نقد و بررسی ام وی ام X33 و تعمیر گیربکس آن

وقتی یک جعبه دنده اتوماتیک را جدا می کنید و به داخل آن نگاه می کنید، مجموعه عظیمی از قطعات را در یک فضای نسبتا کوچک پیدا می کنید. از جمله می بینید:

مرکز توجه چرخ دنده سیاره ای است. تقریباً به اندازه یک طالبی، این یک قسمت تمام نسبت‌های مختلف دنده‌ای را ایجاد می‌کند که گیربکس می‌تواند تولید کند. هر چیز دیگری در جعبه دنده وجود دارد تا به مجموعه دنده سیاره ای کمک کند تا کار خود را انجام دهد. این قطعه دنده شگفت انگیز قبلا در HowStuffWorks  ظاهر شده است. یک گیربکس اتوماتیک شامل دو چرخ دنده کامل سیاره ای است که با هم در یک جزء جمع شده اند. برای آشنایی با چرخ دنده های سیاره ای، نحوه عملکرد نسبت دنده را ببینید .

هر چرخ دنده سیاره ای دارای سه جزء اصلی است:

هر یک از این سه جزء می تواند ورودی، خروجی یا ثابت نگه داشته شود. انتخاب قطعه ای که کدام نقش را ایفا می کند، نسبت دنده را برای مجموعه دنده تعیین می کند. بیایید نگاهی به یک چرخ دنده سیاره ای بیاندازیم.

یکی از چرخ دنده های سیاره ای انتقال ما دارای یک چرخ دنده حلقه ای با 72 دندانه و یک چرخ دنده خورشیدی با 30 دندانه است. ما می توانیم تعداد زیادی نسبت دنده های مختلف را از این گیربکس بدست آوریم.

همچنین، قفل کردن هر دو از سه جزء با هم، کل دستگاه را با کاهش دنده 1:1 قفل می کند. توجه داشته باشید که اولین نسبت دنده ذکر شده در بالا یک کاهش است . سرعت خروجی کمتر از سرعت ورودی است. دومی overdrive است . سرعت خروجی سریعتر از سرعت ورودی است. آخرین مورد دوباره کاهش است، اما جهت خروجی معکوس است. چندین نسبت دیگر وجود دارد که می توان از این مجموعه دنده سیاره ای خارج کرد، اما این ها نسبت هایی هستند که به گیربکس اتوماتیک ما مربوط می شوند. 

این گیربکس اتوماتیک از مجموعه ای از چرخ دنده ها به نام مجموعه دنده سیاره ای ترکیبی استفاده می کند که شبیه یک مجموعه دنده سیاره ای منفرد است اما در واقع مانند دو دنده سیاره ای ترکیب شده عمل می کند. این یک چرخ دنده حلقه ای دارد که همیشه خروجی گیربکس است، اما دارای دو چرخ دنده خورشیدی و دو مجموعه سیاره است.

بیایید به برخی از قسمت ها نگاه کنیم:

شکل زیر سیارات حامل سیاره را نشان می دهد. توجه کنید که چگونه سیاره سمت راست پایین تر از سیاره سمت چپ قرار دارد. سیاره سمت راست چرخ دنده حلقه را درگیر نمی کند - سیاره دیگر را درگیر می کند. فقط سیاره سمت چپ چرخ دنده حلقه را درگیر می کند.

در ادامه می توانید داخل سیاره حامل را ببینید. دنده‌های کوتاه‌تر فقط توسط دنده‌های خورشیدی کوچک‌تر درگیر می‌شوند. سیارات طولانی تر توسط چرخ دنده خورشیدی بزرگتر و سیارات کوچکتر درگیر می شوند.

انیمیشن زیر نشان می دهد که چگونه همه قسمت ها در یک انتقال وصل شده اند.

اهرم دنده را حرکت دهید تا ببینید نیرو از طریق گیربکس چگونه منتقل می شود.

در دنده اول، چرخ دنده خورشیدی کوچکتر در جهت عقربه های ساعت توسط توربین موجود در مبدل گشتاور رانده می شود . حامل سیاره ای سعی می کند در خلاف جهت عقربه های ساعت بچرخد، اما توسط کلاچ یک طرفه (که فقط به چرخش در جهت عقربه های ساعت اجازه می دهد) ثابت نگه داشته می شود و چرخ دنده حلقه خروجی را می چرخاند. دنده کوچک 30 دندانه و چرخ دنده 72 دندانه دارد، بنابراین نسبت دنده برابر است با:

نسبت = -R/S = - 72/30 = -2.4:1

بنابراین چرخش منفی 2.4:1 است، به این معنی که جهت خروجی مخالف جهت ورودی خواهد بود. اما جهت خروجی در واقع همان جهت ورودی است -- اینجاست که ترفند با دو مجموعه سیاره وارد می شود. مجموعه اول سیارات با مجموعه دوم درگیر می شود و مجموعه دوم چرخ دنده حلقه را می چرخاند. این ترکیب جهت را معکوس می کند. می توانید ببینید که این امر باعث می شود چرخ دنده خورشیدی بزرگتر بچرخد. اما چون کلاچ آزاد می شود، دنده خورشیدی بزرگتر آزاد است که در جهت مخالف توربین بچرخد (در خلاف جهت عقربه های ساعت).

اهرم دنده را حرکت دهید تا ببینید نیرو از طریق گیربکس چگونه منتقل می شود.

این گیربکس برای به دست آوردن نسبت مورد نیاز برای دنده دوم، کاری واقعاً منظم انجام می دهد. مانند دو چرخ دنده سیاره ای عمل می کند که با یک سیاره حامل مشترک به یکدیگر متصل شده اند.

اولین مرحله حامل سیاره در واقع از چرخ دنده خورشیدی بزرگتر به عنوان چرخ دنده استفاده می کند. بنابراین مرحله اول شامل خورشید (دنده خورشیدی کوچکتر)، حامل سیاره و حلقه (دنده خورشیدی بزرگتر) است.

ورودی دنده خورشیدی کوچک است. چرخ دنده حلقه ای (دنده خورشیدی بزرگ) توسط باند ثابت نگه داشته می شود و خروجی حامل سیاره است. برای این مرحله، با خورشید به عنوان ورودی، حامل سیاره به عنوان خروجی، و چرخ دنده حلقه ثابت، فرمول به شرح زیر است:

1 + R/S = 1 + 36/30 = 2.2:1

حامل سیاره برای هر چرخش چرخ دنده کوچک خورشیدی 2.2 بار می چرخد. در مرحله دوم، حامل سیاره به عنوان ورودی برای دومین مجموعه دنده سیاره ای عمل می کند، چرخ دنده خورشیدی بزرگتر (که ثابت نگه داشته می شود) به عنوان خورشید عمل می کند، و چرخ دنده حلقه ای به عنوان خروجی عمل می کند، بنابراین نسبت دنده برابر است با:

1 / (1 + S/R) = 1 / (1 + 36/72) = 0.67:1

برای به دست آوردن کاهش کلی برای دنده دوم، مرحله اول را در مرحله دوم ضرب می کنیم، 2.2 x 0.67، تا کاهش 1.47:1 به دست آید. ممکن است عجیب به نظر برسد، اما اگر ویدیو را تماشا کنید، ایده ای از نحوه عملکرد آن خواهید داشت.

اهرم دنده را حرکت دهید تا ببینید نیرو از طریق گیربکس چگونه منتقل می شود.

اکثر گیربکس های اتوماتیک دارای نسبت 1:1 در دنده سوم هستند. از بخش قبل به یاد خواهید آورد که تنها کاری که ما برای بدست آوردن خروجی 1:1 باید انجام دهیم این است که هر دو از سه قسمت چرخ دنده سیاره ای را با هم قفل کنیم. با چیدمان در این گیربکس، حتی ساده تر است - تنها کاری که باید انجام دهیم این است که کلاچ هایی را درگیر کنیم که هر یک از چرخ دنده های خورشیدی را به توربین قفل می کنند.

اگر هر دو چرخ دنده خورشیدی در یک جهت بچرخند، سیاره دنده قفل می شود زیرا آنها فقط می توانند در جهت مخالف بچرخند. این چرخ دنده حلقه را به سیارات قفل می کند و باعث می شود همه چیز به عنوان یک واحد بچرخد و نسبت 1:1 تولید کند.

اهرم دنده را حرکت دهید تا ببینید نیرو از طریق گیربکس چگونه منتقل می شود.

طبق تعریف، یک Overdrive سرعت خروجی بیشتری نسبت به سرعت ورودی دارد. این افزایش سرعت است - برعکس کاهش. در این انتقال، درگیر کردن اوردایو دو کار را همزمان انجام می دهد. اگر مبدل‌های گشتاور چگونه کار می‌کنند را بخوانید ، در مورد مبدل‌های گشتاور قفلی اطلاعاتی کسب کرده‌اید. به منظور بهبود راندمان، برخی از خودروها مکانیزمی دارند که مبدل گشتاور را قفل می کند تا خروجی موتور مستقیماً به گیربکس برود.

در این گیربکس، هنگامی که اوردرایو درگیر می شود، شفتی که به محفظه مبدل گشتاور (که به فلایویل موتور پیچ شده است) متصل است، توسط کلاچ به حامل سیاره متصل می شود. چرخ‌دنده‌های خورشیدی کوچک به‌چرخ‌های آزاد می‌چرخند، و چرخ‌دنده خورشیدی بزرگ‌تر توسط باند اوردایو نگه‌داری می‌شود. هیچ چیز به توربین متصل نیست. تنها ورودی از محفظه مبدل می آید. بیایید دوباره به نمودار خود برگردیم، این بار با حامل سیاره برای ورودی، دنده خورشیدی ثابت و چرخ دنده حلقه برای خروجی.

نسبت = 1 / (1 + S/R) = 1 / ( 1 + 36/72) = 0.67:1

بنابراین خروجی به ازای هر دو سوم چرخش موتور یک بار می چرخد. اگر موتور با 2000 دور در دقیقه بچرخد، سرعت خروجی 3000 RPM است. این به خودروها اجازه می دهد تا با سرعت آزادراه رانندگی کنند در حالی که سرعت موتور خوب و آهسته می ماند.

اهرم دنده را حرکت دهید تا ببینید نیرو از طریق گیربکس چگونه منتقل می شود.

دنده عقب بسیار شبیه به دنده یک است، با این تفاوت که به جای اینکه دنده خورشیدی کوچک توسط توربین مبدل گشتاور به حرکت درآید، دنده خورشیدی بزرگتر به حرکت در می آید و چرخ دنده کوچک در جهت مخالف می چرخد. حامل سیاره توسط نوار معکوس به محفظه نگه داشته می شود. بنابراین، با توجه به معادلات ما از صفحه آخر، داریم:

بنابراین نسبت معکوس در این گیربکس کمی کمتر از دنده اول است.

نسبت دنده

این گیربکس دارای چهار دنده جلو و یک دنده عقب است. بیایید ضرایب دنده، ورودی و خروجی را خلاصه کنیم:

در بخش آخر، نحوه ایجاد هر یک از نسبت‌های دنده توسط گیربکس را مورد بحث قرار دادیم. به عنوان مثال، وقتی در مورد Overdrive بحث کردیم، گفتیم:

در این گیربکس، هنگامی که اوردرایو درگیر می شود، شفتی که به محفظه مبدل گشتاور (که به فلایویل موتور پیچ شده است) متصل است، توسط کلاچ به حامل سیاره متصل می شود. چرخ‌دنده‌های خورشیدی کوچک به‌چرخ‌های آزاد می‌چرخند، و چرخ‌دنده خورشیدی بزرگ‌تر توسط باند اوردایو نگه‌داری می‌شود. هیچ چیز به توربین متصل نیست. تنها ورودی از محفظه مبدل می آید.

برای وارد کردن گیربکس به اوردرایو، بسیاری از چیزها باید توسط کلاچ ها و باندها متصل و جدا شوند. حامل سیاره توسط یک کلاچ به محفظه مبدل گشتاور متصل می شود. خورشید کوچک توسط یک کلاچ از توربین جدا می شود تا بتواند به چرخ آزاد تبدیل شود. چرخ دنده خورشیدی بزرگ توسط یک باند به محفظه نگه داشته می شود تا نتواند بچرخد. هر تعویض دنده باعث ایجاد یک سری اتفاقات مانند این می شود که با کلاچ ها و باندهای مختلف درگیر و جدا می شوند. بیایید نگاهی به یک گروه بیاندازیم.

باندها

در این انتقال دو باند وجود دارد. باندهای یک گیربکس، به معنای واقعی کلمه، نوارهای فولادی هستند که دور بخش هایی از قطار دنده پیچیده شده و به محفظه متصل می شوند. آنها توسط سیلندرهای هیدرولیک داخل جعبه گیربکس فعال می شوند.

در شکل بالا یکی از باندهای محفظه جعبه دنده را مشاهده می کنید. قطار دنده برداشته می شود. میله فلزی به پیستون متصل است که باند را فعال می کند.

در بالا می توانید دو پیستون را ببینید که باندها را فعال می کنند. فشار هیدرولیک که توسط مجموعه‌ای از سوپاپ‌ها به داخل سیلندر وارد می‌شود، باعث می‌شود پیستون‌ها روی باندها فشار بیاورند و آن قسمت از قطار دنده را به محفظه قفل کنند.

کلاچ های گیربکس کمی پیچیده تر هستند. در این جعبه دنده چهار کلاچ وجود دارد. هر کلاچ توسط مایع هیدرولیک تحت فشار که وارد پیستونی در داخل کلاچ می شود فعال می شود. فنرها اطمینان حاصل می کنند که وقتی فشار کاهش می یابد کلاچ آزاد می شود. در زیر پیستون و درام کلاچ را مشاهده می کنید. به مهر و موم لاستیکی روی پیستون توجه کنید -- این یکی از قطعاتی است که با بازسازی گیربکس شما تعویض می شود.

شکل بعدی لایه های متناوب مواد اصطکاک کلاچ و صفحات فولادی را نشان می دهد. مواد اصطکاک در داخل تابیده شده است، جایی که به یکی از چرخ دنده ها قفل می شود. ورق فولادی در قسمت بیرونی شیاردار است، جایی که به محفظه کلاچ قفل می شود. این صفحات کلاچ نیز در صورت بازسازی گیربکس تعویض می شوند.

فشار برای کلاچ ها از طریق گذرگاه ها در شفت ها تغذیه می شود. سیستم هیدرولیک کنترل می کند که کدام کلاچ ها و باندها در هر لحظه فعال شوند.

ممکن است قفل کردن جعبه دنده و جلوگیری از چرخش آن کار ساده ای به نظر برسد، اما در واقع الزامات پیچیده ای برای این مکانیسم وجود دارد. ابتدا باید بتوانید وقتی ماشین روی تپه قرار دارد آن را جدا کنید (وزن ماشین روی مکانیسم قرار دارد). دوم، شما باید بتوانید مکانیسم را درگیر کنید، حتی اگر اهرم با دنده هماهنگ نباشد. سوم، پس از درگیر شدن، چیزی باید از بالا آمدن و جدا شدن اهرم جلوگیری کند.

مکانیزمی که همه این کارها را انجام می دهد بسیار منظم است. ابتدا به برخی از قسمت ها نگاه می کنیم.

مکانیزم ترمز دستی دندان های خروجی را درگیر می کند تا خودرو را ثابت نگه دارد. این بخشی از گیربکس است که به محور محرک متصل می شود - بنابراین اگر این قسمت نتواند بچرخد، ماشین نمی تواند حرکت کند.

در بالا مکانیسم پارک را می بینید که به داخل محفظه ای که دنده ها در آن قرار دارند بیرون زده است. توجه کنید که کناره های آن مخروطی است. این به باز کردن ترمز دستی هنگامی که روی یک تپه پارک می‌کنید کمک می‌کند - نیروی ناشی از وزن خودرو به بیرون راندن مکانیزم پارک به دلیل زاویه مخروطی کمک می‌کند.

هنگامی که اهرم تعویض دنده در پارک قرار می گیرد، میله فنر را به بوش مخروطی کوچک فشار می دهد. اگر مکانیزم پارک طوری ردیف شود که بتواند در یکی از شکاف‌های قسمت دنده خروجی بیفتد، بوش مخروطی مکانیسم را به سمت پایین فشار می‌دهد. اگر مکانیزم روی یکی از نقاط بلند خروجی ردیف شود، فنر روی بوش مخروطی فشار می آورد، اما اهرم در جای خود قفل نمی شود تا زمانی که ماشین کمی غلت بخورد و دندانه ها به درستی ردیف شوند. به همین دلیل است که گاهی اوقات ماشین شما پس از پارک کردن و رها کردن پدال ترمز کمی حرکت می کند - باید کمی بچرخد تا دندان ها تا جایی که مکانیزم پارک می تواند در جای خود بیفتد، قرار بگیرد.

هنگامی که خودرو به طور ایمن در پارک است، بوش اهرم را پایین نگه می دارد تا اگر روی تپه باشد، خودرو از پارک خارج نشود.

هیدرولیک

گیربکس اتوماتیک در ماشین شما باید وظایف متعددی را انجام دهد. ممکن است متوجه نشوید که چند روش مختلف کار می کند. به عنوان مثال، در اینجا برخی از ویژگی های گیربکس اتوماتیک آورده شده است:

احتمالاً قبلاً چیزی شبیه به این دیده اید. این واقعاً مغز گیربکس اتوماتیک است که همه این عملکردها و موارد دیگر را مدیریت می کند. گذرگاه هایی که می توانید سیال را به تمام اجزای مختلف در گیربکس هدایت کنید. گذرگاه های قالب گیری شده در فلز یک راه کارآمد برای هدایت سیال است. بدون آنها، شیلنگ های زیادی برای اتصال بخش های مختلف گیربکس مورد نیاز است. ابتدا، اجزای کلیدی سیستم هیدرولیک را مورد بحث قرار خواهیم داد. سپس خواهیم دید که آنها چگونه با هم کار می کنند.

گیربکس های اتوماتیک یک پمپ منظم دارند که به آن پمپ دنده ای می گویند . پمپ معمولاً در پوشش جعبه دنده قرار دارد. این سیال را از یک سامپ در پایین گیربکس می کشد و آن را به سیستم هیدرولیک می رساند. همچنین خنک کننده گیربکس و مبدل گشتاور را تغذیه می کند .

چرخ دنده داخلی پمپ به محفظه مبدل گشتاور متصل می شود، بنابراین با همان سرعت موتور می چرخد. چرخ دنده بیرونی توسط چرخ دنده داخلی چرخانده می شود و با چرخش چرخ دنده ها، مایع از یک طرف هلال خارج شده و از طرف دیگر به سیستم هیدرولیک خارج می شود.

فرماندار

گاورنر یک سوپاپ هوشمند است که سرعت حرکت خودرو را به گیربکس می گوید. به خروجی متصل است، بنابراین هرچه ماشین سریعتر حرکت کند، گاورنر سریعتر می چرخد. در داخل گاورنر یک شیر فنری وجود دارد که متناسب با سرعت چرخش گاورنر باز می شود -- هر چه گاورنر سریعتر بچرخد، شیر بیشتر باز می شود. سیال پمپ از طریق شفت خروجی به گاورنر وارد می شود.

هرچه ماشین سریعتر حرکت کند، سوپاپ گاورنر بیشتر باز می شود و فشار سیالی که از آن عبور می کند بیشتر می شود.

برای تعویض صحیح دنده، گیربکس اتوماتیک باید بداند که موتور چقدر کار می کند. دو روش مختلف برای انجام این کار وجود دارد. برخی از خودروها یک اتصال کابل ساده دارند که به یک دریچه گاز در گیربکس متصل است. هرچه پدال گاز بیشتر فشار داده شود، فشار بیشتری به دریچه گاز وارد می شود. سایر خودروها از تعدیل کننده خلاء برای اعمال فشار به دریچه گاز استفاده می کنند. مدولاتور فشار منیفولد را حس می کند که وقتی موتور تحت بار بیشتری قرار می گیرد، افزایش می یابد.

سوپاپ دستی همان چیزی است که اهرم تعویض دنده به آن متصل می شود. بسته به اینکه کدام چرخ دنده انتخاب شده است، شیر دستی مدارهای هیدرولیکی را تغذیه می کند که چرخ دنده های خاصی را مهار می کند. به عنوان مثال، اگر اهرم دنده در دنده سوم باشد، مداری را تغذیه می کند که از درگیر شدن اوردرایو جلوگیری می کند.

شیرهای تعویض فشار هیدرولیک را به کلاچ ها و باندها برای درگیر شدن هر دنده تامین می کنند. بدنه سوپاپ گیربکس شامل چندین شیر تعویض است. شیر تعویض زمان تعویض دنده به دنده دیگر را تعیین می کند. به عنوان مثال، سوپاپ 1 تا 2 شیفت زمان تعویض دنده اول به دوم را تعیین می کند. شیر تعویض با سیال از گاورنر در یک طرف و شیر گاز از طرف دیگر تحت فشار قرار می گیرد. آنها با سیال توسط پمپ تامین می شوند و آن سیال را به یکی از دو مدار هدایت می کنند تا کنترل کنند که ماشین با کدام دنده کار کند.

اگر خودرو به سرعت شتاب بگیرد، سوپاپ تعویض دنده را به تاخیر می اندازد. اگر خودرو به آرامی شتاب بگیرد، تعویض دنده با سرعت کمتری انجام می شود. بیایید بحث کنیم که وقتی ماشین به آرامی شتاب می گیرد چه اتفاقی می افتد.

با افزایش سرعت خودرو، فشار گاورنر افزایش می یابد. این باعث می شود که سوپاپ تعویض دنده به حالت اول برود تا مدار دنده اول بسته شود و مدار دنده دوم باز شود. از آنجایی که خودرو با دریچه گاز سبک شتاب می گیرد، سوپاپ دریچه گاز فشار زیادی به سوپاپ دنده وارد نمی کند.

هنگامی که خودرو به سرعت شتاب می گیرد، سوپاپ دریچه گاز فشار بیشتری را بر روی سوپاپ تعویض اعمال می کند. این بدان معناست که فشار گاورنر باید بیشتر باشد (و در نتیجه سرعت خودرو باید سریعتر باشد) قبل از اینکه سوپاپ تعویض دنده به اندازه کافی حرکت کند تا دنده دوم را درگیر کند.

هر شیر تعویض به محدوده فشار خاصی پاسخ می دهد. بنابراین وقتی ماشین سریع‌تر حرکت می‌کند، شیر دنده 2 به 3 کنترل می‌شود، زیرا فشار گاورنر به اندازه‌ای زیاد است که آن سوپاپ را فعال کند.

گیربکس‌های کنترل‌شده الکترونیکی، که در برخی خودروهای جدید ظاهر می‌شوند، هنوز از هیدرولیک برای فعال کردن کلاچ‌ها و باندها استفاده می‌کنند، اما هر مدار هیدرولیک توسط یک شیر برقی کنترل می‌شود . این امر لوله کشی روی گیربکس را ساده می کند و امکان طرح های کنترل پیشرفته تری را فراهم می کند.

در بخش آخر ما برخی از استراتژی های کنترلی را دیدیم که گیربکس های کنترل شده مکانیکی استفاده می کنند. گیربکس های کنترل شده الکترونیکی حتی طرح های کنترل دقیق تری دارند. علاوه بر نظارت بر سرعت خودرو و موقعیت دریچه گاز، کنترل کننده گیربکس می تواند سرعت موتور را در صورت فشار دادن پدال ترمز و حتی سیستم ترمز ضد قفل را کنترل کند .

با استفاده از این اطلاعات و یک استراتژی کنترل پیشرفته مبتنی بر منطق فازی - روشی برای برنامه‌ریزی سیستم‌های کنترل با استفاده از استدلال نوع انسانی - انتقال‌های کنترل شده الکترونیکی می‌توانند کارهایی مانند:

بیایید در مورد آخرین ویژگی صحبت کنیم - جلوگیری از افزایش دنده هنگام رفتن به پیچ در یک جاده پر پیچ و خم. فرض کنید در یک جاده کوهستانی سربالایی و پر پیچ و خم رانندگی می کنید. هنگامی که در بخش‌های مستقیم جاده رانندگی می‌کنید، گیربکس به دنده دوم تغییر می‌کند تا به شما شتاب کافی و قدرت بالا رفتن از تپه را بدهد. وقتی به منحنی می رسید، سرعت خود را کاهش می دهید، پای خود را از روی پدال گاز بردارید و احتمالاً ترمز را فشار می دهید. هنگامی که پای خود را از روی گاز بردارید، اکثر گیربکس ها به دنده سوم یا حتی درایو زیاد می شوند. سپس هنگامی که از منحنی شتاب بگیرید، آنها دوباره به سمت پایین شیفت می روند. اما اگر با یک ماشین دنده دستی رانندگی می‌کردید، احتمالاً ماشین را تمام مدت با همان دنده رها می‌کردید.