گیربکس کمکی و نحوه کارکرد آن

ترانسفر کیس که در کشورمان به گیربکس کمکی معروف است، یکی از بخش‌های انتقال نیرو در خودروهای دو دیفرانسیل محسوب می‌شود. انتقال نیرو، یکی از قسمت‌های پلتفرم در هر خودرو است که وظیفه آن، انتقال توان و گشتاور تولید شده در پیشرانه به چرخ‌ها است. این بخش در خودروهای مختلف تا حد زیادی به یک شکل و اساس است و فقط در چندین نوع خلاصه می‌شود. اما در خودروهایی که به صورت چهارچرخ محرک هستند، ترانسفر کیس یا همان گیربکس کمکی نیز وجود دارد تا بتواند گشتاور و توان تولید شده را به همه چرخ‌ها و محورها منتقل کند.

با پیدایش خودروهای دو دیفرانسیل، نیاز به قطعه‌ای در بخش انتقال قدرت بود تا بتوان توان تولیدی از پیشرانه را به غیر از محور محرک اصلی، به محور دوم نیز منتقل کرد. این بخش نیز به صورت یک گیربکس یا همان جعبه دنده دوم طراحی شد تا این هدف محقق شود. این قطعه بعد از گیربکس اصلی قرار دارد و کارکرد آن، جدا از انتقال قدرت به هر چهار چرخ، تغییر در دور خروجی گیربکس و افزایش بیشتر گشتاور خروجی و انتقالی به سمت چرخ‌ها است. گیربکس کمکی در خودروهایی که بیش از یک محور محرک دارند، مثل خودروهای دو دیفرانسیل یا سه دیفرانسیل و خودروهای چهارچرخ دائم وجود دارد.

وضعیت های حرکتی

اکثر گیربکس‌های کمکی دارای چهار وضعیت حرکتی هستند. وضعیت 2H که مختص حرکت در شرایط عادی است و به عنوان دو چرخ سبک شناخته می‌شود. این حالت برای تردد در مسیرهای آسفالت و جاده‌های غیر لغزنده است. وضعیت 4H برای حرکت در مسیرهای خاکی، یخی و یا گل و برف سبک کاربرد دارد که در این حالت، فقط قدرت به محور دوم بدون تغییر در دور و گشتاور منتقل می‌شود. به این حالت، چهار چرخ سبک نیز گفته می‌شود. برای حرکت با بالاترین گشتاور، وضعیت 4L را انتخاب می‌کنیم که با کاهش دور خروجی از گیربکس کمکی، شاهد افزایش گشتاور هستیم. وضعیت چهارچرخ سنگین برای زمانی است که مثل حرکت در مسیرهای پر از گل و برف و یا رمل‌های کویری، به بالاترین کشش و گشتاور نیاز داریم و یا در حین حرکت در سربالایی و سرازیری‌هایی با شیب تند هستیم.
وضعیت‌های گفته شده در بالا برای خودروهای دو دیفرانسیل با سیستم پارت تایم یا گاهی دو دیفرانسیل هستند که درگیری محور دوم، بر اساس خواست و انتخاب راننده است. در خودروهای فول تایم، معمولا فقط وضعیت 4L و 4H را داریم چرا که هر دو محور، دائما درگیر هستند. در خودروهای کراس‌اوور دائم چهار چرخ از نوع AWD، حالت 4L را نداریم که نقطه تمایز خودروهای شاسی بلند واقعی با کراس‌اوورها نیز همین قضیه است. همچنین در برخی از خودروهای شاسی بلند فول‌تایم، در وضعیت‌های 4H و 4L، تقسیم گشتاور با نسبت خاصی بین دو محور انجام می‌شود و برای تقسیم برابر گشتاور بین هر دو محور، وضعیت 4L lock و 4H lock نیز وجود دارد. ضمن اینکه در تمام ترانسفر کیس‌ها، وضعیت خلاص N نیز وجود دارد. در این وضعیت حتی با درگیری دنده‌های گیربکس اصلی، بازهم خودرو حرکتی نخواهد کرد. این حالت بین دو وضعیت 4L و 4H قرار دارد تا نتوان به صورت مستقیم بین این دو حالت تغییر وضعیت داد؛ چرا که منجر به آسیب‌دیدگی گیربکس و موتور می‌شود.

نحوه کارکرد

در ابتدا فرض می‌کنیم که خودرو ما یک خودرو دو دیفرانسیل بوده که محور محرک اصلی آن، محور عقب است. البته که در بسیاری از خودروهای SUV جدید، محور محرک اصلی، محور جلو است و محور عقب به عنوان محور دوم شناخته می‌شود.
همان طور که گفته شد، گیربکس کمک بعد از گیربکس اصلی قرار دارد. گشتاور خروجی از گیربکس اصلی به گیربکس کمکی وارد می‌شود و چرخ دنده ورودی آن را به چرخش در می‌آورد. در حالت حرکت با دو چرخ یا حالت 2H، انتقال قدرت به خروجی محور دوم صورت نمی‌گیرد و فقط گشتاور ورودی به گیربکس کمکی بدون تغییر به سمت محور اصلی که عقب است، از ترانسفر کیس خارج می‌شود. با درگیر کردن محور دوم به صورت 4H یا حرکت با چهار چرخ سبک، دنده‌ای که مخصوص انتقال قدرت به سمت محور جلو است، درگیر شده و انتقال قدرت بدون تغییر در تعداد دور خروجی، انجام می‌شود. وقتی که اهرم حرکتی روی 4L یا حرکت با چهارچرخ به صورت سنگین قرار می‌گیرد، در ورودی گیربکس کمکی، دنده کوچک ورودی با دنده بزرگی که در خروجی قرار دارد، مرتبط می‌شود و در نتیجه شاهد کاهش دور و به دنبال آن، افزایش گشتاور خروجی هستیم.

انواع اهرم دسته دنده

همان طور که گفته شد، گیربکس کمکی نیز مثل جعبه دنده اصلی خودرو، وضعیت‌های مختلف حرکتی دارد و باید به کمک یک دسته دنده، آنها را انتخاب کرد. دسته دنده این گیربکس‌ها در خودروهای قدیمی، اکثرا به صورت اهرمی و مکانیکی است که در کنار دسته دنده اصلی قرار دارد. اما نزدیک به دو دهه است که مدل‌های برقی نیز روی کار آمده‌اند تا راحتی راننده در کار با این بخش، بیشتر باشد. کار با نمونه‌های برقی راحت‌تر است و راننده فقط با چرخش یک دکمه می‌تواند وضعیت‌های مختلف را انتخاب کند اما در مقابل، این سیستم، حساس‌تر بوده و عدم کارکرد صحیح آن در بسیاری از خودروها در برخی از مواقع نیز دیده شده است.

انواع نحوه انتقال قدرت

کارکرد گیربکس کمکی و انتقال قدرت به دو صورت انجام می‌شود. ارتباط دنده‌های داخل این مجموعه یا به صورت دنده و چرخ دنده است و یا با کمک زنجیر انجام می‌شود. گرچه شکل انتقال دنده‌ای کمی خشن‌تر است و درگیر کردن دنده‌ها در خودروهای قدیمی، قلق خود را دارد، اما استهلاک این روش کمتر بوده و خرابی بسیار کمتری نیز دارد.

چگونگی اتصال به گیربکس اصلی

در خودروهایی که طول زیادی ندارند و فاصله محورهای آنها از هم کم است، گیربکس کمکی به شکل مستقیم و بدون واسطه به گیربکس اصلی متصل است به نحوی که یک ساختار کاملا یکپارچه را تشکیل می‌دهند. اما در خودروهایی که فاصله محوری آنها زیاد است، این گیربکس با یک گاردان ( با تلفظ صحیح کاردان) به جعبه دنده اصلی وصل می‌شود. اتصال مستقیم، فضای کمتری را اشغال کرده و استهلاک پایین‌تری نیز دارد اما تعمیر و عیب‌یابی نوع دوم که با واسطه و یک کاردان به گیربکس اصلی متصل است، راحت‌تر خواهد بود. همانطور که گفته شد، اتصال با کاردان، بسیار خاص بوده و در خودروهای سواری چندان دیده نمی‌شود.

انواع روانکاری

در حالی که در گیربکس‌ دستی، باید از واسکازین برای روانکاری گیربکس استفاده کرد، در برخی از گیربکس‌های کمکی باید از روغن هیدرولیک برای انجام این کار استفاده کنید. معمولا گیربکس‌هایی که نحوه انتقال قدرت داخلی آنها به صورت زنجیری است، روانکاری آنها به کمک روغن هیدرولیک است. البته این قانون به صورت همیشگی نیست و ممکن است، جعبه دنده زنجیری برخی از خودروها با واسکازین نیز روانکاری شوند. ضمن اینکه معمولا با افزایش عمر این قطعه، واسکازین نیز جای روغن هیدرولیک را می‌گیرد چرا که معمولا نشتی و لقی در قطعات داخل گیربکس کمکی بیشتر شده و حساسیت این بخش نسبت به گذشته، کمتر می‌شود. گیربکس کمکی در اکثر کراس‌اوورهای AWD با روغن هیدرولیک روانکاری می‌شود.

اتصال PTO

یکی از کاربردهای اولیه خودروهای دو دیفرانسیل، استفاده از آنها در مزارع و دامداری‌ها بود. این خودروها به دلیل امکان حرکت آسان در زمین‌های ناهموار، کارکرد راحت‌تری نسبت به تراکتورها داشتند و از این رو به سرعت از سوی کشاورزان و دامداران مورد استقبال قرار گرفتند.
یکی از قطعاتی که به جعبه دندنه و گیربکس کمکی خودروهای دو دیفرانسیل متصل می‌شود، قطعه‌ای به نام بغل گیربکسی یا Power take-off است که به اختصار PTO گفته می‌شود. این قطعه در واقع خروجی گیربکس است تا بتوان از چرخش محور داخلی گیربکس یا گیربکس کمک، دستگاه‌های جانبی مثل باری کمپرسی، گاو آهن، جرثقیل، انواع پمپ‌های هیدرولیک روغنی و آبی، وینچ‌های مکانیکی و… را به کار انداخت.

سیستم 4WD خودروهای هیبرید و برقی

با افزایش تولید خودروهای هیبریدی و برقی، چهار چرخ محرک کردن آنها نیز ساده‌تر از خودروهای قدیمی بود. چرا که با قرار دادن موتور برقی در محور محرک دوم، می‌توان آنها را به راحتی به صورت دو دیفرانسیل ارائه داد. برخی از خودروهای برقی، در هر محور دارای یک موتور الکتریکی هستند و این قضیه حتی تا نصب یک موتور برای هر چرخ نیز انجام می‌شود. در برخی از خودروهای هیبریدی چهارچرخ نیز، موتور درون‌سوز به یک محور متصل است و موتور برقی نیز به محور دیگر. هرچند که ممکن است در این خودروها نیز به همان شیوه قدیمی، شاهد وجود ترانسفر کیس نیز باشیم.

نویسنده: علیرضا داودی