نسبت دنده در گیربکس

نسبت دنده ، ( Gear Ratio ) به چه معناست :

هیچ وقت فکر کردید چرا شتاب بعضی ماشینها مثل پراید از بعضی از انواع ماشین های پرقدرت تر بیشتر؟  

راجع به سرعت حرف نمیزنم ها!! شتاب رو میگم (نسبت تغییر سرعت به زمان)

اگه علاقه دارید بدونید این مطلب رو از دست ندید 

نسبت دنده ، ( Gear Ratio )  :

چرخ دنده ها تقریبا در هر موتور یا سیستم چرخنده ، از گیربکس خودرو گرفته تا ساعتهای غیر دیجیتالی دیده می شوند . چرخ دنده ها غالبا به یکی از دلایل زیر در ماشینها بکار برده می شوند :

۱-  معکوس کردن جهت چرخش

۲-  کاهش یا افزایش سرعت چرخش 

۳-  انتقال حرکت چرخشی از یک محور به محور دیگر

۴-  یکسان سازی سرعت چرخش دو محور

آنچه در چرخ دنده های گیربکس یک خودرو اتفاق می افتد شامل موارد ۱ - ۲ و ۳ می باشد ( البته بجز دنده عقب ) همانگونه که در شکل زیر می بینید ؛ جهت حرکت در چرخ دنده های زیر عکس یکدیگر می باشند ، همچنین سرعت چرخش چرخ دنده سمت راست بدلیل نصف بودن قطر آن نسبت به چرخ دنده سمت چپ ؛ دو برابر سرعت چرخش چرخ دنده سمت چپ است و همچنین در این مدل حرکت چرخشی از یک محور به محور دیگر نیز منتقل گردیده است . این حقیقت که در این مدل ، که شامل دو چرخ دنده است ، یک چرخ دنده به دلیل در ارتباط بودن با دیگری با سرعتی دو برابر می چرخد ، می تواند همان تعریف نسبت دنده باشد . در اینجا قطر چرخ دنده بزرگ ۲ برابر چرخ دنده کوچک است ؛ از همینرو نسبت دنده یا Gear Ratio برابر است با ۲:۱ ( خوانده می شود ۲ به ۱ ) و اینگونه تعریف می شود که هر بار چرخ دنده سمت چپ یکبار می چرخد چرخ دنده سمت راست دو بار خواهد چرخید . در اینجا هدف از این کار افزایش سرعت بوده است در حالی که قدرت کاهش یافته است ، اما اگر در شکل بالا دو چرخ دنده دارای قطری یکسان بودند در این صورت ؛ سرعت و قدرت یکسان باقی می ماند و تنها جهت چرخش تغییر می یافت .

اما چرخ دنده های واقعی به شکل بالا دارای سطح صاف نیستند بلکه دارای دندانه هایی می باشند که باعث می گردد چرخ دنده ها بدون لیز خوردن و به صورت کاملا همگام با یکدیگر بچرخند . همچنین با شمارش و تقسیم نمودن تعداد چرخ دنده های دو چرخ دنده به عددی خواهیم رسید که باز هم همان نسبت دنده می باشد و از آنجائیکه اندازه گیری قطر یک چرخ دنده کار ساده ای نیست و ممکن است با خطای زیادی همراه باشد این روش بسیار ساده ، دقیق و مطمئن تر می باشد .

پس اینبار می توان نسبت دنده را اینچنین تعریف نمود :

نسبت دنده به رابطه بین تعداد دندانه های دو چرخ دنده با یکدیگر اطلاق می گردد .

بعنوان مثال در شکل زیر چرخ دنده کوچکتر دارای ۱۳ دندانه و چرخ دنده بزرگ دارای ۲۱ دندانه می باشد بنابراین نسبت دنده در این مدل ۲۱/۱۳ یا ۱.۶۱/۱خواهد بود که نمایش آن به صورت ۱:۱.۶۱ خواهد بود ( عدد بدست آمده از روش اندازه گیری قطر چرخ دنده ها نیز ، در صورت دقیق بودن دقیقا همین عدد خواهد بود )                            

معمولا چرخ دنده ای که نیروی اولیه به آن وارد گردیده را Primery gear یا Driver gear مینامند و چرخ دنده ای که  نیروی خروجی جدید از آن بدست می آید را نیز Secondary gear یا Follower gear می نامند ( در گیربکس اتومبیل همیشه عدد۱ در یکسوی نسبت به عنوان معرف چرخ دنده اولیه ( Primery ) و عدد دیگر معرف چرخ دنده ثانویه ( Secondary )  می باشد و در مواردی نیز ، کلا عدد ۱ را حذف و فقط عدد مربوط به چرخ دنده ثانویه را می نویسند ) .

آنچه باعث می شود یک خودروی مسابقه توانایی بدست آوردن سرعتهای بالا را داشته باشد ، اما توان کشیدن یک بار سنگین را نداشته باشد ، همچنین برعکس آن ، یک کامیون بارکش توان کشش بارهای سنگین را دارا بوده اما توانایی رسیدن به سرعتهای بالا را نداشته باشد ، همچنین توانایی هر یک از دنده های یک اتومبیل در دارا بودن قدرت و یا سرعت ، بدلیل همان اصل نسبت چرخ دنده هاست ، که با کوچک شدن چرخ دنده ثانویه ( Secondary gear ) سرعت زیاد و قدرت و گشتاور کاهش می یابد و با بزرگتر شدن چرخ دنده ثانویه نسبت به چرخ دنده اولیه ، قدرت و گشتاور افزایش یافته و سرعت ؛ توان افزایش کمتری دارد .

پس بر اساس آنچه تا کنون گفته شد ، بدلیل آنکه همیشه عدد ۱ مربوط به چرخ دنده اولیه می باشد در صورتیکه عدد دوم بزرگتر از ۱ باشد چرخ دنده از نوع افزاینده قدرت و کاهنده سرعت است و برعکس اگر عدد دوم عددی کوچکتر از ۱ باشد سیستم افزاینده سرعت و کاهنده قدرت است

در زیر توجه شما را ، به نسبت دنده های یک خودرو BMW 330 و یک BMW X5 جلب می نمایم ( هر دو خودرو دارای گیربکس اتوماتیک می باشند ) : 

Reverse	6st	5st	4st	3st	2st	1st
۱:۳.۴	1:0.69	1:0.87	1:1.14	1:1.52	1:2.34	1:۴.17	330
۱:۳.۴	1:0.69	1:0.87	1:1.14	1:1.52	1:2.34	1:۴.17	x5

جدول بالا نشان می دهد BMW تقریبا از یک استراتژی ثابت در نسبت دنده های خودروهایش استفاده نموده و حتی X5 با وجود اینکه خودرویی بیایانی شهری ( SUV ) محسوب می گردد ، و باید قدرت بیشتری در دنده های ۱ و ۲ داشته باشد اما از آنجائیکه موتور آن ، دارای حجم ۴۸۰۰ سی سی است که قدرتی به مراتب بیشتر از موتور ۳۰۰۰ سی سی  ، خودروی ۳۳۰ است ، نسبت مساوی با ۳۳۰  برای آن در نظر گرفته شده ؛ که البته شاید همین امر نیز تا حدی باعث شده تا این خودرو بیشتر شهری محسوب شود تا بیابانی. 

مورد دیگری که از مثال بالا بدست می آید این است که در اکثر خودروها تا دنده ۴ ، موتور خودرو دارای سرعت چرخش بیشتری نسبت به چرخ دنده ثانویه است ، اما از دنده ۴ به بعد که نسبت دنده ثانویه به زیر عدد ۱ می رسد ، موتور با سرعت کمتری حرکت می نماید ، اما سرعت بیشتری از خودرو بدست می آید . دنده عقب نیز به مانند دنده های ۴ گانه است و در اکثر خودروهای سواری بالاترین قدرت را داراست.

آنچه از اهمیت بالایی در امر طراحی گیربکس برخوردار است ؛ انتخاب صحیح نسبت دنده ها برای بدست آوردن سرعت و قدرت بهینه در هر دنده مطابق با قدرت موتور یک خودرو است .

حال به بررسی نسبت دنده های پراید می پردازیم :

Reverse	5st	4st	3st	2st	1st
1:3.583	1:0.692	1:0.861	1:1.275	1:1.944	1:3.454	Kia Pride

از جدول بالا می توان به دلیل توانایی پراید در رقابت با رقبایی با توان موتور بسیار بالاتر از آن ، در دنده های ۱ و ۲ ، همچنین عدم توان شتابگیری این خودرو در دنده ۵ پی برد ؛ نسبت دنده نسبتا بالای این خودرو در دنده های ۱ و ۲ ، دلیل قدرت و توانایی این خودرو در شتابگیری اولیه آن است اما از دنده ۲ به بعد است که دیگر توانایی رقابت با رقبای قدر تر از خود نظیر ۴۰۵ را نخواهد داشت . دنده ۵ این خودرو نیز نسبت دنده ای مشابه با خودروهایی با قدرت های موتور بالای ۲۰۰۰ سی سی ، داراست . و موتور ۱۳۰۰ سی سی این خودرو ، امکان شتابگیری در این دنده را از پراید خواهد گرفت ، اما با بدست آوردن سرعت در یک سرازیری ، ثابت نگه داشتن سرعت بدست آمده ، با این نسبت دنده پایین ساده خواهد بود .

دیگر مورد باقی مانده در این بحث ، نسبت راندن نهایی یا Final Dirve Ratio است که در کنار نسبت دنده ها در جداول و کاتالوگهای مربوطه دیده می شود و نشاندهنده نسبت چرخش پینیون دیفرانسیل به محور چرخهای خودرو است و نشان می دهد با یکبار چرخش محور چرخ ، خروجی گیربکس ( در خودرهای دیفرانسیل عقب ؛ میل گاردن و در خودروهای دیفرانسیل جلو ؛ میل متحرک ) چند بار می چرخد . بعنوان مثال ۳۳۰ دارای نسبت نهایی ۱:۳.۷۳ مدل X5 نسبت ۱:۴.۱ و پراید ۱:۳.۷۷۸می باشند .

بزرگتر بودن این عدد باعث ایجاد تواناییهای قدرتی برای یک خودرو  و در مقابل کوچکتر بودن عدد ، باعث ایجاد توانایی های سرعتی یک خودرو می گردد ( دلیل انتخاب چرخ بزرگتر برای خودروهای سنگین و چرخ کوچکتر برای خودروهای سواری ).

اما مورد آخر ، Total Final drive ratio است که از ضرب نسبت هر دنده در نسبت راندن نهایی بدست می آید و کمتر در کاتالوگ خودروها درج می شود و نشاندهنده نسبت هر یک از دنده ها نسبت به چرخ خودرو می باشد . 

پس اثبات می گردد که تغییر قطر رینگ ولاستیک باعث بهم خوردن  نسبت Total final drive خواهد شد ، که ارتباط مستقیمی با دور موتور و سرعت خودرو داراست ، پس قبل از تغییر در قطر رینگ و لاستیک حتما مطلب مربوط به نحوه صخیخ انتخاب رینگ و لاستیک اسپرت فرهاد را بخوانید .