجموعه جلو باعث می شود که دنده های هرزگرد حول محورشان نچرخند و مجموعه دنده ها با شفت خروجی یکپارچه و نسبت آن 1:1 شود همچنین مجموعه عقب نیز قفل شده و کلاچ یک طرفه آزاد می شود
به طور خلاصه مسیر دنده های خورشیدی طبق قانون حرکت مستقیم عمل می نمایند یعنی وقتی دو عضو مجموعه سیاره ای با هم درگیر یا از هم دور می شوند دنده های هرز گرد از حرکت به درو محورشان خواهند ایستاد در نتیجه مجموعه قفل می شود و دور ورودی با خروجی برابر می شود.

دنده عقب R
در وضعیت R کلاچ جلو با درام ورودی و خورشیدی در گیر می شود همچنین باند دنده یک و دنده عقب درام متصل به قفسه مجموعه سیاره ای عقب را ثابت می کند.

دنده عقب R
در گیری کلاچ جلو باعث چرخش هم جهت درام ورودی و دنده خورشیدی می گردد با ثابت بودن قفسه عقب دنده خورشیدی هرزگرد های مجموعه سیاره ای عقب را در جهت مخالف عقربه ساعت به گردش در می آورد این حرکت عکس هرز گرد ها نیز به نوبه خود دنده رینگی در جهت عکس و با کاهش دور که شفت خروجی متصل است را می چرخاند

مجموعه سیاره ای جلو نیز در حین دنده عقب می چرخد ولی در انتقال نیرو دخالت ندارد

دنده پارک P
در این حالت گیربکس در وضعیت خلاص است یک اهرم قفل کننده دستی با دنده هایی که به شفت خروجی وصل می باشد را در گیر می کند در نتیجه چرخ های عقب با پوسته گیربکس ثابت می شوند.

منابع
هاشمی ،پرویز،گیربکس های اتوماتیک،تهران ،علوی،1393
خرزان ، مهدی ،انتقال قدرت خودرو،مشهد ،جهان نما،1389

سپاس از توجه شما