گیربکس دستی و عملکرد آن

قوای محرکه خودرو شامل اجزای مختلفی می‌شود که یکی از مهم‌ترین آنها سیستم انتقال قدرت است. همانطور که می‌توان حدس زد، این سیستم وظیفه دارد نیروی تولیدی موتور را به چرخ‌ها منتقل کند. اصلی‌ترین عضو این سیستم گیربکس یا همان جعبه دنده است که با کمک چرخ‌دنده‌های متعدد، میزان نیروی ارسالی به چرخ‌ها و سرعت خودرو را تنظیم می‌کند.

امروزه بسیاری از خودروهای جدید با جعبه دنده خودکار راهی بازار می‌شوند. با وجود این، رانندگی با گیربکس دستی لذت بیشتری دارد و افرادی که به اصطلاح ماشین‌بازتر هستند، به سراغ خودروهای مجهز به گیربکس دستی و یا گیربکس خودکار با قابلیت تعویض دنده دستی می‌روند.

گیربکس دستی چیست؟

در گیربکس یا جعبه دنده دستی که در انگلیسی از آن با نام Manual Transmission (به اختصار MT) یاد می‌شود، راننده باید به صورت دستی دنده مناسب را انتخاب کند. این کار از طریق اهرم مخصوصی که معمولاً روی کنسول میانی قرار دارد، انجام می‌شود. در این نوع گیربکس راننده هنگام تعویض دنده باید پدال کلاچ را نگه دارد.

در مدل‌های پیشرفته‌تر و مدرن‌تر، از گیربکس اتوماتیک با قابلیت تعویض دستی استفاده می‌شود. در این نوع گیربکس برای تعویض دستی، راننده باید اهرم را در حالت مربوطه قرار دهد و یا از پدال‌های مخصوص پشت فرمان کمک بگیرد.

تاریخچه جعبه دنده دستی

اولین اتومبیل جهان که توسط کارل بنز (موسس مرسدس بنز) اختراع شد، فاقد گیربکس چند سرعته بود. اما در سال ۱۸۹۱، شرکت فرانسوی پانهارد از اتومبیلی رونمایی کرد که جعبه دنده دستی سه سرعته داشت. این جعبه دنده از نوع غیرهمگام و کشویی بود و چرخ دنده‌ها روی یک شفت جابه‌جا می‌شدند. در جعبه دنده دستی ابداعی پانهارد، راننده برای تعویض دنده باید همزمان پدال گاز و کلاچ را کنترل کرده و در زمان مناسب اقدام به تعویض دنده می‌کرد. این جعبه دنده صدای زیادی ایجاد می‌کرد و گاهی باعث تصادف می‌شد. به همین دلیل، در بین برخی رانندگان به جعبه تصادف معروف شده بود!

در سال ۱۹۲۸ شرکت کادیلاک به اولین شرکتی تبدیل شد که از جعبه دنده دستی همگام در محصولات خود استفاده کرد. این در شرایطی بود که تا دهه ۵۰ میلادی، بیشتر شرکت‌ها خودروهای خود را همچنان با جعبه دنده دستی غیرهمگام تولید می‌کردند.

تا اوایل دهه پنجاه فقط برای تعویض دنده دو به دنده سه از سیستم همگام استفاده می‌شد و اگر راننده می‌خواست از دنده دو به دنده یک بیاید، باید خودرو را به طور کامل متوقف می‌کرد. در سال ۱۹۵۲، پورشه ۳۵۶ اولین اتومبیلی شد که برای همه دنده‌ها از سیستم انتقال قدرت همگام بهره می‌برد.

تا سال‌های پایانی دهه ۷۰ میلادی، گیربکس‌های دستی عمدتاً سه و چهار سرعته بودند. در این بین مدل‌های اسپرتی مثل فراری ۱۶۶ و آلفارومئو ۱۹۰۰ در سیستم انتقال قدرت خود از گیربکس دستی پنج سرعته سود می‌بردند. در دهه ۸۰ میلادی، استفاده از گیربکس‌های پنج سرعته همگام در صنعت خودرو گسترش پیدا کرد.

گیربکس شش سرعته دستی در دهه ۹۰ وارد صنعت خودرو شد. این نوع جعبه دنده ابتدا در آلفارومئو 33 استراداله مورد آزمایش قرار گرفت و با مدل‌هایی مثل بی ام و ۸۵۰ و فراری ۴۵۶ وارد فاز تولید انبوه شد. حدود دو دهه بعد و در سال ۲۰۱۲، پورشه جعبه دنده ۷ سرعته را با مدل محبوب پورشه ۹۱۱ معرفی کرد.

 قطعات گیربکس دستی

گیربکس دستی از قطعات متعددی تشکیل شده است که مهم‌ترین آن‌ها عبارتند از:

کلاچ

پدال کلاچ به راننده این امکان را می‌دهد که ارتباط بین موتور و گیربکس را قطع کند.

صفحه کلاچ

صفحه کلاچ از یک سمت به شفت ورودی گیربکس و از سمت دیگر به فلایویل متصل است. این قطعه شامل سه بخش اصلی بلبرینگ، صفحه و دیسک می‌شود و معمولا به صورت کیت به فروش می‌رسد. وظیفه اصلی این قطعه انتقال قدرت از موتور به گیربکس است.

دوشاخه کلاچ

قطعه‌ای است که با حرکت دادن پدال کلاچ، دیسک کلاچ را به سمت صفحه کلاچ فشار می‌دهد یا از آن جدا می‌کند.

شفت ورودی

قطعه‌ای است که نیروی موتور را از کلاچ به گیربکس منتقل می‌کند. این محور دارای یک دنده ثابت است که با همان سرعت میل لنگ موتور می‌چرخد.

شفت واسط یا محور زیر

قطعه‌ای است که نیرو را از شفت ورودی دریافت و به شفت خروجی منتقل می‌کند. این کار از طریق چرخ دنده‌های متعدد موجود روی شفت انجام می‌گیرد.

شفت خروجی یا محور اصلی

قطعه‌ای است که دارای چندین دنده ثابت است که با دنده‌های محور زیر درگیر می‌شوند. این محور با سرعت متغیر می‌چرخد و نیروی گیربکس را به دیفرانسیل منتقل می‌کند.

یاتاقان

قطعه‌ای است که برای کاهش اصطکاک و حرکت روان شافت‌ها و چرخ دنده‌ها استفاده می‌شود.

دسته دنده

قطعه‌ای است که راننده با استفاده از آن، دنده‌های محور زیر را تغییر می‌دهد.

میل ماهک

این قطعه به دسته دنده وصل است و با حرکت دادن آن، دنده‌های محور زیر جابه‌جا می‌شوند.

ماهک

قطعه‌ای است که روی میل ماهک قرار می‌گیرد و با فشار دادن به دنده‌های محور زیر، آن‌ها را با دنده‌های محور اصلی درگیر می‌کند.

کشویی دنده

قطعه‌ای است که بر روی محور زیر قرار می‌گیرد و با حرکت دادن میل ماهک، روی دنده‌های مختلف می‌لغزد.

دنده برنجی

قطعه‌ای است که روی محور اصلی قرار می‌گیرد و با دنده عقب محور زیر درگیر می‌شود. این دنده برای تغییر جهت حرکت خودرو به کار می‌رود.

نحوه عملکرد گیربکس دستی

وقتی موتور روشن می‌شود، قدرت آن به یک قطعه به نام فلایویل انتقال می‌یابد. فلایویل با دو قطعه دیگر به نام صفحه و دیسک کلاچ در ارتباط است. با چرخش فلایویل، این قطعات نیز می‌چرخند که نتیجه آن چرخش شفت ورودی به گیربکس است. روی شفت ورودی گیربکس، یک چرخ دنده وجود دارد که با یک چرخ دنده روی شفت متحرک گیربکس در تماس است. این باعث می‌شود که شفت متحرک و چرخ دنده‌های روی آن نیز بچرخند.

وقتی خودرو در حالت خلاص است، چرخ دنده‌های شفت متحرک فقط به صورت آزاد می‌چرخند. وقتی می‌خواهیم دنده را درگیر کنیم، باید پدال کلاچ را فشار دهیم تا دیسک و صفحه کلاچ از شفت ورودی گیربکس جدا شوند. سپس با استفاده از دسته دنده، دنده مورد نظر را انتخاب می‌کنیم. بعد از انتخاب دنده، پدال کلاچ را به آرامی رها می‌کنیم و همزمان پدال گاز را می‌فشاریم. در این صورت، چرخ دنده انتخاب شده روی شفت اصلی گیربکس، با یک چرخ دنده روی شفت متحرک گیربکس، همگام می‌شود. این همگامی باعث می‌شود که گشتاور منتقل شده به شفت متحرک، بسته به اندازه چرخ دنده‌ها، کم یا زیاد شود. این گشتاور از طریق شفت خروجی گیربکس، به چرخ‌ها منتقل می‌شود. با چرخش چرخ‌ها، در نهایت خودرو شروع به حرکت می‌کند.

انواع گیربکس دستی

گیربکس دستی در ابتدا ساختار ساده‌تری داشت. اما با پیشرفت تکنولوژی، این نوع گیربکس تنوع بیشتری پیدا کرد و نمونه‌های فعلی از نظر عملکرد با گیربکس‌های قدیمی قابل مقایسه نیستند. به طور کلی گیربکس دستی شامل انواع زیر می‌شود:

گیربکس دوکلاچه

گیربکس دوکلاچه از جدیدترین و پیشرفته‌ترین جعبه‌دنده‌های دستی به شمار می‌رود. همانطور که از نام این گیربکس مشخص است، در آن دو کلاچ تر یا خشک وجود دارد. در این نوع گیربکس، یکی از کلاچ‌ها برای دنده‌های فرد و کلاچ دیگر برای دنده‌های زوج مورد استفاده قرار می‌گیرد. نسخه‌های مدرن‌تر گیربکس دو کلاچه، خودکار هستند و یک کامپیوتر کلاچ و فرایند تعویض دنده را کنترل می‌کند.

گیربکس غیرهمگام

همانطور که در بالا نیز اشاره کردیم، نسخه‌های اولیه از گیربکس دستی، غیرهمگام بودند. این نوع گیربکس ضعف زیادی داشت و هنگام تعویض سر و صدای شدیدی ایجاد می‌کرد. با وجود این، گیربکس غیرهمگام به دلیل استحکام بالا و ساختار مقاوم تا اوایل دهه ۶۰ میلادی در خودروهای باری مورد استفاده قرار گرفت.

گیربکس همگام

گیربکس همگام یا سنکرونیزه یک نوع گیربکس دستی است که در آن سرعت چرخ دنده‌های درگیر قبل از تعویض دنده همگام و هماهنگ می‌شود. این کار باعث می‌شود که تعویض دنده روان‌تر و بدون شوک و صدا انجام شود. گیربکس همگام در بسیاری از خودروهای مدرن استفاده می‌شود.

گیربکس دستیِ نیمه خودکار

این نوع گیربکس که از آن به اختصار با نام AMT نیز یاد می‌شود، ترکیبی از حالت دستی و خودکار است. به عبارت دقیق‌تر، در گیربکس AMT، یک کامپیوتر، کلاچ و فرآیند تعویض را کنترل می‌کند. این نوع گیربکس در خودروهای سنگین نیز کاربرد دارد.

گیربکس پیش انتخابی (Preselector)

گیربکس دستی پیش‌انتخابی یک نوع جعبه دنده دستی است که در آن راننده می‌تواند دنده‌ بعدی را قبل از فشار دادن پدال کلاچ انتخاب کند. این کار باعث می‌شود که تعویض دنده سریع‌تر و آسان‌تر انجام شود. گیربکس دستی پیش‌انتخابی در برخی از خودروهای قدیمی و مسابقه‌ای استفاده می‌شد و شامل مکانیسم مکانیکی، الکتریکی یا هیدرولیکی بود.

دلایل استفاده از جعبه دنده دستی

رانندگی با خودروهای مجهز به گیربکس خودکار بسیار راحت‌تر از مدل‌های دارای گیربکس دستی است. شاید بپرسید با این حساب چرا همه خودروها با گیربکس خودکار تولید نمی‌شوند. در پاسخ باید گفت گیربکس دستی با وجود قدیمی بودن، مزایایی هم دارد که در زیر به طور خلاصه به آنها اشاره می‌کنیم.

قیمت کمتر

جعبه دنده دستی در مقایسه با گیربکس خودکار دارای قطعات کمتری بوده و هزینه تولید و خرید آن کمتر است. در نتیجه خودروهای اقتصادی در کشورهای جهان سوم با این نوع گیربکس به فروش می‌رسند.

هزینه نگهداری کمتر

جعبه دنده دستی نیاز به سرویس و تعمیر کمتری دارد و در صورت بروز خرابی، هزینه رفع آن کمتر است.

مصرف سوخت کمتر

جعبه دنده دستی باعث می‌شود که راننده بتواند سرعت و گشتاور خودرو را بهینه‌تر کنترل کرده و هدررفت نیرو را کاهش دهد. از این رو میزان مصرف انرژی در مدل‌های دستی نسبت به همتایان اتوماتیک اندکی بهتر است. البته با هوشمندتر شدن خودروهای مجهز به گیربکس اتوماتیک، این مشکل به تدریج در حال برطرف شدن است.

کنترل بیشتر و لذت رانندگی بالاتر

جعبه دنده دستی به راننده امکان می‌دهد که هر زمان که بخواهد دنده را تغییر دهد و کنترل بیشتری روی خودرو داشته باشد. به همین خاطر افرادی که به رانندگی علاقه زیادتری دارند، ترجیح می‌دهند از خودروهای مجهز به گیربکس دستی استفاده کنند.

روش استفاده صحیح از گیربکس دنده ای

گیربکس دستی از اجزای متعددی تشکیل شده است. هر گونه بی‌احتیاطی و عدم استفاده درست، می‌تواند به یک یا چند بخش از گیربکس صدمه بزند. به طور کلی در خودروهای دنده دستی نباید کارهای زیر را انجام داد.

نگرفتن پدال کلاچ تا انتها هنگام تعویض دنده

هنگام تعویض دنده، پدال کلاچ را کاملا فشار دهید و بعد از انتخاب دنده، آن را به آرامی رها کنید. این کار باعث می‌شود که چرخ دنده‌ها به آسانی درگیر شوند.

نگه داشتن مداوم پا روی پدال کلاچ حین رانندگی

موقع رانندگی، پای خود را روی پدال کلاچ نگه ندارید. این کار باعث می‌شود که صفحه کلاچ ساییده شود و عمر گیربکس کاهش یابد.

خلاص نکردن و درگیر نگه داشتن دنده هنگام توقف

هنگام توقف طولانی مدت خودرو یا ایستادن در پشت چراغ قرمز، دنده را در حالت خلاص قرار دهید و پدال کلاچ را رها کنید. این کار باعث می‌شود که فشار اضافی به گیربکس وارد نشود.

استفاده از اهرم دنده به عنوان استراحتگاه دست

برخی رانندگان عادت دارند موقع رانندگی از دسته دنده به عنوان محلی برای استراحت دست راست خود استفاده کنند. این کار سبب ایجاد وزن و فشار روی اهرم می‌شود. در گیربکس دستی، اهرم با اجزای داخلی گیربکس ارتباط مکانیکی دارد. در نتیجه فشار دست راننده به این اجزا انتقال پیدا کرده و در بلندمدت می‌تواند زمینه‌ساز خرابی آنها شود.

استفاده از نیم کلاچ به عنوان ترمز در سربالایی

گاهی مشاهده می‌شود که بعضی از رانندگان در سربالایی، به جای خلاص کردن و استفاده از ترمز برای توقف، از نیم کلاچ برای جلوگیری از حرکت رو به عقب خودرو کمک می‌گیرند. این کار بسیار اشتباه است و در صورت انجام مداوم، باعث آسیب جدی به اجزای سیستم انتقال قدرت، از جمله گیربکس و صفحه کلاچ می‌شود.

انتخاب دنده مخالف پیش از توقف کامل

شماری از رانندگان عادت دارند هنگام انجام مانورهایی مثل دور دو فرمان یا حرکت با دنده عقب، پیش از توقف کامل خودرو دنده عقب را درگیر می‌کنند. در این حالت، فشار مضاعفی به دنده برنجی و صفحه کلاچ تحمیل می‌شود و بدیهی است که هر چه دفعات تکرار آن بالاتر باشد، سروکار راننده زودتر به تعمیرگاه خواهد افتاد!

عدم انتخاب دنده مناسب در شرایط مختلف

یک راننده ماهر و زبده می‌داند که در سربالایی یا سرازیری تند باید با چه دنده‌ای حرکت کرد. چنانچه هنگام رانندگی در شیب‌های تند، راننده دنده مناسبی را انتخاب نکند، اجزایی مثل موتور و گیربکس بسیار تحت فشار قرار می‌گیرند. اگر این امر به یک اتفاق معمول تبدیل شود و راننده نداند که کدام دنده مناسب مسیر پیش رو است، احتمال خرابی موتور و گیربکس خیلی بالا خواهد رفت.

حرکت ناگهانی از حالت سکون و نیم‌ کلاچ با دور موتور بالا

کم نیستند افرادی که به شتاب‌گیری‌های سریع و شنیدن جیغ لاستیک‌ها حین شروع حرکت علاقه وافری دارند. لازمه این کار افزایش دور موتور و گشتاور تولیدی و سپس رها کردن ناگهانی پدال کلاچ است. هر چند این کار موجبات ترشح آدرنالین بیشتری را فراهم می‌کند، اما به دلیل ایجاد فشار بالا روی مجموعه سیستم انتقال قدرت، مخصوصا گیربکس، می‌تواند باعث خرابی و تحمیل هزینه‌های گزاف شود.

تبدیل گیربکس دستی به اتوماتیک

شاید سهولت در رانندگی شهری، شما را به این فکر بیندازد که گیربکس دستی ماشین خود را به گیربکس اتوماتیک تبدیل کنید. برای این کار باید گیربکس دستی با نمونه اتوماتیک تعویض شود، فرآیندی که البته پیچیدگی‌های زیادی دارد و به این راحتی‌ها نیست.

نصب گیربکس اتوماتیک بیشتر برای خودروهایی منطقی است که مدل خودکار آنها در بازار وجود دارد. اگر بتوانید با وجود سختی‌های زیاد، گیربکس کارخانه‌ای و یا به اصطلاح فابریک را تهیه کنید، در این شرایط می‌توانید با اطمینان بیشتری نسبت به تعویض گیربکس اقدام کنید. در غیر این صورت باید به سراغ گیربکس‌های غیر فابریک بروید که اکثر آنها قدیمی و کارکرده هستند. این نوع گیربکس‌ها معمولاً پس از تعویض دردسرهایی را برای مالک ایجاد می‌کنند. به طور کلی راهکار بهتر و مطمئن‌تر استفاده از کلاچ برقی است. در این روش با حذف پدال کلاچ، یک دکمه روی دنده نصب می‌شود و هنگام تعویض دنده، راننده به جای پدال، آن را فشار می‌دهد. این روش هزینه بسیار پایین‌تری دارد.

اما در کل باید گفت تبدیل گیربکس دستی به اتوماتیک مزایایی دارد که اصلی‌ترین آنها عبارتند از تمرکز بالا، رانندگی راحت‌تر و فشار کمتر به راننده در ترافیک. در مقابل این کار با معایبی هم همراه است که عبارتند از ناهماهنگی احتمالی موتور و گیربکس، افزایش مصرف سوخت، افزایش استهلاک، شنیده شدن صداهای بعضا غیرعادی و تحمیل هزینه سنگین در صورت خرابی گیربکس.

گیربکس دنده ای برای ماشین های برقی

بیشتر خودروهای برقی دارای سیستم انتقال قدرت تک سرعته هستند و به جعبه دنده چند سرعته نیاز ندارند. دلیل این امر این است که موتورهای الکتریکی برخلاف موتورهای درون‌سوز، در محدوده بزرگی از دور موتور، بیشینه قدرت و گشتاور خود را تولید می‌کنند؛ ضمن اینکه موتورهای برقی می‌توانند به دور ۲۰ هزار برسند که در مقایسه با موتورهای درون‌سوز عمومی، تقریباً سه برابر است. این دو ویژگی باعث می‌شود در خودروهای برقی امکان دستیابی به سرعت‌های بالا با ضریبی ثابت وجود داشته باشد. در نتیجه، وجود گیربکس مخصوصا از نوع چند سرعته دستی، در مدل‌های برقی الزامی نیست. البته در برخی از خودروهای برقی پیشرفته و گران‌قیمت، مثل پورشه تایکان، به منظور بهبود عملکرد و شبیه‌سازی حس تعویض دنده، شاهد استفاده از گیربکس دو سرعته هستیم.

نتیجه گیری

طبق آخرین آمار، تنها ۱.۷ درصد از خودروهای جدید فروخته‌شده در آمریکا دارای گیربکس دستی هستند. آمار مربوط به نیمه نخست امسال نشان می‌دهد سهم خودروهای دارای گیربکس دستی در اروپا، به ۳۲ درصد کاهش پیدا کرده که کمترین میزان در تاریخ این قاره است. در چین نیز که بزرگ‌ترین بازار خودرویی دنیا محسوب می‌شود، بیش از ۹۵ درصد از خودروهای صفر کیلومتر فروخته‌شده در سال گذشته به گیربکس اتوماتیک مجهز بوده‌‌اند.

نگاهی به وضعیت این سه بازار بزرگ ثابت می‌کند که گیربکس‌های دستی رو به مرگ هستند و در آینده نه چندان دور به طور کامل از چرخه حذف خواهند شد. این امر با برقی‌ شدن خودروها شتاب بیشتری به خود گرفته، زیرا همانطور که در بالا نیز اشاره کردیم، این خودروها اساساً نیازی به گیربکس ندارند، چه برسد به گیربکس دستی.

نویسنده: سعید علیپور