دنده ماشین چگونه کار می کند؟ - یک

تا به حال پشت فرمان ماشین نشسته اید؟ پیش دست راننده چطور؟ همیشه اولین سوالی که برای بچه ها در این موقعیت پیش می آید این است که چرا راننده مجبور است مدام دنده عوض کند؟ چرا نمی شود فقط با بیشتر گاز دادن، تندتر رفت؟

اگر کمی درباره دنده بدانید، سوال هایتان هم کمی پیشرفته تر می شود. ممکن است از خودتان بپرسید وقتی در دنده عوض کردن اشتباه می کنید، آیا دنده ها خرد می شوند یا اینکه وقتی کلاچ را زود رها می کنید یا دیر کلاچ می گیرید، سر و صدایی که می شنوید از کجا می آید. آیا ممکن است در اثر رانندگی اشتباه، دنده ها خراب شوند؟
می توانید پاسخ همه این سوال ها را خودتان پیدا کنید. فقط کافی است کمی همت و حوصله به خرج دهید.

دنده چه کار می کند؟

ماشین ها دنده می خواهند چون دور موتور آنها نباید از حد معینی بالاتر رود. اگر دقت کرده باشید در کنار سرعت سنج ماشین ها عقربه دیگری وجود دارد که دور موتور را نشان می دهد. در قسمت انتهایی این عقربه ناحیه ای وجود دارد که با رنگ قرمز مشخص شده است. اگر موتور ماشین مدتی در این محدوده کار کند، از کار می افتد. اگر سرعت کار موتور از حد معینی تجاوز کند حتی ممکن است باعث انفجار آن شود.

علاوه بر این، بیشترین توان و گشتاور موتور در یک محدوده خاص از دور موتور به دست می آید و هرچه از این محدوده دور شویم، توان موتور افت می کند. کاری که دنده می کند اینست که بدون تغییر دور موتور، امکان رسیدن به سرعت های مختلف را فراهم می نماید. با دنده عوض کردن موتور را در بهترین وضعیت خود حفظ می کنید، اما در عین حال می توانید در سرعت های مختلف برانید.

دنده از یک طرف توسط کلاچ به موتور وصل می شود و از طرف دیگر با یک محور به دیفرانسیل متصل است. حرکت از موتور می آید، سرعت و قدرت آن در دنده تنظیم میشود و توسط محور و دیفرانسیل به چرخ ها منتقل می شود. در یک ماشین پنج دنده معمولی، پنج جفت چرخ دنده با نسبت های مختلف وجود دارد که پنج سرعت مختلف را در خروجی ایجاد می کنند. در جدول زیر تعدادی از این نسبت ها به عنوان مثال آورده شده است.

دنده	نسبت چرخ دنده ها	سرعت چرخش محور خروجی از جعبه دنده(دور در دقیقه)
1	315:1/2	1295
2	568:1/1	1913
3	195:1/1	2510
4	000:1/1	3000
5	915:1/0	3278

در جدول بالا فرض شده است که دور موتور در 3000 دور در دقیقه ثابت باقی بماند.

یک دنده ساده

برای اینکه با نحوه کار دنده ماشین آشنا شوید، در این شکل، جعبه دنده یک ماشین فرضی نشان داده شده است که بسیار ساده است و فقط دو دنده دارد. فرض کرده ایم دنده ماشین خلاص است، یعنی هیچ نیرویی از موتور به چرخ ها منتقل نمی شود. بیایید با هم نگاهی به قسمت های مختلف شکل بیندازیم تا وظیفه هر یک را برای شما شرح دهیم:

• محور سبز رنگ به کلاچ متصل است. این محور و چرخ دنده سبز با هم کار می کنند. کلاچ ابزاری است که انتقال نیروی موتور به جعبه دنده را کنترل می کند. وقتی پایتان را روی کلاچ فشار می دهید، ارتباط موتور و جعبه دنده قطع می شود؛ پس موتور می تواند کار کند در حالیکه ماشین ثابت است. اگر پدال را رها کنید، محور سبز به موتور متصل می شود و چرخ دنده سبز رنگ با همان سرعت موتور شروع به چرخش می کنند.

• محور قرمز و چرخ دنده های قرمز رنگ، "محور کمکی" نامیده می شود. کل این مجموعه به هم متصل است، پس تمام چرخ دنده های روی آن با هم حرکت می کنند. محور سبز و محور قرمز توسط دو چرخ دنده مستقیما به هم متصل اند و اگر محور سبز حرکت کند، محور قرمز نیز می چرخد؛ به این ترتیب هر وقت که پای شما روی کلاچ نباشد، قدرت از موتور به محور کمکی می رسد.

• محور زرد یک محور دندانه دار است که محور محرک را می چرخاند. محور محرک نیز از طریق دیفرانسیل به چرخ های ماشین متصل می شود و آنها را به حرکت در می آورد. هر زمان که چرخ های ماشین بچرخند، محور زرد هم در حال چرخش است.

• چرخ دنده های آبی روی بلبرینگ قرار گرفته اند، پس می توانند مستقل از محور زرد بچرخند. اگر موتور خاموش باشد ولی ماشین حرکت کند، محور زرد می تواند در درون این چرخ دنده ها بچرخد، درحالیکه چرخ دنده های آبی و محور کمکی بی حرکت هستند.

• وظیفه حلقه این است که یکی از دو چرخ دنده آبی را به محور زرد خروجی متصل کند. حلقه از طریق تعدادی برجستگی خار مانند به محور زرد متصل می شود و آن را می چرخاند. حلقه می تواند به چپ و راست حرکت کند تا با یکی از دو محور آبی رنگ درگیر شود. روی حلقه برآمدگی هایی است که با سوراخ هایی که روی دو چرخ دنده تعبیه شده است، جفت می شود.( این برآمدگیها را به خاطر بسپارید، چون جواب بعضی از سوالهایتان به آن مربوط می شود. )

حالا که نحوه کار هر یک از این قسمت ها را فهمیدید، فرض می کنیم که ماشین با دنده یک حرکت کند. همان طور که در شکل زیر می بینید وقتی با دنده یک جلو می روید، حلقه به چرخ دنده آبی سمت راست می چسبد.

محور سبز که به موتور متصل است محور کمکی را می چرخاند. هردو چرخ دنده آبی شروع به حرکت می کنند، اما چون حلقه به چرخ دنده سمت راست متصل است، محور زرد با سرعتی برابر آن حرکت می کند. چرخ دنده آبی سمت چپ هم روی بلبرینگ خود هرز می چرخد.

اگر حلقه بین دو دنده باشد می گوییم دنده خلاص است. هر دو چرخ دنده آبی روی بلبرینگ های خود می چرخند اما محور زرد ثابت است. دنده واقعی کمی پیچیده تر از مثال ساده ماست.

دنده واقعی

مدل سازی زیر قسمت های داخلی جعبه دنده یک ماشین چهار دنده را نشان می دهد. روی شماره دنده ها کلیک کنید تا دنده عوض شود. R دنده عقب و N وضعیت خلاص را نشان می دهد.

بیشتر ماشین های امروزی پنج دنده هستند. اگر می توانستید داخل جعبه دنده آنها را ببینید با چیزی شبیه این شکل مواجه می شدید.

سه اهرم وجود دارند که با سه میله به دسته دنده وصل می شوند. اگر از بالا به دنده نگاه کنید ظاهری شبیه به شکل بعد دارد. اگر دقت کنید می بینید که دنده ها دو تا دو تا در کنار هم قرار گرفته اند. دو دنده ای که در کنار هم هستند، به یک اهرم متصل می شوند. توجه کنید که وقتی می خواهید از دنده یک به دنده سه بروید، مجبورید که از یک نقطه میانی عبور کنید. وقتی از این نقطه رد می شوید در واقع یکی از اهرم ها از کار می افتد و اهرم دیگر جایگزین آن می شود(انگار دنده را یک بار خلاص کنید و بعد به دنده مورد نظر بروید). می توانید ببینید که وقتی دسته دنده را به چپ و راست حرکت می دهید اهرمهای مختلف و در نتیجه حلقه های متفاوتی را انتخاب می کنید. وقتی که دنده را جلو یا عقب می برید، حلقه به یکی از چرخ دنده ها می چسبد و با آن حرکت می کند.

دنده عقب

برای دنده عقب، یک چرخ دنده کوچک اضافه شده است. این چرخ دنده نقش خاصی ندارد و فقط جهت حرکت را عوض می کند. این چرخ دنده را "چرخ دلاله" می نامند. دنده عقب که در شکل کناری با رنگ آبی نشان داده شده است، همیشه در جهت مخالف تمام چرخ دنده های آبی رنگ دیگر می چرخد. بنابراین وقتی ماشین در حال حرکت رو به جلو است، نمی توانید ناگهان با دنده عقب حرکت کنید؛ چون برآمدگی های روی حلقه با سوراخ های روی چرخ دنده، درگیر نمی شوند.

همگام ساز، قطعه ای کوچک با کارایی بالا

در دنده بسیاری از ماشین های مدرن، قطعه ای بنام همگام ساز (Synchronizer) وجود دارد. دنده ای که در شکل نشان داده شده بود، فاقد همگام ساز بود. اگر بخواهید از این دنده در یک ماشین واقعی استفاده کنید، برای دنده عوض کردن باید دو بار کلاچ بگیرید. تمام ماشین های قدیمی همین طور بودند. هنوز هم تعدادی از ماشین های مسابقه ای با این سیستم کار می کنند.

فکر می کنید چرا باید دوبار کلاچ بگیرید؟

بار اول که کلاچ می گیرید، ارتباط موتور با جعبه دنده قطع می شود. پس فشار از روی برآمدگی های روی حلقه برداشته می شود تا شما بتوانید حلقه را به حالت خلاص منتقل کنید. بعد کلاچ را رها می کنید و موتور را به سرعت مناسب می رسانید. منظور از سرعت مناسب، دور موتوری است که با دنده بعدی تناسب دارد. یعنی کاری می کنید که برآمدگی های روی حلقه و چرخ دنده ای که مربوط به دنده بعدی است با سرعت یکسانی بچرخند تا برآمدگی های روی حلقه بتواند در چرخ دنده جفت شود. حالا مجبورید یک بار دیگر کلاچ را فشار دهید تا حلقه و دنده جدید با هم درگیر شوند.

همگام ساز این امکان را ایجاد می کند که حلقه و دنده، قبل از جفت شدن برآمدگی های روی حلقه، با هم تماس برقرار کنند. بنابراین حلقه و دنده می توانند قبل از اینکه چرخ دنده با برآمدگی های روی حلقه درگیر شود، سرعتشان را با هم وفق دهند. به شکل روبرو دقت کنید.

مخروطِ روی چرخ دنده آبی رنگ، در حفره مخروطی حلقه قرار می گیرد و اصطکاک آن با حلقه باعث همگام شدن حرکت حلقه و دنده می شود. سپس بخش بیرونی حلقه طوری می لغزد که برآمدگی های روی حلقه بتواند با دنده درگیر شود.

هر کمپانی شیوه و ایده های خاص خود را برای ساختن دنده به کار می برد، اما اساس کار تمام آنها همان چیزی است که خواندید. حالا چند نکته به شما می گوییم که به احتمال زیاد جواب سوال هایی است که پیش از خواندن این مطلب در ذهن شما وجود داشت:

• وقتی در تعویض دنده اشتباه می کنید، سر و صدای عجیبی که می شنوید صدای خرد شدن چرخ دنده های جعبه دنده نیست. همانطور که در تمام شکل های قبلی دیدید، تمام چرخ دنده های جعبه دنده همیشه در حال چرخش اند. صدا مربوط به برآمدگی های روی حلقه است که می خواهند درون سوراخ های یکی از دنده ها قرار گیرند، اما به دلیل بی دقتی شما نمی توانند این کار را انجام دهند.

• حالا می توانید بفهمید که چطور یک حرکت خطی کوچک دسته دنده باعث تعویض دنده می شود. دسته دنده، میله ای را جابجا می کند که به اهرم متصل است. اهرم نیز حلقه روی محور زرد رنگ را جابجا می کند تا آن را به یکی از دو چرخ دنده بچسباند.