نقل الحركة
| أنواع نقل الحركة |
|---|
| Manual |
| Automatic |
| Semi-automatic |
| Continuously variable |
| Bicycle gearing |
ناقل الحركة transmission أو صندوق التروس gearbox نبيطة تنقل القدرة من محرك مركبة إلى الأجزاء الأخرى، حيث تنتقل منها في النهاية إلى العجلات. ويكوِّن ناقل الحركة جزءًا رئيسيًا من نظام يسمى رتل الإدارة، وهو سلسلة من نبائط ترسل قدرة المحرك إلى العجلات.
تتألف قدرة إدارة السيارة من السرعة الدورانية وعزم الدوران (جهد اللي). ويحدد ناقل الحركة سرعة المحرك التي تحدد بدورها سرعة العجلة، وتوفر بعض خصائص الأداء التي يحتاجها السائق. ويمكن لناقل الحركة أيضًا أن يعكس عزم الدوران، لتمكين السيارة من التحرك إلى الخلف. وبالإضافة إلى ذلك يمكن أن يوضع ناقل الحركة في الوضع الحيادي، وفيه لاينقل ناقل الحركة أي قدرة، حتى في حالة عدم توقف المحرك. يستخدم ناقل الحركة في السيارات والشاحنات والحافلات والبلدوزرات، وغيرها من المركبات. وتناقش هذه المقالة ناقل الحركة العادي، المستخدم في السيارات.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
لماذا تحتوي السيارات على نواقل الحركة
يضبط ناقل الحركة سرعة محرك السيارة لتوفير خصائص مرغوبة مثل كفاءة المحرك والتسارع المتزايد السلس. وفي وجود ناقل الحركة يستطيع المحرك تغيير سرعته وإنتاج مدى معين من عزم الدوران. ولكن كفاءة المحرك تتفاوت بشدة حسب التوليفات المختلفة من السرعة وعزم الدوران. وفي حالة عدم وجود ناقل الحركة في السيارة يتعين على المحرك وحده إنتاج كل توليفات السرعة وعزم الدوران المطلوبة عند التشغيل العادي للسيارة. ولذا فإن تسريع المحرك للسيارة سيكون ضعيفًا، وستكون الكفاءة التشغيلية للمحرك ضعيفة أيضًا. يتطلب عزم دوران العجلات وسرعتها ضبطًا حسب الظروف المختلفة. فعلى سبيل المثال، تحتاج السيارة كمية كبيرة من عزم الدوران لبدء التحرك بعد التوقف، ولذا يزداد كل من عزم الدوران والسرعة في هذه الحالة. وعندما تبدأ سيارة متحركة على طريق مستو صعود جبل، تحتاج إلى مزيد من عزم الدوران لمجرد المحافظة على سرعتها.
ناقل الحركة والإدارات
يتصل ناقل الحركة بمحرك السيارة بحيث يستطيع استقبال القدرة مباشرة من المحرك. ويعتمد ترتيب المحرك وناقل الحركة على نوع الإدارة في السيارة.
تحتوي معظم السيارات على الإدارة بالعجلات الأمامية، ويعني هذا أن العجلتين الأماميتين هما اللتان تحركان السيارة. وتحتوي سيارات أخرى على الإدارة بالعجلات الخلفية، بينما تحتوي سيارات أخرى على نوع ثالث من الإدارة يسمى الإدارة بالعجلات الأربع. وفي الإدارة الجزئية بالعجلات الأربع يمكن التحكم في رتل الإدارة لتوفير القدرة لعجلتين فقط أو للعجلات الأربع، بينما توفر الإدارة الكاملة بالعجلات الأربع القدرة لكل العجلات باستمرار.
وفي أكثر أنواع الترتيب شيوعًا يركب المحرك وناقل الحركة عرضيًا، بين العجلتين الأماميتين. وفي هذا النوع من الترتيب يكون ناقل الحركة جزءًا من وحدة تسمى محور النقل. وتشمل هذه الوحدة أيضًا نبيطة أخرى تضبط السرعة وعزم الدوران، وهي الإدارة النهائية والوحدة التفاضلية. ويدير محور النقل العجلتين الأماميتين. ومعظم السيارات المصنوعة حتى أوائل ثمانينيات القرن العشرين ذات إدارة بالعجلات الخلفية، ويوضع المحرك وناقل الحركة فيها في الجزء الأمامي من السيارة. وينقل أنبوب أسطواني دوار يسمى عمود الإدارة القدرة من ناقل الحركة إلى الإدارة النهائية والوحدة التفاضلية، الموضوعة في الجزء الخلفي من السيارة. ماذا يعمل ناقل الحركة
يستقبل ناقل الحركة دخل السرعة وعزم الدوران من المحرك وتنقل سرعة مختلفة وعزم دوران مختلف إلى الإدارة النهائية والوحدة التفاضلية. وينقل المحرك قدرته إلى ناقل الحركة بوساطة عمود مرفقي دوار. ويستقبل ناقل الحركة هذه القدرة عند الحذافة، وهي قرص ثقيل متصل بعمود المرفق، ويدور عند تشغيل المحرك. وينقل ناقل الحركة قدرتها الخرجية بوساطة عمود دوار.
تضبط كل نواقل الحركة تقريبًا السرعة وعزم الدوران بوساطة تروس دوارة. والترس عجلة ذات بروزات طرفية تسمى الأسنان. وتشتبك أسنان كل ترس مع أسنان الترس المجاور.
القدرة
يستطيع ناقل الحركة توصيل نفس كمية القدرة التي تستقبلها تقريبا. وتفقد كل نواقل الحركة كمية قليلة من القدرة بسبب الاحتكاك. كذلك تفقد نواقل الحركة التي تستخدم سائلا لنقل عزم الدوران بعض القدرة بسبب خلل في كفاءة النبائط التي تضخ السائل.
والقدرة هي معدل أداء الشغل. وفي حالة الجزء الدوار، مثل العمود أو الترس، يساوي الشغل السرعة الدورانية مضروبة في عزم الدوران. وفي النظام الإمبراطوري للوحدات تقاس القدرة بالقدرة الحصانية، بينما تقاس في النظام المتري بالواط. وتساوي القدرة الحصانية الواحدة 746 واط.
وعندما يستقبل ناقل الحركة كمية ثابتة من القدرة من المحرك، لا يستطيع ضبط عزم دورانه الخرجي دون ضبط سرعته الخرجية أيضًا، وذلك لأن القدرة يجب أن تساوي دائمًا حاصل ضرب السرعة في عزم الدوران. فإذا ضاعف ناقل الحركة عزم الدوران الذي يستقبله، على سبيل المثال، لابد أن يقلل، في نفس الوقت، سرعة عموده الخرجي إلى النصف.
التروس
يضبط زوج من التروس المشتبكة الدوارة السرعة وعزم الدوران، في تناسب مع عدد الأسنان في كل ترس. فأحد الترسين يدير (يطبق عزم الدوران على) الترس الآخر، وتسمى العلاقة بين سرعة الترس المدير إلى سرعة الترس المدار التخفيض، ويعبر عنه رقميًّا بنسبة الترس. وتساوي نسبة الترس لزوج من التروس عدد أسنان الترس المدار مقسومًا على عدد أسنان الترس المدير. فإذا أدار ترس بسبعة أسنان ترسًا آخر بسبعة وعشرين سنًّا، على سبيل المثال، تساوي نسبة الترس 3 إلى 1. ويعني هذا أن الترس المدار يدور دورة واحدة كلما دار الترس المدير ثلاث دورات. وبتعبير آخر، يدور الترس المدار بسرعة تعادل ثلث سرعة الترس المدير.
وتعادل العلاقة بين عزمي دوران الترسين رقميًّا نسبة الترس، حيث يمثل الرقم الأول عزم دوران الترس المدار. وفي المثال أعلاه، يدور الترس المدار بعزم دوران يعادل ثلاثة أضعاف عزم دوران الترس المدير. ويستخدم ناقل الحركة أحجامًا مختلفة من التروس لإنتاج نسب ترس مختلفة، وبالتالي تناسبات مختلفة بين السرعة وعزم الدوران. وتسمى نسب الترس عادة التعشيقات أو السرعات.
ولمعظم نواقل الحركة ما بين ثلاثة وستة تعشيقات أمامية، وتعشيق خلفي واحد، ووضع حيادي. وفي ناقل الحركة ذي الثلاثة تعشيقات، تبلغ نسبة التعشيق الأول حوالي 3 إلى 1. ولمعظم نواقل الحركة التي تحتوي على أكثر من ثلاثة تعشيقات أمامية تعشيق عال يسمى الإدارة التجاوزية. ونسبة تعشيق الإدارة التجاوزية أقل من 1 إلى 1، وبتعبير آخر، يمكننا القول أن سرعة العمود الخرجي لناقل الحركة أعلى من سرعة العمود المرفقي.
وهناك نوعان من نواقل الحركة، يختلف كل منهما عن الآخر في طريقة تبديل التعشيقات، والتغيير من نسبة ترس إلى أخرى. والنوعان هما: ناقل الحركة الأوتوماتي، وهو يحتوي نبائط خاصة لتبديل التعشيقات أوتوماتيًا، وناقل الحركة اليدوي، وفيه يستخدم السائق رافعة يدوية التشغيل، تسمى ذراع تبديل السرعة.
كيف يعمل ناقل الحركة الأوتوماتي
يوفر ناقل الحركة الأوتوماتي نسب ترس مختلفة، أوتوماتيًا، حسب الحاجة. وللسيارة ذات ناقل الحركة الأوتوماتي رافعة تسمى رافعة الاختيار. ويمكن للسائق تحريك رافعة الاختيار للأوضاع المختلفة الخاصة بالوقوف والتعشيق الحيادي والإدارة والتعشيق الأدنى والتعشيق الخلفي. ولا يمكن تشغيل المحرك إلا عندما تكون رافعة الاختيار في وضع الوقوف أو التعشيق الحيادي.
ولوضع السيارة في وضع الحركة الأمامية يحرك السائق رافعة الاختيار إلى وضع الإدارة. وفي البداية يكون ناقل الحركة في التعشيق الأول أو التعشيق الأدنى. ويوفر هذا التعشيق أعلى عزم دوران وأدنى سرعة. وكلما اكتسبت السيارة مزيدًا من السرعة، يبدل ناقل الحركة التعشيقات أوتوماتيًا إلى التعشيقات الأعلى، وفيها تزداد سرعة السيارة ويقل عزم الدوران.
ويحرك السائق رافعة الاختيار إلى التعشيق الأدنى في حالة صعود السيارة لأعلى جبل أو هبوطها منه، أو عندما تكون متحركة على الجليد أو الطين. وعندما تكون رافعة الاختيار في الوقع الأدنى، يبقى ناقل الحركة في التعشيق الأدنى، عوضًا عن التبديل إلى التعشيقات الأعلى. وتحتوي بعض السيارات ذات نواقل الحركة الأوتوماتية وضع اختيار واحد أو أكثر بين الوضع الأدنى ووضع الإدارة. وتمنع هذه الأوضاع التبديل إلى التعشيقات التي تعلو التعشيقة المختارة.
والأجزاء الرئيسية لناقل الحركة الأوتوماتي هي محول عزم الدوران، ومجموعة تروس كوكبية واحدة أو أكثر، وثلاثة أنواع من القوابض وحاكم.
محول عزم الدوران
ينقل القدرة من المحرك إلى التروس، ويزيد عزم الدوران. يشبه محول عزم الدوران أنبوبة حلقية كبيرة مقطوعة إلى نصفين، نصف مرتبط بالحذافة يسمى المضخة أو الدافع، ونصف يسمى العنفة (التروبين)، متصل بعمود الدخل، الذي ينقل القدرة إلى التروس. والمضخة والعنفة متقابلتان داخل علبة مليئة بسائل يسمى سائل نقل الحركة، وتحف بهما شفرات تسمى الرِّيَش، ويوجد بينهما عجلة مريشة تسمى الساكن.
يجعل المحرك المضخة تدور نافثة سائل ناقل الحركة بين ريش العنفة. وبعد الاصطدام بالعنفة ينتقل السائل إلى الساكن، ثم يعود إلى المضخة. وتساعد طاقة السائل العائد المحرك على تدوير المضخة. وبسبب إضافة هذه الطاقة يكون عزم الدوران المطبق على العنفة أعلى من عزم الدوران الذي يفترض أن ينتج دون وجود الساكن. وفي حالة تشغيل المحرك ببطء، قد لا يكون في مقدور سائل ناقل الحركة نقل عزم دوران يكفي لتدوير العنفة. ولكن عندما يضغط السائق على دواسة التعجيل يتحرك المحرك، وبالتالي المضخة، بسرعة أكبر. ويؤدي ذلك إلى الازدياد التدريجي لعزم الدوران إلى مستوى يكفي لتدوير العنفة وتحريك السيارة.
وبازدياد سرعة السيارة، تقترب سرعة العنفة وعزم دورانها من سرعة المضخة وعزم دورانها، تدريجيًا، ولكن عندما تنطلق السيارة بالتعشيق الثالث، أو الإدارة التجاوزية، يصبح عزما الدوران متساويين. ولكن العنفة تتحرك عادة أبطأ من المضخة، ويعود السبب في ذلك إلى ضعف في كفاءة عزم الدوران، يصعب تجاوزه. وللتغلب على ضعف الكفاءة يحتوي العديد من نواقل الحركة على قابض غالق، يغلق المضخة والعنفة معًا عندما تبدأ المركبة في الانطلاق بالتعشيقة الأعلى، وعندئذ تدور المضخة والعنفة معًا كأنهما وحدة واحدة صلبة.
وينقل محول عزم الدوران القدرة إلى مجموعة من التروس والقوابض الكوكبية. ويعتمد ترتيب محول عزم الدوران وهذه المجموعة على موضع المحرك وناقل الحركة، ونوع الإدارة. وفي السيارة ذات الإدارة بالعجلات الخلفية، والمحرك الأمامي، ترتبط المجموعة بمحول عزم الدوران. وينقل محول عزم الدوران القدرة مباشرة، عن طريق عمود يقود إلى المجموعة.
وفي السيارة ذات الإدارة بالعجلات الأمامية، والمحرك وناقل الحركة الموضوعان عرضيًا، يكون محول عزم الدوران منفصلاً عن المجموعة، وينقل محول عزم الدوران القدرة بطريقة غير مباشرة، حيث يدير عمود من محول عزم الدوران إحدى سني سلسلة إدارة، بينما يدير السن الآخر عمودًا يقود إلى المجموعة.
التروس الكوكبية
تحتوي معظم نواقل الحركة الأوتوماتية على مجموعتين من التروس الكوكبية موضوعتين في صف. ويتحكم ناقل الحركة في أجزاء أو عناصر هاتين لمجموعتين، لإنتاج التعشيقات الأمامية المختلفة والتعشيق الخلفي. وتتكون كل مجموعة من ثلاثة عناصر، يوجد العنصر الأول منها، وهو الترس الشمسي في مركز المجموعة، ويحيط بها العنصر الثاني، أي الحامل، الذي يمسك ترسين أو ثلاثة أو أربعة تروس أصغر تسمى التروس الكوكبية. وتقع التروس الكوكبية على أبعاد متساوية من الترس الشمسي وتشتبك معها. أما العنصر الثالث، أي الترس الداخلي، فهو حلقة تحتوي على أسنان من الداخل. ويحيط الترس الداخلي بالتروس الكوكبية وتشتبك معها.
القوابض
يمكن تثبيت أي عنصر من عناصر مجموعة تروس، أو غلقه مع أحد العناصر الأخرى لإنتاج تعشيقات مختلفة. وفي نواقل الحركة الأوتوماتية تؤدي القوابض هذه الوظائف. والقابض (الكلتش أو الفتيس) نبيطة يصل أو يفصل بين مكوِّنين (جزءين) من مكونات ناقل الحركة، حيث يكون أحد المكونين، أو كلاهما، في حالة دوران. ولناقل الحركة الأوتوماتي ثلاثة أنواع من القوابض 1 – القوابض اللوحية 2 – القوابض الشريطية 3 – القوابض ذات الاتجاه الواحد.
القابض اللوحي
يحتوي على عدد من اللوحات مرتبة بعضها فوق بعض. وترتبط الألواح المتبادلة باستمرار بكل من المكونين. وعندما يكون القابض غير مشغول، تكون الألواح منفصلة بحيث لا يستطيع أي من المكونين إدارة الآخر أو الإمساك به. وعندما يكون القابض مشغولاً، تندفع الألواح تجاه بعضها البعض، ويكون بمقدور كل من المكونين إدارة الآخر أو الإمساك به.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
القابض الشريطي
يمكنه إيقاف أحد عناصر مجموعة التروس الكوكبية. ويشتمل هذا النوع من القوابض على شريط يحيط بطبل متصل بالعنصر الكوكبي. وعندما يكون القابض غير مشغول يكون الطبل حر الدوران، ولكن عندما يكون القابض مشغولاً يحكم الشريط قبضته حول الطبل، موقفًا إياه وممسكًا به. القابض ذو الاتجاه الواحد. يدير أحد المكونين في اتجاه واحد فقط، كما يمكن جزءًا آخر من ناقل الحركة من إدارة المكون بسرعة أكبر في نفس الاتجاه.
الحاكم
مجموعة من الصمامات والمسارات التي ينساب عبرها السائل المسمى الزيت الهيدرولي. والحاكم جزء من النظام الهيدرولي لناقل الحركة، الذي يجعل القوابض اللوحية والقوابض الشريطية مشغولة أو غير مشغولة. أما القابض ذو الاتجاه الواحد فيعمل أوتوماتيًا، أي لا يحتاج الزيت الهيدرولي لأداء عمله.
وتشمل الأجزاء الأخرى للنظام الهيدرولي المضخة وعددًا من المسارات التي تقود من الحاكم إلى مكابس تتحكم في القوابض. ووظيفة المضخة هي دفع الزيت إلى الحاكم، في الوقت الذي تغير فيه الصمامات اتجاهاتها لتوجيه الزيت إلى المسارات المطلوبة. وتغير الصمامات اتجاهاتها أوتوماتيًا حسب وضع رافعة الاختيار، وضغط السائق على دواسة التعجيل، وغير ذلك من العوامل.
كيف يعمل ناقل الحركة اليدوي
يغير السائق التعشيق في ناقل الحركة اليدوي باستخدام رافعة يدوية التشغيل تسمى ذراع تبديل السرعة. ويضع السائق ناقل الحركة في الوضع الحيادي عند بدء تشغيل المحرك، أو عند إيقاف السيارة أثناء حركة المحرك. ولتحريك السيارة إلى الأمام يبدل السائق إلى التعشيق الأول أو التعشيق الأدنى. وعندما تبدأ السيارة في اكتساب المزيد من لسرعة يبدل السائق إلى التعشيق الثاني، فالثالث، وهكذا، حتى يكون ناقل الحركة في أعلى تعشيق. وعند احتياج مزيد من عزم الدوران يمكن للسائق استخدام التبديل السفلي، أي التغيير من التعشيق الأعلى إلى التعشيق الأدنى. ويحدث مثل هذا الوضع عندما تصعد السيارة جبلاً شديد الانحدار.
ويتصل المحرك بناقل الحركة عن طريق قابض. ويتحكم السائق في القابض بالضغط أو تخفيف الضغط على دواسة. ويجب على السائق تشغيل القابض وذراع تبديل السرعة معًا. فعندما يضغط السائق على الدواسة يصبح القابض غير مشغول، ولا يصل أي قدرة إلى ناقل الحركة. ويصبح القابض مشغولاً ويرسل القدرة إلى ناقل الحركة، عندما يخفف السائق الضغط على الدواسة. وعلى السائق أن يجعل القابض في حالة عدم الانشغال عند تبديل التعشيقات.
القابض
يتكون القابض من ثلاثة أجزاء رئيسية هي: الحذافة وقرص القابض وقرص الضغط. ويتصل كل من الحذافة وقرص القابض بالعمود المرفقي، ولذلك يدوران مع حركة المحرك. ويوجد قرص القابض بين الحذافة وقرص الضغط، ويتصل بالعمود الدخلي لناقل الحركة. وعندما يكون القابض مشغولاً، تضغط نوابض في قرص الضغط، قرص القابض ضد الحذافة، ولذلك تدور الأقراص الثلاثة بالسرعة نفسها. وعندما يكون القابض غير مشغول، تخفف النوابض الضغط، وتنفصل الأقراص.
التروس
تنتقل القدرة من قرص القابض إلى العمود الدخلي لناقل الحركة. ويدير ترس عند نهاية العمود الدخلي ترسًا على عمود آخر يسمى العمود الوسيط، الذي يمسك عددًا من التروس بأحجام مختلفة. وتدير تروس العمود الوسيط تروسًا أخرى على عمود ثالث يسمى العمود الخرجي، والذي يقود إلى عمود الإدارة. وينتج ناقل الحركة نسب ترس مختلفة بتشغيل توليفات مختلفة من التروس. وتنتج الحركة الخلفية بفعل ترس إضافي يسمى الترس الوسيط، يوجد بين العمود الوسيط والعمود الخرجي، حيث يدير هذا الترس العمود الخرجي في الاتجاه المعاكس للعمود الدخلي، مما يجعل السيارة تتحرك إلى الخلف.
الإدارة النهائية والوحدة التفاضلية ينقل ناقل الحركة اليدوي أو الأوتوماتي القدرة بوساطة عمود دوار إلى الإدارة النهائية والوحدة التفاضلية، والذي ينقل القدرة بدوره بوساطة عمودين خرجيين، يقود كل منهما إلى كل من عجلتي الإدارة. الإدارة النهائية. توفر تخفيضًا إضافيًا. وفي محور النقل، تتكون الإدارة النهائية من مجموعة من التروس الكوكبية. وفي السيارة ذات الإدارة بالعجلات الخلفية والمحرك وناقل الحركة الأماميين تتكون الإدارة النهائية من مجموعة من ترسين مخروطيين، يشتبك كل منهما بالآخر بزاوية قائمة، ويتصل أحد الترسين بعمود الإدارة، بينما يتصل الترس الآخر بالوحدة التفاضلية.
الوحدة التفاضلية
مجموعة تروس معقدة توزع عزم الدوران بالتساوي بين عجلتي الإدارة. وتمكن الوحدة التفاضلية أيضًا، إحدى العجلتين، من الدوران أسرع من العجلة الأخرى. فعندما تنحرف السيارة حول منعطف مثلاً، تتحرك العجلة البعيدة عن المنعطف مسافة أكبر من العجلة القريبة من المنعطف. وتمكن الوحدة التفاضلية العجلة البعيدة من الدوران أسرع، لتغطية المسافة في الزمن نفسه.
انظر أيضاً
- السيارة (رتل نقل القدرة أو رتل الإدارة؛ شكل إيضاحي)
- Chain drive
- Non-synchronous transmissions
- Transfer case
- Diesel-electric transmission