چرخ دنده

فهرست:
چرخ دنده هايي در اندازه هاي ملکولي
سيستم انتقال قدرت و چرخ دنده ها
چرخدنده ها چگونه کار می کنند؟
نسبت دنده چگونه کار می کند؟

چرخ دنده هايي در اندازه هاي ملکولي
جام جم – نانوتکنولوژي : سطح کاملا جديدي از فناوري است که براساس استفاده از مولکول ها و آرايش هدفمند و برنامه ريزي شده آنها استوار است.

دانشمندان نانوتکنولوژيست به جاي استفاده از ابزارها و قطعات ماشيني ، از مولکول هاي مختلف استفاده مي کنند. در اين نوع فناوري هر مولکول مي تواند نقش يک يا چند قطعه ماشيني يا مدار الکترونيکي را بازي کند.

باتوجه به اين که ابعاد مولکول ها در جهان طبيعت در حدود يک ده ميليارديم متر يا يک گانگستروم است ، به اين نوع فناوري نانوتکنولوژي گفته مي شود، يعني نوعي از فناوري که در حد و اندازه هاي نانومتر (يک ميليارديم متر) است.

هرچند دانشمندان نانوتکنولوژيست تصور مي کنند بتوانند با استفاده از اين نوع فناوري ، حتي مولکول هايي را طراحي کنند که بتوانند به داخل بدن تزريق شوند و درست مانند يک روبات جراح ، عمل جراحي انجام دهند، اما اين نوع فناوري در مراحل اوليه تحقيقاتي است و بارزترين محصولات آن ريزتراشه هاي بسيار کوچک کامپيوتري با مدارهاي نانو تکنولوژيک بوده اند يا الياف شيميايي مخصوصي که پرزهاي ضدآب نانوتکنولوژيک دارند.

يکي از فعاليت هاي تحقيقاتي «بنيان دانش پژوهان جوان» پژوهش درباره نقش نانوتکنولوژي در صنعت نفت بوده است که با همکاري پژوهشگاه صنعت نفت انجام شده است.

سيستم انتقال قدرت و چرخ دنده ها
جعبه دنده براي حفظ حركت نرم و روان تمام چرخ دنده ها و محورها نياز به روانكاري دارد اين كار با پر كردن محفظه جعبه دنده به طور جزئي با روغن چرخ دنده غليظ انجام مي شود
چنانچه با نشتي روغن مواجه شديد تا پيش از برطرف كردن آن كلاج را عوض نكنيد زماني كه محفظه هاي كلاج با روغن كثيف شده اند چاره اي جز تميز كردن آن نيست اما تنها راه برگرداندن عملكرد مناسب كلاج تعويض ديسك است.

سيستم انتقال قدرت دو وظيفه را در اتومبيل به عهده دارد: انتقال قدرت از موتور به چرخ هاي محرك و تغيير مقدار گشتاور. در تشريح سيستم انتقال قدرت به كرات از دو عبارت توان و گشتاور استفاده مي شود كه توضيح كوتاهي درباره هركدام ضروري به نظر مي رسد. عبارت «توان» نرخ يا سرعت انجام كار است.

«تورك» يا گشتاور به زبان ساده يعني گردش نيرو. با توجه به ارتباط بين دور موتور و توان، وجود جعبه دنده هاي چند نسبته ضروري است چرا كه موتور اتومبيل بيشينه توانش را در سرعت هاي معين تحويل مي دهد كه البته منظور از سرعت همان RPM يا دور در دقيقه است.

براي بهره گيري از همان دور موتورها در سرعت هاي مختلف حركت كه اينجا منظور از سرعت چيزي است كه در آمپر سرعت ديده مي شود، بايد نسبت چرخ دنده بين موتور و چرخ هاي محرك تغيير يابد.

اتومبيل درست مثل يك دوچرخه بايد براي حركت در محدوده اي از سرعت ها، چرخ دنده ها را تعويض كند. اما برخلاف دوچرخه سيستم انتقال توان اتومبيل امكان عقب رفتن را نيز براي شما فراهم مي كند.

در واقع دو مجموعه از چرخ دنده ها در سيستم انتقال توان وجود دارد: گيربكس يا جعبه دنده و دفرنسيال. وظيفه جعبه دنده تنظيم نسبت چرخ دنده است و ديفرانسيل نيز اجازه مي دهد تا چرخ ها در سرعت هاي گوناگون بچرخند. جعبه دنده هاي دستي معمولاً داراي چهار يا پنج سرعت هستند و اغلب از اوردرايو يا بيش ران (وسيله اي در جعبه دنده كه نسبت چرخ دنده را پايين مي آورد و مصرف سوخت را كاهش مي دهد) برخوردارند.

در واقع اور درايو به وضعيتي گفته مي شود كه در آن محور يا شفت ورودي مي تواند سريعتر از محور خروجي بچرخد كه در نتيجه ميزان مصرف سوخت در بزرگراه كاهش مي يابد.

در برخي از جعبه دنده ها از كلاج الكتريكي و يك سوئيچ استفاده مي شود كه درگيري يا عدم درگيري اوردرايو را كنترل مي كند.

دستاورد جالبي كه در تعداد اندكي از اتومبيل ها ديده مي شود، جعبه دنده دستي بدون كلاج است. در اين نوع جعبه دنده يك دسته دنده و يك كلاج الكتريكي خودكار به كار مي رود. علاوه بر اين زماني كه راننده دنده ها را عوض مي كند، سنسورهاي سرعت و موقعيت، ميني كامپيوترها و تنظيم هاي گاز كاربراتور از افزايش بيش از حد دور موتور جلوگيري مي كند.

در واقع مثل بسياري از نوآوري هاي دنياي اتومبيل اين هم يك ايده قديمي است كه امروز به بركت تحول كامپيوتر ميسر شده است.

جعبه دنده هاي خودكار براي تركيب سرعت و گشتاور عموماً از سه چرخ دنده رو به جلو استفاده مي كنند. در جعبه دنده هاي سه سرعته اولين چرخ دنده براي شروع حركت بيشترين گشتاور را در كمترين سرعت تحويل مي دهد.

چرخ دنده دوم براي حالت هايي مثل افزايش سرعت و بالا رفتن از سربالايي ها مقدار گشتاور و سرعت متوسطي را ارائه مي كند. سرانجام سومين چرخ دنده بيشترين سرعت با كمترين گشتاور را براي حركت در بزرگراه فراهم مي كند. يك چرخ دنده معكوس نيز حركت رو به عقب را ميسر مي سازد.

جعبه دنده دستگاهي براي تغيير توان و سرعت است كه در جايي بين موتور و چرخ هاي متحرك وسيله اي نصب مي شود.

به عبارت ديگر اين دستگاه راهي براي تغيير نسبت بين دور موتور و دور چرخ ها فراهم مي كند. به گونه اي كه در موقعيت هاي خاص حركت بهترين حالت ممكن را داشته باشد. در برخي از انواع سيستم انتقال توان از وسيله اي موسوم به محور انتقال استفاده مي شود.

اين وسيله به زبان ساده تركيبي از جعبه دنده و دفرنسيال است كه معمولاً مي توان آن را در اتومبيل هاي چرخ جلو متحرك يافت، اما در اتومبيل هاي موتور وسط يا عقب نيز ديده مي شود.

البته در برخي از اتومبيل هاي كم نظير موتور در جلو قرار دارد و در عين حال براي بالانس بهتر وزن از يك محور انتقال در عقب استفاده مي شود.

گشتاور از توان به دست مي آيد. مقدار گشتاور قابل حصول از يك منبع توان، با فاصله اي از مركز دوران كه گشتاور در آن نقطه به كار مي رود متناسب است. بنابراين منطقي است كه اگر محوري (در اين بحث ميل لنگ) داشته باشيم كه با هر سرعت اعمال شده اي مي چرخد، مي توانيم چرخ دنده هايي با اندازه هاي گوناگون روي آن قرار دهيم و نتايج مختلفي به دست آوريم.

چنانچه چرخ دنده بزرگي روي محور نصب كنيم مي توانيم در لبه آن سرعت بيشتر و توان كمتري نسبت به يك چرخ دنده كوچكتر به دست آوريم. حال اگر محور دوم را موازي با محور محرك مان قرار دهيم و مطابق چرخ دنده هاي روي شفت متحرك، چرخ دنده هايي روي آن نصب كنيم، مي توانيم تقريباً هر تركيبي از توان و سرعت را كه در محدوده توانايي موتور باشد به دست آوريم. اين دقيقاً همان چيزي است كه جعبه دنده اتومبيل به كمك چرخ دنده ها و ديگر اجزا انجام مي دهد.

در يك نگاه كلي دو نوع جعبه دنده وجود دارد: دستي و خودكار. در حالت اول مجبور هستيد براي تعويض دنده ها معمولاً از يك دسته دنده واقع در كنسول و پدال كلاج استفاده كنيد. چنانچه جعبه دنده خودكار باشد خود مكانيسم بدون دخالت شما دنده ها را عوض مي كند. اين عمل از طريق يك سيستم كه توسط فشار روغن تغذيه مي كند، انجام مي شود. تعويض هر يك از دنده ها توسط يك سوپاپ تعويض كنترل مي شود.

در واقع تعويض دنده ها به سرعت، جاده و شرايط بار بستگي دارد. قسمت اساسي ديگر تمامي سيستم هاي انتقال قدرت يكي از انواع كلاج است. اين وسيله به موتور اجازه مي دهد تا هنگامي كه چرخ دنده ها و چرخ ها ثابت هستند به حركتش ادامه دهد.

در اتومبيل هاي مجهز به جعبه دنده خودكار به جاي كلاج از مبدل گشتاور استفاده مي شود. از پشت موتور گرفته تا محل تماس لاستيك با جاده همگي عضو يكي از پيچيده ترين سيستم هاي اتومبيل تان به حساب مي آيند. به اعتقاد برخي نگاه كردن به يك جعبه دنده مغزشان را آزرده خاطر مي سازد.

همانطور كه گفته شد جعبه دنده دستي امكاني را فراهم مي كند تا نسبت بين سرعت موتور و سرعت چرخ ها تغيير كند. تغيير اين نسبت دنده ها باعث مي شود تا مقدار صحيح توان موتور در بيشتر سرعت هاي مختلف به دست آيد.

جعبه دنده دستي براي به كارگيري و جابه جايي گشتاور موتور به محل ورودي جعبه دنده، نيازمند استفاده از كلاج است. كلاج باعث مي شود تا اين عمل به طور تدريجي اتفاق بيفتد و به همين علت اتومبيل مي تواند از يك توقف كامل شروع به حركت كند. در جعبه دنده هاي دستي مدرن هيچ كدام از چرخ دنده هاي رو به جلو از درگيري خارج نمي شوند.

در واقع آنها از طريق استفاده از هماهنگي كننده ها به محورهايشان متصل مي شوند. حركت عكس نيز به كمك چرخ دنده هرزگر معكوس كه به هنگام حركت رو به عقب اتومبيل درگير مي شود، به دست مي آيد.

برخي از جعبه دنده هاي دستي داراي اوردرايو هستند. اوردرايو بخشي مكانيكي است كه به پشت جعبه دنده پيچ مي شود عموماًَ اوردرايو را به اسم دنده پنجم مي شناسند.زماني كه از آن استفاده مي كنيد سرعت يا همان دور موتور حدود يك سوم كاهش مي يابد در حاليكه آمپر سرعت اتومبيل تان همان سرعت حركت را نشان مي دهد. كمپاني كرايسلر در سال ۱۹۳۴ اولين جعبه دنده مجهز به اوردرايو را معرفي كرد.

بيشتر اتومبيل ها سه الي پنج دنده جلو و يك دنده عقب دارند، چنانچه در جعبه دنده اي يك چرخ دنده با ده دندانه چرخ دندانه ديگري با بيست دندانه را بگرداند گفته مي شود كه حركت داراي نسبت دو به يك است. در واقع نسبت حركت دوچرخ دندانه برابر است با نسبت تعداد دندانه هاي چرخ دنده دوم به اول. اولين دنده توان موتور را از طريق يك جفت مجموعه چرخ دنده كاهنده كه به هنگام آغاز حركت توان را افزايش و سرعت را كاهش مي دهد، به چرخ هاي محرك مي رساند.

در اين حالت موتور بسيار سريعتر از محور خروجي مي چرخد، معمولاً با نسبت چهار به يك. سرعت هاي متوسط با تغيير نسبت دنده تا نزديكي هاي يك به يك و سرانجام سرعت نمايي معمولاً با اتصال مستقيم محورهاي ورودي و خروجي با نسبت حركت دقيقاً يك به يك به دست مي آيد.

به كارگيري يك مجموعه متحرك از چرخ دنده ها با ابعاد متفاوت، دستيابي به چندين مقدار از گشتاور خروجي را ممكن مي سازد. چرخ دنده محرك دفرنسيال اتومبيل كه توسط شفت متحرك به حركت درمي آيد چرخ دنده حلقوي (چرخ دنده اي شبيه حلقه در دفرنسيال اتومبيل كه پينيون يا همان چرخ دنده كوچك متصل به ميل گاردان آن را مي چرخاند و نيروزا از طريق دفرنسيال به اكسل مي دهد) را مي چرخاند.

در واقع اين دوچرخ دنده مثل يك جعبه دنده تك سرعته عمل مي كنند و باعث كاهش بيشتر دور موتور و افزايش گشتاور با يك نسبت ثابت مي شوند. چرخ دنده ها دقيقاً مشابه اهرم ها كار مي كنند. چرخ دنده كوچكتر درحالي همتاي بزرگترش را مي چرخاند كه ميزان گشتاور افزايش و سرعت كاهش يافته است.

جعبه دنده براي حفظ حركت نرم و روان تمام چرخ دنده ها و محورها نياز به روانكاري دارد. اين كار با پر كردن محفظه جعبه دنده به طور جزئي با روغن چرخ دنده غليظ انجام مي شود. زماني كه چرخ دنده ها مي چرخند روغن را به اطراف روانه و تمام قسمت ها را روانكاري مي كنند. درزبندي هاي روغن نيز در جلو و عقب از نشست جريان به بيرون از محفظه جلوگيري مي كنند.

زماني كه مي خواهيد روغن را عوض كنيد يا اينكه هنگام تعويض دنده متوجه مشكلات يا تفاوت هايي زياد شديد، بايد سطوح سيال را چك كنيد. در واقع اين حالات مي تواند نشانگر پايين بودن سطح سيال باشد.

در پاسخ به اين سؤال كه چه عاملي باعث تغيير دنده در جعبه دنده مي شود، بايد گفت دو شاخه ها يا ماهك هاي تعويض دنده كه به آنها يوغ هاي لغزان هم مي گويند. اين يوغ ها شبيه جاي پارويي در قايق هستند و در شياري واقع در غلاف كلاج سوار مي شوند. ماهك هاي تعويض دنده به يك بادامك و محور متصل شده اند.

اين بادامك نيز توسط توپ هاي فولادي بارگذاري شده با فنر كه از ميان شكاف هاي موجود در بادامك بالا مي روند به حركت درمي آيد و در چرخ دنده انتخاب شده حفظ مي شوند و ماهك هاي تعويض را در همان چرخ دنده نگه مي دارند. محورهاي بادامك و سيستم محورها وارد محفظه و به اهرم هاي تعويض بسته مي شوند.

سپس ماهك هاي تعويض، هماهنگ كننده را با چرخ دنده ها و محورهايي كه روي آن ســـوار هستند درگير مي كند و به حركت درمي آورد. اهرم هاي تعويض نيز به نوبه خود به يك كنترل كننده روي لوله فرمان يا دسته دنده واقع در كف متصل هستند كه هر دوي آنها در اختيار راننده است.

آيا بايد سيال درون يك جعبه دنده دستي را عوض كرد؟
معمولاً احتياجي نيست. اما در برخي اتومبيل هاي قديمي مثل فولكس واگن بتيل تعويض دوره اي روغن جعبه دنده توصيه شده است. اما در مورد اتومبيل هاي غيرمدرن و وانت هاي سبك ضروري است. علت اين اجبار به علت تميز ماندن روغن و در نتيجه شرايط كار تقريباً خنك براي آن است.

سيال موجود در جعبه دنده هاي دستي يا ميله هاي اتصال برخلاف جعبه دنده هاي خودكار كه به طور پيوسته در حال زير و رو شدن است و توسط ذراتي كه موجب فرسودن صفحه كلاج مي شود، آلوده شده است، وضعيت تميزتري دارد.

در نتيجه عمر جعبه دنده را افزايش مي دهد. تنها نشانه اي كه مي تواند شما را مجاب به تعويض روغن جعبه دنده كند، تعويض دشوار دنده ها در هواي سرد است. در بيشتر اتومبيل هاي قديمي چرخ عقب متحرك، جعبه دنده ها از روغن هاي سنگيني مثل ۹۰W ، ۷۵Wو ۸۰W پر شده اند كه در دماي زير صفر عمل تعويض دنده را تا حدي سخت و سفت مي كنند. در اين مورد استفاده از روغن سبكتر ممكن است منجر به نرمي تعويض دنده شود.

در اغلب محورهاي انتقال دستي در اتومبيل هاي چرخ جلو متحرك امروزي براي حفظ روانكاري چرخ دنده ها از سيال جعبه دنده خودكار DexronII (ATF) استفاده مي شود. ATF در دماهاي پايين حالت سيالي خود را بيشتر حفظ مي كند. از اين رو كارايي بهتري دارد اما ATF نبايد جانشين روغن چرخ دنده ها شود.