گیربکس های اتوماتیک

در سال ۱۹۳۸ کرایسلر کلاچ هیدرولیکی را تولید نمود که با وجود آن در حالی که جعبه دنده می‌توانست در وضعیت درگیری باشد موتور با دور آرام به کار خود ادامه می داد و با این طرح گام موفقیت آمیزی در ابداع جعبه دنده های نیمه اتوماتیک برداشته شد و بدین لحاظ کرایسلر مشهور گردید . جعبه دنده های نیمه اتوماتیکی که طراحی گردید به نام های مختلف در تجارت شناخته شد و در طراحی های بعد به جای کلاچ هیدرولیکی مبدل گشتاور هیدرولیکی جایگزین شد و به نام های کرایسلر تورک – درایو و پلی موث هیدرایو نامیده شد. مشاهده می شود که در آنها به منظور تعویض دنده‌ها هنوز از یک کلاچ پایی استفاده شده است . در سال ۱۹۴۰ کارخانه جنرال موتور جعبه دنده هیدراماتیک را برای اولین بار در اتومبیل اولدزموبیل به کار برد. طراحی این طراحی اولین کاربرد کلاچ‌های هیدرولیکی را در ترکیب جعبه دنده ۴ دنده ای مشخص کرد و جعبه دنده اتوماتیک نامیده شد که در آن مجموعه خورشیدی جلو و عقب برای وضعیت خلاص و دنده های جلو به کار برده شد و در دنده عقب مجموعه خورشیدی جلو نسبت دور کاهنده‌ای ( افزایش گشتاور ) دارد و مجموعه خورشید عقب مسیر قدرت را عکس نمود و همچنین نسبت دور دنده عقب را بیشتر کاهش می دهد . ( افزایش گشتاور را بیشتر افزایش می دهد . ) در سال ۱۹۴۸ بیوک جعبه دنده داینافلو را ارائه داد و اولین اتومبیلی بود که در آن موفق شده بودند جعبه دنده اتوماتیک را با مبدل گشتاور هیدرولیکی به کار برند که با استفاده از مجموعه خورشیدی حرکت مستقیم دنده یک و دنده عقب را شامل می شد و اهرم تعویض دنده جعبه دنده را به محور خروجی مبدل گشتاور بدون دنده های اضافی مربوط می سازد . ضریب ماکزیمم در مبدل گشتاور ۱ : ۲۵/۲ و نسبت دنده در دنده یک ۱ : ۸۲/۱ می باشد که دارای کشش عالی در سربالایی‌ها بوده و حالت ترمز موتوری در سرازیری‌ها را نیز دارا می باشد کاربرد عمومی جعبه دنده‌های اتوماتیک که ناشی از رشد صنعتی بوده است . جعبه دنده های اتوماتیک فورد ترکیبی است از یک مبدل گشتاور ۳ عنصری و یک سیستم مجموعه خورشیدی که شامل ۳ دنده جلو ( ۳ سرعته ) و یک دنده عقب می باشد . ضریب ماکزیمم مبدل گشتاور آن برابر ۱: ۱/۲ می باشد . مسیر حرکت از مبدل گشتاور شروع می شود و دارای نسبت دنده متوسط ( دنده دو ) ۱ : ۴۸/۱ ( افزایش گشتاور کم ) با تعویض دنده به طور خودکار بوده و همچنین دارای نسبت دنده یک ۱ : ۴۴/۲ ( افزایش گشتاور زیاد ) که برای عبور در سر بالایی ها و حالت ترمز موتوری در سرازیریها می‌باشد طراحی شده است. کرایسلر دارای جعبه دنده اتوماتیک دو سرعته به نام پاور فلایت می‌باشد که دارای یک مبدل گشتاور ۳ عنصری ( توربین پمپ استاتور ) و دو مجموعه خورشیدی با نسبت دنده هایی به منظور درگیری دنده یک دنده عقب و دنده مستقیم می باشد . هنگام حرکت مسیر قدرت از مبدل گشتاور که دارای ضریب ماکزیمم گشتاوری ۱ : ۷/۲ است شروع می شود و در دنده یک نسبت دنده ۱ : ۲۷/۱ می‌باشد که به طور خودکار در دنده مستقیم قرار می گیرد . ( در دنده مستقیم نسبت دنده ۱ : ۱ است و در صورت لزوم نسبت مبدل گشتاور اعمال می گردد . ) این جعبه دنده نیز توسط اهرم تعویض دنده به طور دستی در دنده یک ( برای حرکت در سربالایی و سرازیری ) قرار می گیرد .
طرح جدید جعبه دنده اتوماتیک اولتراماتیک مربوط به اتومبیل پاکارد نشان می دهد که دارای مبدل گشتاور ۴ عنصری و یک مجموعه دنده‌های خورشیدی است که مشابه جعبه دنده داینافلوی بیوک می باشد و قادر است تا وضعیت‌های دنده مستقیم دنده یک و دنده عقب را درگیر نماید . مسیر قدرت مانند جعبه دنده داینافلو در حرکت به جلو از مبدل گشتاور شروع شده و بدون کمک دنده‌های اضافی به محور خروجی منتقل می‌گردد . مبدل گشتاور آن دارای یک کلاچ اصطکاکی برای وضعیت دنده مستقیم می باشد که به طور خودکار عمل می کند و در سایر وضعیت ها کلاچ اصطکاکی مبدل گشتاور قطع می باشد که مبدل می تواند حد اکثر نسبت گشتاوری ۱ : ۴/۲ را منتقل نماید . نسبت در دنده یک ۱ : ۸۲/۱ می باشد که جعبه دنده به وسیله اهرم تعویض دنده می تواند در این وضعیت برای عبور در سر بالایی و سرازیری قرار گیرد .
جعبه دنده های اتوماتیک استودبکر که به وسیله بورگ – وارنر ارائه گردید دارای مبدل گشتاور ۳ عنصری با یک کلاچ حرکت مستقیم و دو مجموعه خورشیدی که ۳ دنده جلو و یک دنده عقب می باشد طراحی گردیده است . حداکثر ضریب افزایشی مبدل گشتاور ۱ : ۱۵/۲ است که دارای وضعیت دنده متوسط دنده مستقیم دنده یک و دنده عقب می باشد و نسبت دنده ها عبارتند از دنده یک ۱ :۳۱/۲ دنده دو ۱: ۴۳/۱ و دنده سه ۱ : ۱ برای حرکت در سر بالایی و سرازیری با دنده یک توسط توضیحات بعدا گفته خواهد شد. تا سال ۱۹۵۵ طراحی جعبه دنده‌های اتوماتیک کامل گردید و از آن تاریخ به بعد با اتخاذ تصمیم مشترک و استاندارد اکثر کارخانجات آن را به کار بردند به طوری که امروزه بیش از ۹۰ درصد اتومبیل‌های امروزی آمریکایی مجهز به جعبه دنده های اتوماتیک می باشند . جعبه دنده اتوماتیک اولترا ماتیک مربوط به اتومبیل پاکارد مسیر قدرت در آن و در جعبه دنده اتوماتیک پاورگلاید و سایر جعبه دنده‌های اتوماتیک ۲ سرعته یکسان می باشد . شرح این که چگونه یک جعبه دنده اتوماتیک کار می‌کند باید گفت که یک داستان هیجان انگیزی است به وسیله مختصر نگاهی به اصول مقدماتی و اساسی طرز کار آنها می توان فهمید که جعبه دنده های اتوماتیک چه طور کار می کنند و این بسیار ساده است زیرا تمام تعویض های خودکار با استفاده از اصول اولیه طراحی شده‌اند و به طور کلی دارای یک مبدل گشتاور هیدرولیکی و یک مجموعه خورشیدی با نسبت دنده های مختلف می باشند که به وسیله یک سیستم کنترل هیدرولیکی به طور خودکار تعویض دنده ها را انجام می دهد .
ترکیب مبدل گشتاور هیدرولیکی و مجموعه دنده‌های خورشیدی رایج در تعدادی از جعبه دنده های اتوماتیک هم خانواده مانند جعبه دنده‌های تورک فلایت ( کرایسلر ) کروئیز ماتیک ( فورد ) و هیدرا ماتیک ( جنرال موتور ) به کار برده شده است . یکی از بزرگترین مزیت های جعبه دنده‌های اتوماتیک این است که به طور خودکار دنده ها را تعویض می نماید و وظایف راننده را کاهش می‌دهد و در نتیجه او مجبور نخواهد بود که در تعویض دنده ها مهارت خاص رانندگی را دارا باشد و متناسب با مقاومت مسیر که بستگی به وزن سرعت و موقعیت اتومبیل دارد به طور خودکار در مواقع لزوم تعویض دنده ها انجام می گردد . در جعبه دنده های معمولی بر اثر سرعت بیش از حد معمول و یا عدم ایجاد هماهنگی بین سرعت چرخ دنده ها هنگام درگیر شدن توسط یک راننده غیر ماهر باعث استهلاک سریع قطعات خواهد گردید . در صورتی که در جعبه دنده‌های اتوماتیک راننده به یک اهرم تغییر وضعیت دنده ها و پدال گاز احتیاج دارد .
● سیستم های کنترل کننده
جعبه دنده‌های اتوماتیک دارای سیستم‌های کنترل‌کننده‌ای می‌باشند که اولا جعبه دنده را با موتور مربوط می‌سازد بدین ترتیب که هرگونه تغییرات موتور را عینا به جعبه دنده منتقل می‌نمایند و باعث تعویض دنده ها می گردند . ثانیا ارتباط راننده با جعبه دنده را به وسیله اهرم تغییر وضعیت به طور دستی بر قرار می سازد که هر کدام به نوبه خود دارای وظایفی می‌باشد:
● سیستم کنترل دستی
ارتباط راننده به جعبه دنده را برقرار می‌سازد و تغییر وضعیت اهرم تعویض دنده‌ها را به وسیله اتصالات آن به سوپاپ دستی واقع در بدنه سوپاپ سیستم کنترل هیدرولیکی منتقل می‌نماید .
● سیستم کنترل دریچه گاز
این سیستم گشتاور موتور را احساس می‌کند و شامل مجموعه سوپاپ تعدیل فشار در بدنه سوپاپ سیستم کنترل هیدرولیکی می باشد و این سیستم اثر گشتاور ورودی را یا به وسیله اهرم‌های اتصال به طور مکانیکی از پدال گاز به جعبه دنده و یا به وسیله یک اثر خلایی از زیر دریچه گاز کاربراتور به یک واحد کنترل‌کننده خلایی در بدنه جعبه دنده دریافت می کند . اگر در تعویض خودکار دنده‌ها اشکالی پیش بیاید علاوه بر موارد فوق یک ارتباط دهنده دیگری برای جعبه دنده ضروری است و بدین منظور یک سیستم گاورنر پیش بینی شده است تا تغییرات سرعت جاده‌ای اتومبیل را به جعبه دنده منتقل نماید .
● سیستم کنترل گاورنر
این سیستم تغییرات سرعت اتومبیل را از دور خروجی جعبه دنده احساس می‌کند و مانند سیستم کنترل دریچه گاز اثر فشار هیدرولیکی را به بدنه سوپاپ سیستم کنترل هیدرولیکی می‌فرستد این سیستم مجهز به مجموعه سوپاپ تنظیم فشار با وزنه های گریز از مرکز می‌باشد. سیستم کنترل دستی کنترل دریچه گاز و کنترل گاورنر قسمت‌هایی از سیستم کنترل هیدرولیکی می‌باشند .
● سیستم کنترل هیدرولیکی
این سیستم شامل یک پمپ هیدرولیک جتو و سوپاپ تعدیل فشار برای تکمیل و پر کردن روغن مورد نیاز مبدل گشتاور با تجهیزات مربوطه و ارسال روغن به بدنه سوپاپ جهت تقسیم نمودن به مدارات راه‌انداز کلاچ و باند ( نوار ترمز ) می‌باشد. بدنه سوپاپ مغز سیستم هیدرولیکی و به طور معمول جایگاه سوپاپ دستی سوپاپ کنترل دریچه گاز و یک سوپاپ کنترل دستی برای ایجاد درگیری دنده یک توسط راننده و مجموعه سوپاپ تعویض دنده به طور خودکار می باشد .
● سیر تکاملی جعبه دنده
جعبه دنده های اتوماتیک از سالها قبل تا کنون تغییرات چندانی نداشته است و توسعه آنها با تکامل تدریجی اتومبیل‌ها انجام پذیرفته است و با وجود این که وظیفه اصلی آن تغییر و تبدیل دور و گشتاور می باشد مع‌ذالک وضعیت دنده عقب حالت خلاص و همچنین حالت ترمز موتوری در آن پیش‌بینی گردیده است. اتومیبل‌های آمریکایی در طول ۳۰ تا ۴۰ سال اول اختراعشان با استفاده از جعبه‌دنده‌های نسبتا ساده و خوب طراحی گردیدند و در آن جعبه دنده‌های معمولی لغزشی ۳ یا ۴ سرعته به کار برده می‌شد که مجهز به کلاچ اصطکاکی می‌باشد و عمل قطع و وصل آن هنگام تعویض دنده ها به صورت مکانیکی انجام می‌گردد. در همان زمان طرح جعبه دنده های معمولی با استفاده از دنده‌های سیاره‌ای ( مجموعه خورشیدی ) مد نظر قرار گرفته بود که یک نمونه آن در اتومبیل کادیلاک مدل ۱۹۰۴ به کار برده شد و همچنین بیشتر در مدل های قدیمی اتومبیل فورد از جعبه دنده های معمولی دو سرعته با مجموعه خورشیدی استفاده می‌شد که سالهای متمادی شهرت داشت و بالاخره در سال ۱۹۲۸ از رده خارج گردید .
علی‌رغم آن مهندسین موفق شدند که درباره جعبه دنده‌های ایده‌آل تحقیق کنند. به طوری که وظیفه راننده را تسهیل نماید و یک جابجایی یا تعویض دنده آرام و بدن سر و صدا با نسبت دنده‌های متغیر صورت پذیرد و بازده موتور را افزایش دهد. تکامل جعبه دنده‌های اتوماتیک مراحلی را گذرانده است تا به صورت مدرن امروزی در آمده است و ذیلا به شرح سیر تکاملی آنها می‌پردازیم :
- در سال ۱۹۲۸ کادیلاک جعبه دنده های سنکرونیزه را تولید نمود .
- در سال ۱۹۳۳ جعبه دنده‌های نیمه اتوماتیک را عرضه نمود که در آن از دنده های سیاره‌ای با وزنه‌های گریز از مرکز جهت کنترل آنها استفاده شده بود و اجازه می‌داد که تعویض دنده‌ها به طور خودکار از سرعت پایین به سرعت بالا انجام پذیرد و حرکت اتومبیل را عملی می‌ساخت. با وجود این در آن از یک کلاچ اصطکاکی نیز هنوز استفاده می‌شد .
- در سال ۱۹۳۴ کرایسلر جعبه دنده‌های فوق سرعت ( اور درایو ) را تولید نمود .
- در سال ۱۹۳۷ اولد زموبیل یک نوع دیگر جعبه دنده‌های نیمه اتوماتیک را طراحی نمود که در آن از دنده‌های سیاره‌‌ای و کنترل‌کننده‌هایی که به طور هیدرولیکی و مکانیکی عمل می‌کردند استفاده شده بود و به منظور درگیری دنده عقب آن از دنده‌های معمولی استفاده می‌گردید و همچنین در آن یک کلاچ اصطکاکی به کار گرفته شده بود .

شهرام اسلامی

منبع : مجله گسترش صنعت