تست درایو تاریخچه گیربکس های خودرو - قسمت 1
تست درایو

تست درایو تاریخچه گیربکس های خودرو - قسمت 1

تست درایو تاریخچه گیربکس های خودرو - قسمت 1

در مجموعه‌ای از مقالات، تاریخچه گیربکس‌ها برای خودروها و کامیون‌ها را به شما خواهیم گفت - شاید به عنوان اشاره ای به مناسبت هفتاد و پنجمین سالگرد ایجاد اولین گیربکس اتوماتیک.

1993 در طول تست قبل از مسابقه در سیلورستون، راننده آزمایشی ویلیامز، دیوید کولتارد، مسیر را برای آزمایش بعدی در ویلیامز FW 15C جدید ترک کرد. روی پیاده‌روی خیس، ماشین به همه جا می‌پاشد، اما هنوز هم همه می‌توانند صدای عجیب و غریب یکنواخت سرعت بالای یک موتور ده سیلندر را بشنوند. بدیهی است که فرانک ویلیام از نوع دیگری از انتقال استفاده می کند. برای روشنفکران روشن است که این چیزی نیست جز یک گیربکس متغیر پیوسته که برای رفع نیازهای موتور فرمول 1 طراحی شده است. بعدها مشخص شد که با کمک متخصصان همه جا حاضر Van Doorn ساخته شده است. انتقال عفونت این دو شرکت در حال توطئه در چهار سال گذشته منابع مهندسی و مالی عظیمی را برای ایجاد یک نمونه اولیه کاملاً کاربردی که می تواند قوانین پویایی در ملکه ورزش را بازنویسی کند، در این پروژه ریخته اند. در ویدیوی یوتیوب امروز می توانید آزمایش های این مدل را ببینید و خود کولتارد ادعا می کند که کار او را دوست دارد - به خصوص در گوشه ای که نیازی به اتلاف وقت برای جابجایی دنده نیست - همه چیز توسط وسایل الکترونیکی مراقبت می شود. متأسفانه همه کسانی که روی این پروژه کار کردند ثمره زحمات خود را از دست دادند. قانونگذاران به سرعت استفاده از چنین پاس‌هایی را در فرمول ممنوع کردند، ظاهراً به دلیل "مزیت ناعادلانه". قوانین تغییر کردند و گیربکس های CVT یا CVT تسمه V تنها با این ظاهر مختصر سابقه داشتند. پرونده بسته شده است و ویلیامز باید به گیربکس های نیمه اتوماتیک بازگردد که هنوز در فرمول 1 استاندارد هستند و به نوبه خود انقلابی در اواخر دهه 80 شد. به هر حال ، در سال 1965 ، DAF با گیربکس Variomatic تلاش کرد تا وارد پیست اتومبیلرانی شود ، اما در آن زمان مکانیزم آنقدر عظیم بود که حتی بدون دخالت عوامل ذهنی محکوم به شکست بود. ولی اون یک ماجرای دیگه است.

ما بارها و بارها نمونه هایی را ذکر کرده ایم که نشان می دهد چقدر نوآوری در صنعت خودروسازی مدرن نتیجه ایده های قدیمی است که در سر افراد بسیار با استعداد و باهوش متولد شده است. گیربکس ها به دلیل ماهیت مکانیکی خود یکی از نمونه های بارز نحوه استفاده از آنها در زمان مناسب هستند. امروزه ، ترکیب مواد پیشرفته و فرایندهای تولید و دولت الکترونیکی ، فرصت راه حل های فوق العاده م effectiveثر در همه انواع انتقال را ایجاد کرده است. گرایش به مصرف کمتر از یک سو و ویژگی موتورهای جدید با ابعاد کاهش یافته (به عنوان مثال ، نیاز به غلبه بر سوراخ توربو) نیاز به ایجاد گیربکس های اتوماتیک با طیف وسیع تری از نسبت دنده ها و بر این اساس ، تعداد زیادی چرخ دنده جایگزین های مقرون به صرفه آنها CVT برای خودروهای کوچک است که اغلب توسط خودروسازان ژاپنی استفاده می شود و گیربکس های دستی اتوماتیک مانند Easytronic. اوپل (همچنین برای خودروهای کوچک). مکانیسم های سیستمهای ترکیبی موازی خاص هستند و به عنوان بخشی از تلاشهای کاهش انتشار ، الکتریکی سازی محرک در انتقال نیروها واقعاً اتفاق می افتد.

یک موتور بدون گیربکس نمی تواند کار کند

تا به امروز ، بشر روش کارآمدتری برای انتقال مستقیم انرژی مکانیکی (غیر از مکانیسم های هیدرولیکی و سیستم های الکتریکی ترکیبی) کارآمدتر از روش های استفاده از کمربند ، زنجیر و چرخ دنده ابداع نکرده است. البته ، تغییرات بی شماری در این زمینه وجود دارد ، و شما می توانید با ذکر برجسته ترین تحولات در این زمینه در سال های اخیر ، اصل آنها را بهتر درک کنید.

مفهوم تعویض الکترونیکی یا اتصال غیرمستقیم الکترونیکی مکانیزم کنترل به گیربکس، از آخرین فریاد دور است، زیرا در سال 1916 شرکت پولمن پنسیلوانیا گیربکسی ایجاد کرد که دنده ها را به صورت الکتریکی تعویض می کرد. با استفاده از همان اصل کار به شکل بهبودیافته، بیست سال بعد در Cord 812 آوانگارد نصب شد - یکی از آینده نگرانه ترین و شگفت انگیزترین اتومبیل ها نه تنها در سال 1936، زمانی که ایجاد شد. به اندازه کافی قابل توجه است که این طناب را می توان روی جلد کتابی در مورد دستاوردهای طراحی صنعتی یافت. گیربکس آن گشتاور را از موتور به محور جلو منتقل می کند (!) و تعویض دنده برای نمایش آن زمان از ستون فرمان به رنگ فیلیگرانی است که سوئیچ های الکتریکی ویژه ای را فعال می کند که سیستم پیچیده ای از دستگاه های الکترومغناطیسی با دیافراگم های خلاء از جمله چرخ دنده ها را فعال می کند. طراحان طناب موفق شدند همه اینها را با موفقیت ترکیب کنند و نه تنها در تئوری، بلکه در عمل نیز عالی عمل می کند. ایجاد هماهنگی بین تعویض دنده و عملکرد کلاچ یک کابوس واقعی بود و طبق شواهد آن زمان امکان فرستادن مکانیک به بیمارستان روانی وجود داشت. با این حال، Cord یک خودروی لوکس بود و صاحبان آن نمی توانستند نگرش معمولی بسیاری از سازندگان مدرن را نسبت به دقت این فرآیند تحمل کنند - در عمل، اکثر گیربکس های اتوماتیک (که اغلب رباتیک یا نیمه اتوماتیک نامیده می شود) با تاخیر مشخص تعویض می شوند. و اغلب طوفان می کند.

هیچ کس ادعا نمی کند که همگام سازی با گیربکس های دستی ساده تر و گسترده تر امروز کار بسیار ساده تری است، زیرا این سوال مطرح می شود که "اصلاً چرا استفاده از چنین وسیله ای ضروری است؟" یک شخصیت اساسی دارد. دلیل این رویداد پیچیده ، اما همچنین بازکردن جایگاه تجاری برای میلیارد ها ، در ماهیت موتور احتراق نهفته است. برای مثال، بر خلاف موتور بخار، که در آن فشار بخار عرضه شده به سیلندرها می تواند نسبتاً آسان تغییر کند، و فشار آن می تواند در هنگام راه اندازی و عملکرد عادی تغییر کند، یا از یک موتور الکتریکی، که در آن یک میدان مغناطیسی محرک قوی وجود دارد. سرعت صفر نیز وجود دارد. در دقیقه (در واقع، پس از آن بالاترین است و با توجه به کاهش راندمان موتورهای الکتریکی با افزایش سرعت، در حال حاضر تمام سازندگان گیربکس برای خودروهای الکتریکی در حال توسعه گزینه های دو مرحله ای هستند) موتور احتراق دارای ویژگی است که در آن حداکثر قدرت در سرعت های نزدیک به حداکثر و حداکثر گشتاور - در محدوده نسبتاً کوچکی از سرعت ها به دست می آید که در آن بهینه ترین فرآیندهای احتراق رخ می دهد. همچنین باید توجه داشت که در زندگی واقعی ، موتور به ندرت در منحنی حداکثر گشتاور (به ترتیب در منحنی حداکثر توسعه قدرت) استفاده می شود. متأسفانه گشتاور در دورهای پایین کم است و اگر گیربکس مستقیماً وصل شود ، حتی با کلاچی که از کار بیفتد و امکان راه اندازی را فراهم کند ، خودرو هرگز قادر به انجام فعالیت هایی از قبیل استارت ، شتاب و رانندگی در دامنه سرعت زیاد نخواهد بود. در اینجا یک مثال ساده وجود دارد - اگر موتور سرعت خود را 1: 1 منتقل کند و اندازه لاستیک 195/55 R 15 باشد (در حال حاضر ، انتزاع از حضور دنده اصلی) ، از نظر تئوری ماشین باید با سرعت حرکت کند. 320 کیلومتر. / ساعت با 3000 دور میل لنگ در دقیقه. البته اتومبیل ها دارای دنده مستقیم یا نزدیک و حتی دنده خزنده هستند که در این حالت درایو نهایی نیز در معادله قرار می گیرد و باید مورد توجه قرار گیرد. با این حال ، اگر منطق اصلی استدلال در مورد رانندگی با سرعت معمولی 60 کیلومتر در ساعت در شهر را ادامه دهیم ، موتور فقط به 560 دور در دقیقه نیاز خواهد داشت. البته هیچ موتوری قادر به انجام چنین ریسمان نیست. یک جزئیات دیگر وجود دارد - زیرا، صرفاً از نظر فیزیکی، قدرت به طور مستقیم با گشتاور و سرعت متناسب است (فرمول آن را می توان سرعت x گشتاور / ضریب معینی نیز تعریف کرد) و شتاب یک جسم فیزیکی به نیروی اعمال شده به آن بستگی دارد. . ، درک کنید ، در این مورد ، قدرت ، منطقی است که برای شتاب سریعتر شما به سرعت بالاتر و بار بیشتری نیاز خواهید داشت (به عنوان مثال گشتاور) به نظر پیچیده می رسد ، اما در عمل این به معنای موارد زیر است: هر راننده ، حتی کسی که از تکنولوژی چیزی نمی فهمد ، می داند که برای پیشی گرفتن سریع از یک ماشین ، باید یک یا حتی دو دنده را به پایین تغییر دهید. بنابراین ، با جعبه دنده است که بلافاصله دور بالاتر و در نتیجه قدرت بیشتری برای این منظور با همان فشار پدال ارائه می دهد. این وظیفه این دستگاه است - با در نظر گرفتن ویژگی های موتور احتراق داخلی، برای اطمینان از عملکرد آن در حالت بهینه. رانندگی با دنده اول با سرعت 100 کیلومتر در ساعت کاملاً اقتصادی نخواهد بود و در ششم ، مناسب برای پیست ، امکان پذیر نیست. تصادفی نیست که رانندگی مقرون به صرفه به تعویض دنده زودرس و کارکردن موتور با بار کامل (یعنی کمی پایین تر از منحنی حداکثر گشتاور) نیاز دارد. کارشناسان از اصطلاح "مصرف انرژی کم" استفاده می کنند که در محدوده دور متوسط ​​و نزدیک به حداکثر بار است. سپس دریچه گاز موتورهای بنزینی بازتر شده و باعث کاهش تلفات پمپاژ ، افزایش فشار سیلندر و در نتیجه بهبود کیفیت واکنش های شیمیایی می شود. سرعت پایین تر اصطکاک را کاهش می دهد و زمان بیشتری را برای پر شدن کامل فراهم می کند. اتومبیل های مسابقه ای همیشه با سرعت بالا کار می کنند و تعداد دنده های زیادی دارند (هشت فرمول 1) ، که باعث می شود هنگام تعویض سرعت بتوانید سرعت کمتری داشته باشید و انتقال به مناطق با قدرت قابل توجه کمتر را محدود کنید.

در واقع ، این کار بدون جعبه دنده کلاسیک انجام می شود ، اما ...

مورد سیستم های هیبریدی و به ویژه سیستم های هیبریدی مانند تویوتا پریوس. این خودرو گیربکس هیچ یک از انواع ذکر شده را ندارد. عملا گیربکس نداره! این امکان پذیر است زیرا کاستی های ذکر شده توسط سیستم الکتریکی جبران می شود. گیربکس با یک تقسیم کننده قدرت جایگزین می شود، یک چرخ دنده سیاره ای که ترکیبی از یک موتور احتراق داخلی و دو ماشین الکتریکی است. برای افرادی که توضیح انتخابی عملکرد آن را در کتاب‌های مربوط به سیستم‌های هیبریدی و به ویژه در مورد ایجاد پریوس نخوانده‌اند (این مورد در نسخه آنلاین سایت ما ams.bg موجود است)، فقط خواهیم گفت که این مکانیسم اجازه می‌دهد. بخشی از انرژی مکانیکی موتور احتراق داخلی مستقیماً، مکانیکی و جزئی، به الکتریکی (با کمک یک ماشین به عنوان ژنراتور) و دوباره به مکانیکی (با کمک ماشین دیگر به عنوان موتور الکتریکی) تبدیل می شود. . نبوغ این خلاقیت توسط تویوتا (که ایده اصلی آن شرکت آمریکایی TRW از دهه 60 بود) ارائه گشتاور راه اندازی بالا است که از نیاز به دنده های بسیار کم جلوگیری می کند و به موتور اجازه می دهد در حالت های کارآمد کار کند. در حداکثر بار، شبیه سازی بالاترین دنده ممکن، با سیستم الکتریکی همیشه به عنوان یک بافر عمل می کند. هنگامی که شبیه سازی شتاب و کاهش دنده مورد نیاز است، با کنترل ژنراتور و بر این اساس، با استفاده از یک سیستم کنترل الکترونیکی پیچیده جریان، سرعت موتور افزایش می یابد. هنگام شبیه‌سازی دنده‌های بالا، حتی دو خودرو باید نقش خود را تغییر دهند تا سرعت موتور محدود شود. در این مرحله، سیستم وارد حالت «گردش نیرو» می شود و بازده آن به میزان قابل توجهی کاهش می یابد که نمایش واضح مصرف سوخت این نوع خودروهای هیبریدی در سرعت های بالا را توضیح می دهد. بنابراین، این فناوری در عمل یک سازش مناسب برای ترافیک شهری است، زیرا بدیهی است که سیستم الکتریکی نمی تواند به طور کامل عدم وجود یک گیربکس کلاسیک را جبران کند. برای حل این مشکل، مهندسان هوندا از یک راه حل ساده و در عین حال هوشمندانه در سیستم هیبریدی پیچیده جدید خود برای رقابت با تویوتا استفاده می کنند - آنها به سادگی ششمین گیربکس دستی را اضافه می کنند که به جای مکانیزم هیبریدی پرسرعت درگیر می شود. همه اینها ممکن است به اندازه کافی قانع کننده باشد تا نیاز به گیربکس را نشان دهد. البته، در صورت امکان با تعداد زیادی دنده - واقعیت این است که با کنترل دستی به سادگی برای راننده راحت نخواهد بود که تعداد زیادی داشته باشد و قیمت افزایش می یابد. در حال حاضر، گیربکس های 7 سرعته دستی مانند آنچه در پورشه (بر اساس DSG) و شورولت کوروت یافت می شود، بسیار نادر هستند.

همه چیز با زنجیر و کمربند شروع می شود

بنابراین ، شرایط مختلف بسته به سرعت و گشتاور به مقادیر خاصی از قدرت مورد نیاز نیاز دارند. و در این معادله ، نیاز به عملکرد کارآمد موتور و کاهش مصرف سوخت ، علاوه بر فناوری مدرن موتور ، انتقال به یک چالش مهم تبدیل شده است.

طبیعتاً اولین مشکلی که ایجاد می شود شروع به کار است - در اولین اتومبیل های سواری رایج ترین شکل گیربکس یک درایو زنجیره ای بود که از دوچرخه قرض گرفته شده بود یا یک درایو تسمه که روی قرقره های تسمه با قطرهای مختلف عمل می کرد. در عمل، هیچ شگفتی ناخوشایندی در درایو تسمه وجود نداشت. نه تنها به اندازه شرکای زنجیره‌ای خود پر سر و صدا بود، بلکه نمی‌توانست دندان‌ها را بشکند، که از مکانیسم‌های دنده ابتدایی که رانندگان در آن زمان از آن به عنوان "کاهوی انتقال نیرو" یاد می‌کردند، شناخته شده بود. از آغاز قرن حاضر، آزمایشاتی با به اصطلاح "چرخ محرک اصطکاکی" انجام شده است، که بدون کلاچ یا دنده، و از نیسان و مزدا در گیربکس های حلقوی خود استفاده می کند (که بعداً مورد بحث قرار خواهد گرفت). با این حال، گزینه های جایگزین برای چرخ های دنده نیز تعدادی اشکالات جدی داشتند - تسمه ها نمی توانستند بارهای طولانی مدت و افزایش سرعت را تحمل کنند، آنها به سرعت شل و پاره شدند و "لنت" چرخ های اصطکاک در معرض سایش بسیار سریع قرار گرفتند. در هر صورت، اندکی پس از طلوع صنعت خودروسازی، دنده ها ضروری شدند و در این مرحله تنها گزینه برای انتقال گشتاور برای مدت زمان طولانی باقی ماندند.

تولد یک انتقال مکانیکی

لئوناردو داوینچی چرخ های دنده ای را برای مکانیسم های خود طراحی و تولید کرد ، اما تولید چرخ دنده های محکم ، دقیق و با دوام به لطف در دسترس بودن فن آوری های متالورژی مناسب برای ایجاد فولادهای با کیفیت بالا و ماشین آلات فلزکاری تنها در سال 1880 امکان پذیر شد. دقت نسبتاً بالا در کار تلفات اصطکاکی در چرخ دنده ها تنها به 2 درصد کاهش می یابد! این لحظه ای بود که آنها به عنوان بخشی از گیربکس ضروری بودند ، اما مشکل در اتحاد و قرارگیری آنها در مکانیزم کلی باقی ماند. نمونه راه حل نوآورانه ، دایملر فونیکس 1897 است ، که در آن چرخ دنده ها در اندازه های مختلف "به عنوان یک گیربکس واقعی" مونتاژ می شوند ، که علاوه بر چهار سرعت ، دنده عقب نیز دارد. دو سال بعد ، پاکارد اولین شرکتی بود که از موقعیت معروف اهرم تعویض دنده در انتهای حرف "H" استفاده کرد. در دهه های بعد ، چرخ دنده ها دیگر وجود نداشت ، اما مکانیسم ها به نام کار راحت تر بهبود یافت. کارل بنز ، که اولین خودروهای تولیدی خود را به گیربکس سیاره ای مجهز کرد ، از اولین گیربکس های هماهنگ توسعه یافته توسط کادیلاک و لا ساله در سال 1929 جان سالم به در برد. دو سال بعد ، همگام سازها قبلاً توسط مرسدس ، ماتیس ، مایباخ و هورچ و سپس دیگر واکسهال ، فورد و رولزرویس استفاده می شد. یک جزئیات - همه دارای یک دنده اول غیر همگام بودند که رانندگان را به شدت آزار می داد و به مهارت های خاصی نیاز داشت. اولین گیربکس کاملا هماهنگ شده توسط انگلیسی Alvis Speed ​​Twenty در اکتبر 1933 استفاده شد و توسط شرکت معروف آلمانی ایجاد شد ، که هنوز نام "Gear Factory" ZF را دارد ، که ما اغلب در داستان خود به آن اشاره خواهیم کرد. در اواسط دهه 30 بود که همگام سازها روی مارک های دیگر نصب شدند ، اما در خودروها و کامیون های ارزان قیمت ، رانندگان برای حرکت و تعویض دنده با اهرم دنده مبارزه می کردند. در واقع، راه حلی برای مشکل این نوع ناراحتی خیلی زودتر با کمک ساختارهای انتقال مختلف، همچنین با هدف مش بندی مداوم جفت دنده ها و اتصال آنها به شفت - در دوره 1899 تا 1910، De Dion Bouton جستجو شد. یک انتقال جالب ایجاد کرد که در آن چرخ دنده ها به طور مداوم مش بندی می شوند و اتصال آنها به شفت ثانویه با استفاده از کوپلینگ های کوچک انجام می شود. Panhard-Levasseur توسعه مشابهی داشت ، اما در توسعه آنها ، چرخ دنده های دائماً با استفاده از پین محکم به شفت متصل می شدند. البته طراحان در مورد چگونگی سهولت کار برای رانندگان و محافظت از خودروها در برابر آسیب های غیر ضروری ، فکر نمی کردند. در سال 1914 ، مهندسان کادیلاک تصمیم گرفتند که بتوانند قدرت موتورهای عظیم خود را به کار گیرند و اتومبیل ها را به یک درایو نهایی قابل تنظیم مجهز کنند که می تواند به صورت برقی تغییر کند و نسبت دنده را از 4,04: به 2,5: 1 تغییر دهد.

دهه‌های 20 و 30، زمان اختراعات باورنکردنی بود که بخشی از انباشت مداوم دانش در طول سال‌هاست. به عنوان مثال، در سال 1931، شرکت فرانسوی Cotal یک گیربکس دستی با جابجایی الکترومغناطیسی ایجاد کرد که توسط یک اهرم کوچک روی فرمان کنترل می شد، که به نوبه خود با یک اهرم بیکار کوچک روی زمین ترکیب می شد. ما به ویژگی دوم اشاره می کنیم زیرا به خودرو امکان می دهد دقیقاً به اندازه چهار دنده عقب دنده جلو داشته باشد. در آن زمان برندهای معتبری مانند Delage، Delahaye، Salmson و Voisin به اختراع Kotal علاقه مند بودند. این گیربکس باورنکردنی علاوه بر مزیت عجیب و غریب فوق و فراموش شده بسیاری از دنده‌های دیفرانسیل عقب مدرن، قابلیت تعامل با یک شیفتر اتوماتیک فلشل را نیز دارد که با کاهش سرعت به دلیل بار موتور، دنده‌ها را تعویض می‌کند و در واقع یکی از اولین تلاش ها برای خودکارسازی فرآیند.

اکثر اتومبیل های دهه 40 و 50 دارای سه دنده بودند زیرا موتورها بیش از 4000 دور در دقیقه رشد نکردند. با افزایش دورها ، گشتاور و منحنی های قدرت ، سه دنده دیگر دامنه دور را پوشش نمی دادند. نتیجه حرکتی ناهماهنگ با یک انتقال مشخصه "خیره کننده" هنگام بلند کردن و مجبور کردن بیش از حد هنگام تغییر به یک حرکت پایین بود. راه حل منطقی این مشکل ، جابجایی عظیم به چهار دنده در دهه 60 بود و اولین جعبه دنده های پنج سرعته در دهه 70 نقطه عطف قابل توجهی برای تولیدکنندگان بود که با افتخار به وجود چنین جعبه دنده ای به همراه تصویر مدل روی خودرو اشاره کردند. اخیراً صاحب یک Opel Commodore کلاسیک به من گفت که وقتی ماشین را خریداری کرد ، این ماشین 3 دنده بود و به طور متوسط ​​20 لیتر در 100 کیلومتر بود. هنگامی که وی جعبه دنده را به جعبه دنده چهار سرعته تغییر داد ، مصرف 15 لیتر در 100 کیلومتر بود و پس از اینکه سرانجام پنج سرعته گرفت ، دومی به 10 لیتر کاهش یافت.

امروزه عملاً هیچ اتومبیلی با کمتر از پنج دنده وجود ندارد و شش نسخه در نسخه های بالاتر مدل های جمع و جور به یک قاعده تبدیل می شود. ایده ششم در بیشتر موارد کاهش شدید سرعت در دورهای بالا و در بعضی موارد که خیلی طولانی نیست و کاهش سرعت هنگام تعویض سرعت است. گیربکس های چند مرحله ای به ویژه بر روی موتورهای دیزلی تأثیر مثبت دارند ، واحدهایی که دارای گشتاور بالا هستند ، اما به دلیل ماهیت اساسی موتور دیزلی ، دامنه عملکرد آنها به طور قابل توجهی کاهش می یابد.

(پيگيري كردن)

متن: جورجی کولف

اضافه کردن نظر