گیربکس دنده ای پروتون جنتو و ایمپیان

آیا تا به حال فکر کرده‌اید؛ دسته‌ دنده به چه چیزی متصل است و با حرکت دسته دنده چه اتفاقی درون جعبه‌دنده رخ می‌دهد؟ چرا گاهی هنگام تعویض دنده، صدایی عجیب شبیه خرد شدن قطعات به گوش می‌رسد؟ چرا نمی‌توان هنگام حرکت به‌سمت جلو، خودرو را در وضعیت دنده‌ی عقب قرار داد؟ آیا با این‎کار، قطعات داخل جعبه‌دنده خرد می‌شوند؟ این‌ها تنها بخشی از سؤالات احتمالی کسی است که حداقل یک‌بار پشت فرمان خودرو نشسته باشد؛ در این مقاله به‌همین سؤالات پاسخ می‌دهیم و با اساس عملکرد جعبه‌دنده‌های دستی آشنا می‌شویم.

اصول فیزیکی

قبل از معرفی قطعات و نحوه‌ی عملکرد جعبه‌دنده‌ی دستی، ابتدا باید با‌یکی از ابتدایی‌ترین و اساسی‌ترین قطعات مکانیکی موجود در جعبه‌دنده‌ها؛ چرخ‌دنده، آشنا شویم. چرخ‌دنده‌ها قطعاتی دندانه‌دار هستند که داخل آن‌ها سوراخی به اندازه‌ی قطر محور وجود دارد و چرخ‌دنده روی آن محور سوار می‌شود. هنگامی‌که بخواهیم ارتباطی بین دو محور برقرار کنیم، باید روی هر دوی آن‌ها، چرخ‌دنده قرار دهیم. در حقیقت چرخ‌دنده می‌تواند گشتاور را با تغییر جهت منتقل کند که با استفاده از آن‌ها، گشتاور و سرعت دورانی کنترل می‌شود. اندازه‌ی دنده‌های چرخ دنده‌های درگیر باید یکسان باشد ولی قطر آن‌ها می‌تواند متفاوت باشد؛ اگر قطر چرخ‌دنده‌ها با یکدیگر برابر باشد، سرعت آن دو محوری که چرخ‌دنده‌ها روی آن‌ها سوار است، یکسان خواهد بود، اما اگر قطر آن‌ها برابر نباشد، چرخ‌دنده‌ای که قطر کم‌تری دارد، (کوچک‌تر است) تعداد دور بیش‌تری می‌زند و در نتیجه سرعت بیش‌تری دارد.

همان‌طور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، چرخ‌دنده‌ی کوچک‌تر با ۲۵ دندانه باید سه برابر سرعت چرخ‌دنده‌ی بزرگ‌تر با ۷۵ دندانه بچرخد، یعنی هرگاه چرخ‌دنده‌ی بزرگ یک دور بزند، چرخ‌دنده‌ی کوچک سه دور زده است. نیرو، قدرت و گشتاور، همیشه از یک محور یا یک چرخ‌دنده به محور یا چرخ‌دنده‌ی دیگر انتقال پیدا می‌کند. برای مثال، در خودرو اگر یک محور به چرخ‌ها وصل باشد و محور دیگر به پیشرانه‌ی خودرو، محور متصل به پیشرانه‌، محور محرک و محور متصل به چرخ خودرو محور متحرک نامیده می‌شود.

برای بیان رابطه‌ی گشتاور و سرعت دورانی میان دو چرخ‌دنده‌ی درگیر از رابطه‌ای فیزیکی به نام نسبت انتقال (ضریب دنده) استفاده و به‌صورت N1/N2=T2/T1 بیان می‌شود. در این رابطه N بیانگر سرعت دورانی و T تعداد دندانه‌های چرخ‌دنده است. در مثال بالا، از آن‌جا که سرعت یک چرخ‌دنده سه برابر دیگری است، نسبت انتقال می‌تواند ۳ یا ۱/۳ باشد. اگر محور محرک چرخ‌دنده‌ی کوچک و محور متحرک چرخ‌دنده‌ی بزرگ باشد، نسبت انتقال با تقسیم تعداد دندانه چرخ متحرک (۷۵ دندانه) بر تعداد دندانه‌های چرخ محرک (۲۵ دندانه) به‌دست می‌آید که برابر ۳ خواهد بود و اگر محور محرک چرخ‌دنده‌ی بزرگ و محور متحرک چرخ‌دنده‌ی کوچک باشد، نسبت انتقال ۱/۳ خواهد بود.

فرض کنید در این مکانیزم، چرخ‌دنده‌ی کوچک محرک و چرخ‌دنده‌ی بزرگ متحرک باشد. در این حالت سرعت خروجی (از محور متحرک) نسبت به سرعت ورودی (از محور محرک) کاهش پیدا کرده و مقدار این کاهش سرعت دقیقا ۱/۳ است. یعنی اگر پیشرانه‌ی خودرو به چرخ‌دنده‌ی کوچک و چرخ‌های خودرو به چرخ‌دنده‌ی بزرگ وصل باشد، سرعت چرخ‌های خودرو ۱/۳ سرعت پیشرانه است؛ در این حالت نسبت انتقال نیز برابر عدد ۳ خواهد بود. درواقع، مکانیزم سرعت خروجی را نسبت به سرعت ورودی به میزان ۳ برابر، کاهش داده است.

از سوی دیگر، رابطه‌ی فیزیکی میان گشتاور، سرعت دورانی و قدرت تولیدی پیشرانه به‌صورت P=T×S بیان می‌شود که در آن P قدرت، S سرعت دورانی و T گشتاور است. با ثابت در نظر گرفتن قدرت تولیدی پیشرانه، کاهش سرعت در مثال بالا تمام ماجرا نخواهد بود بلکه، کاهش سه برابری سرعت، با افزایش سه برابری گشتاور همراه خواهد بود؛ یعنی در این مثال اگرچه سرعت خروجی ۱/۳ بود (سه برابر کاهش پیدا کرد) ولی گشتاور خروجی نیز سه برابر شد (سه برابر افزایش پیدا کرد) که این ماهیت کلی نسبت انتقال است.