دنده ماشین

آیا تا به حال پشت فرمان ماشین نشسته اید؟ پیش دست راننده چطور؟ همیشه اولین سؤالی که برای بچه‌ها در این موقعیت پیش می‌آید 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، سؤال هایتان هم کمی پیشرفته تر می‌شود. ممکن است از خودتان بپرسید وقتی در عوض کردن دنده اشتباه می‌کنید، آیا دنده‌ها خرد می‌شوند یا اینکه وقتی کلاچ را زود رها می‌کنید یا دیر کلاچ می‌گیرید، سر و صدایی که می‌شنوید از کجا می‌آید. آیا ممکن است در اثر رانندگی اشتباه، دنده‌ها خراب شوند؟

می توانید پاسخ همه‌ی این سؤال‌ها را خودتان پیدا کنید. فقط کافی است کمی همت و حوصله به خرج دهید.

دنده چه کار می‌کند؟

دور موتور ماشین ها نباید از حد معینی بالاتر رود ؛ به همین دلیل، عوض کردن دنده لازم است. اگر دقت کرده باشید در کنار سرعت سنج ماشین‌ها، عقربه‌ی دیگری وجود دارد که دور موتور را نشان می‌دهد. 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 می‌افتد. 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 محدوده‌ی خاص از دور موتور به دست می‌آید و هرچه از این محدوده دور شویم، توان موتور افت می‌کند. کاری که دنده می‌کند این است که بدون تغییر دور موتور، امکان رسیدن به سرعت های مختلف را فراهم می‌نماید.

با عوض کردن دنده، موتور را در بهترین وضعیت خود حفظ می‌کنید، اما در عین حال می‌توانید در سرعت های مختلف برانید. دنده از یک طرف توسط کلاچ به موتور وصل می‌شود و از طرف دیگر با یک محور به دیفرانسیل متصل است. موتور ماشین، حرکت آن را تضمین می کند. سرعت و قدرت حرکت، توسط دنده تنظیم شده و توسط محور و دیفرانسیل به چرخ‌ها منتقل می‌شود. در یک ماشین پنج دنده‌ی معمولی، پنج جفت چرخ دنده با نسبت های مختلف وجود دارد که پنج سرعت مختلف را در خروجی ایجاد می‌کنند. در جدول زیر تعدادی از این نسبت‌ها به عنوان مثال آورده شده است.

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

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

• محور سبز رنگ به کلاچ متصل است. این محور و چرخ دنده سبز با هم کار می‌کنند. کلاچ ابزاری است که انتقال نیروی موتور به جعبه دنده را کنترل می‌کند. وقتی پایتان را روی کلاچ فشار می‌دهید، ارتباط موتور و جعبه دنده قطع می‌شود؛ پس موتور می‌تواند کار کند در حالی‌که ماشین ثابت است. اگر پدال را رها کنید، محور سبز به موتور متصل می‌شود و چرخ دنده سبز رنگ با همان سرعت موتور شروع به چرخش می‌کند.
• محور قرمز و چرخ دنده های قرمز رنگ، "محور کمکی" نامیده می‌شود. کل این مجموعه به هم متصل است، پس تمام چرخ دنده های روی آن با هم حرکت می‌کنند. محور سبز و محور قرمز توسط دو چرخ دنده، مستقیماً به هم متصل اند و اگر محور سبز حرکت کند، محور قرمز نیز می‌چرخد؛ به این ترتیب هر وقت که پای شما روی کلاچ نباشد، قدرت از موتور به محور کمکی می‌رسد.
• محور زرد یک محور دندانه دار است که محور محرک را می‌چرخاند. محور محرک نیز از طریق دیفرانسیل به چرخ های ماشین متصل می‌شود و آنها را به حرکت در می‌آورد. هر زمان که چرخ های ماشین بچرخند، محور زرد هم در حال چرخش است.
• چرخ دنده های آبی روی بلبرینگ قرار گرفته اند، پس می‌توانند مستقل از محور زرد بچرخند. اگر موتور خاموش باشد ولی ماشین حرکت کند، محور زرد می‌تواند در درون این چرخ دنده‌ها بچرخد، درحالی‌که چرخ دنده های آبی و محور کمکی بی حرکت هستند.
• وظیفه‌ی حلقه این است که یکی از دو چرخ دنده‌ی آبی را به محور زرد خروجی متصل کند. حلقه از طریق تعدادی برجستگی خار مانند به محور زرد متصل می‌شود و آن را می‌چرخاند. حلقه می‌تواند 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 می‌شود.( این برآمدگی‌ها را به خاطر بسپارید، چون جواب بعضی از سوال‌های شما به آن مربوط می‌شود. )

حال که نحوه‌ی کار هر یک از این قسمت‌ها را فهمیدید، فرض می‌کنیم که ماشین با دنده یک حرکت کند. همان طور که در شکل زیر می‌بینید وقتی با دنده یک جلو می‌روید، حلقه به چرخ دنده آبی سمت راست می‌چسبد.

محور سبز که به موتور متصل است محور کمکی را می‌چرخاند. هردو چرخ دنده آبی شروع به حرکت می‌کنند، اما چون حلقه به چرخ دنده سمت راست متصل است، محور زرد با سرعتی برابر آن حرکت می‌کند. چرخ دنده آبی سمت چپ هم روی بلبرینگ خود هرز می‌چرخد.

اگر حلقه بین دو دنده باشد (مانند شکل 3 ) می‌گوییم دنده خلاص است. هر دو چرخ دنده‌ی آبی روی بلبرینگ های خود می‌چرخند اما محور زرد ثابت است. دنده‌ی واقعی کمی پیچیده تر از مثال ساده ما است.

مدل سازی زیر قسمت های داخلی جعبه دنده‌ی یک ماشین چهار دنده را نشان می‌دهد. روی شماره‌ی دنده‌ها کلیک کنید تا دنده عوض شود. R دنده عقب و N وضعیت خلاص را نشان می‌دهد.

بیش‌تر ماشین های امروزی پنج دنده هستند. اگر می‌توانستید داخل جعبه دنده‌ی آن‌ها را ببینید با چیزی شبیه شکل شماره 5 مواجه می‌شدید.

سه اهرم وجود دارند که با سه میله، به دسته‌ی دنده وصل می‌شوند. اگر از بالا به دنده نگاه کنید، ظاهری شبیه به شکل 6 دارد. اگر دقت کنید می‌بینید که دنده‌ها دو تا دو تا در کنار هم قرار گرفته اند. دو دنده ای که در کنار هم هستند، به یک اهرم متصل می‌شوند.

توجه کنید که وقتی می‌خواهید از دنده یک به دنده سه بروید، مجبورید که از یک نقطه‌ی میانی عبور کنید. وقتی از این نقطه رد می‌شوید در واقع یکی از اهرم‌ها از کار می‌افتد و اهرم دیگر جایگزین آن می‌شود(انگار دنده را یک بار خلاص کنید و بعد به دنده مورد نظر بروید). می‌توانید ببینید که وقتی دسته دنده را به چپ و راست حرکت می‌دهید اهرم‌های مختلف و در نتیجه حلقه های متفاوتی را انتخاب می‌کنید. وقتی که دنده را جلو یا عقب می‌برید، حلقه به یکی از چرخ دنده‌ها می‌چسبد و با آن حرکت می‌کند.

دنده عقب

برای دنده عقب، یک چرخ دنده‌ی کوچک اضافه شده است. این چرخ دنده نقش خاصی ندارد و فقط جهت حرکت را عوض می‌کند. این چرخ دنده را "چرخ دلاله" می‌نامند. دنده عقب که در شکل کناری با رنگ آبی نشان داده شده است، همیشه در جهت مخالف تمام چرخ دنده های آبی رنگ دیگر می‌چرخد. 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 دنده‌ی بسیاری از ماشین های مدرن، قطعه ای به نام 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 عوض کردن دنده باید دو بار کلاچ بگیرید. تمام ماشین های قدیمی همین طور بودند. هنوز هم تعدادی از ماشین های مسابقه ای با این سیستم کار می‌کنند.

فکر می‌کنید چرا باید دوبار کلاچ بگیرید؟

بار اول که کلاچ می‌گیرید، ارتباط موتور با جعبه دنده قطع می‌شود. پس فشار از روی برآمدگی های روی حلقه برداشته می‌شود تا شما بتوانید حلقه را به حالت خلاص منتقل کنید. بعد کلاچ را رها می‌کنید و موتور را به سرعت مناسب می‌رسانید. منظور از سرعت مناسب، دور موتوری است که با دنده‌ی بعدی تناسب دارد. یعنی کاری می‌کنید که برآمدگی های روی حلقه و چرخ دنده ای که مربوط به دنده‌ی 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 دنده‌ی جدید با هم درگیر شوند.

هم‌گام ساز این امکان را ایجاد می‌کند که حلقه و دنده، قبل از جفت شدن برآمدگی های روی حلقه، با هم تماس برقرار کنند. بنابراین حلقه و دنده می‌توانند قبل از اینکه چرخ دنده با برآمدگی های روی حلقه درگیر شود، سرعت خود را با هم وفق دهند. به شکل زیر دقت کنید.

مخروطِ روی چرخ دنده‌ی آبی رنگ، در حفره‌ی مخروطی حلقه قرار می‌گیرد و اصطکاک آن با حلقه باعث هم‌گام شدن حرکت حلقه و دنده می‌شود. سپس بخش بیرونی حلقه طوری می‌لغزد که برآمدگی های روی حلقه بتواند با دنده درگیر شود.

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

• وقتی در تعویض دنده اشتباه می‌کنید، سر و صدای عجیبی که می‌شنوید که 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 می‌خواهند درون سوراخ های یکی از دنده‌ها قرار گیرند، اما به دلیل بی دقتی شما نمی توانند این کار را انجام دهند.
• حالا می‌توانید بفهمید که چطور یک حرکت خطی کوچک دسته دنده، باعث تعویض دنده می‌شود. دسته دنده، میله ای را جابجا می‌کند که به اهرم متصل است. اهرم نیز حلقه روی محور زرد رنگ را جابجا می‌کند تا آن را به یکی از دو چرخ دنده بچسباند.

صفحه بعد

نویسنده:صادق بهداد-علی کرباسی