كيفَ تَعْمَل عُلْبَةُ السرعةِ اليدويةِ

هكذا تبدو علبة السرعة، فلنتعرف إليها مسنناً مسنن.


Image: shutterstock.com

يدورُ محرك السيارة بسرعة كبيرة جداً، ولذلك؛ من الضروري تخفيض هذه السرعة عن طريق علبة المسننات (علبة السرعة Gearbox)، التي تضمن وصول الحركة إلى عجلات السيارة بالسرعة المناسبة؛ ما يعني دورانها بسرعات أقل، بالإضافة إلى ذلك؛ يملك المحرك مجالات ضيقة لسرعة الدوران  في حين تكون الاستطاعة والعزم عند القيم العظمى؛ فمثلاً يمكن للمحرك أن ينتج الاستطاعة العظمى عند سرعة دورانية 5500 r.p.m (دورة في الدقيقة)، فتغيّر عندها آلية نقل الحركة نسبة نقل المسننات بين المحرك والعجلات حسب السرعة التي نريدها لتحريك السيارة.

تحتوي علبة المسننات على مجموعة من المسننات المصممة للعمل بظروف مختلفة مثل: وضعية الانطلاق أو الصعود أو القيادة في الطرق المستوية.


Image: howacarworks.com


Image: wisegeek.com

تُعَدّ علبة السرعة الخطوة الثانية في نظام نقل الحركة بعد القابض (الدبرياج)، والذي سبق أن تناولنا كيف يعمل في مقال سابق للباحثون السوريون هنا والذي سنعيد نشره الأسبوع القادم، وعادة؛ تكون علبة السرعة مثبتة ببراغي في الطرف الخلفي للمحرك؛ إذ يُفْصَل القابض بين علبة المسننات والمحرك.

تبيّن الصورتين الآتيتين موقع علبة السرعة في سيارة حديثة ذات محرك أمامي ودفع خلفي:


Image: howacarworks.com


Image: howacarworks.com

تحتوي معظم السيارات الحديثة علبة سرعة ذات أربع أو خمس أو ست سرعات أمامية، وسرعة خلفية واحدة، بالإضافة إلى وضعية الحياد (وضعية عدم حركة الدواليب في أثناء دوران المحرك).


Image: shutterstock.com


Image: cjponyparts.com

ترتبط ذراع القيادة التي يُتَحكّم بها من قبل السائق بمجموعة قضبان متوضعة أعلى أو على جانب علبة المسننات؛ توجد عدة تصاميم وأنواع لعلبة السرعة، وتعد علبة السرعة ذات التعشيق الثابت هي الأكثر انتشاراً في السيارات.

يملك هذا النوع ثلاثة محاور، وهي: محور الإدخال (Input shaft) ومحور التوزيع المساعد (Lay shaft) والمحور الأساسي (Main shaft).

علبة المسننات البسيطة:
بإمكاننا أن نفهم المبدأ الأساسي لعمل علبة المسننات، بواسطة الصورة الآتية الذي تبين علبة مسننات مبسطة تحوي سرعتين فقط.


Image: howacarworks.com

تتألف علبة المسننات هذه من:

- المحور ذو اللون الأخضر القادم من المحرك عن طريق القابض، ويكوّن هذا المحور مع المسنن ذو اللون الأخضر وحدة متكاملة.
- المحور والمسننات ذات اللون الأحمر؛ تسمى بـ "محور التوزيع المساعد" Lay Shaft وهي تكوّن أيضاً وحدة متكاملة؛ أي أن محور التوزيع المساعد مع المسننات التي تتوضع عليه تدور بالسرعة نفسها، ومثلما هو مبين في الصورة؛ فإن المحور الأخضر والمحور الأحمر متصلين ببعضهما مباشرة بواسطة المسننات المتعشقة؛ أي إذا كان المحور الأخضر يدور فهذا يعني أن المحور الأحمر سوف يدور أيضاً. وبهذه الطريقة؛ يتلقى محور التوزيع المساعد طاقته مباشرة من المحرك إذا كان القابض موصول.
- المحور ذو اللون الأصفر يكون موصل مباشرة مع محور القيادة بواسطة علبة المسننات التفاضلية، ومنها إلى دواليب السيارة.
- المسننات ذات اللون الأزرق والتي تكون متوضعة على محامل (رولمانات)؛ أي باستطاعتها الدوران حول المحور الأصفر. وفي حالة إطفاء محرك السيارة؛ يستطيع  المحور الأصفر الدوران داخل مركز المسننات الزرقاء، في حين تكون المسننات الزرقاء ومحور التوزيع المساعد ثابتة لا تدور.

الغيار الأول (المسنن الأول)
تُظهر الصورة الآتية كيفية نقل الحركة إلى المسنن الأول (الغيار الأول) عن طريق تعشيق الطوق ( Collar) مع المسنن الأزرق الموجود على اليمين.


Image: howacarworks.com

في هذه الصورة؛ يدوّر المحور ذو اللون الأخضر القادم من المحرك  محورَ التوزيع المساعد الذي يُدوّر المسنن الموجود على الجانب الأيمن. وينقل المسنن الموجود على الجانب الأيمن طاقته عبر الطوق، ويدوِّر محور القيادة ذو اللون الأصفر، وفي هذه الأثناء؛ فإن المسنن الأزرق الموجود على الجهة اليسرى يدور أيضاً ولكنه يكون حراً في مركزه المتصل بالمحمل (الرولمان)، أي ليس له أدنى تأثير في المحور ذي اللون الأصفر.

وعندما يكون الطوق بين المسننين (كما هو مبين في الصورة السابقة)؛ تكون آلية نقل الحركة في وضعية الحياد (وضعية عدم حركة الدواليب في أثناء دوران المحرك)؛إذ يكون كِلا المسننين أزرقَي اللون حُرِّي الحركة من المركز على المحور الأصفر اللون؛ أي لا تأثير لهما في محور القيادة ذي اللون الأصفر.

وتعدُّ علبة المسننات ذات الخمس سرعات هي الأكثر انتشاراً في السيارات، ويمكن رؤية تصميمها من الداخل، كما هو موضح في الصورة الآتية:


Image: howacarworks.com

عندما يُغيّر السائق السرعة بواسطة ذراع القيادة؛  يُتحّكّم بثلاث شوكات (forks) عن طريق القضبان، وعند النظر إلى قضبان تبديل السرعة من الأعلى؛ سيظهر لدينا ما هو موضّح في الصورة الآتية؛ إذ  يكون مسنن السرعة الأولى والثانية بوضع متعاكس دوماً:


Image: howacarworks.com

يملك ذراع تغيير السرعة نقطة تدوير في المنتصف؛ فعندما يدفع السائق قبضة ذراع تغيير السرعة إلى الأمام للحصول على السرعة الأولى، يكون في الواقع قد سُحِب القضيب والشوكة المتعلقين بالسرعة الأولى إلى الخلف.

وبناءً عليه؛ عندما ينقل السائق ذراع تغيير السرعة يميناً ويساراً؛ يحدثُ تعشيق شوك مختلفة (ما يعني أطواقاً مختلفة)،في حين يُحرَّك الطوق ليعشِّقَ أحد المسننين عندما يحرِّك السائق قبضة ذراع تغيير السرعة إلى الأمام أو الخلف.


Image: howacarworks.com

تُوجّه السيارة نحو الخلف عن طريق مسنن الرجوع المرتبط بمسنن وسيط صغير (ذو اللون الأرجواني)، ويدور مسنن الرجوع ذو اللون الأزرق دوماً باتجاه معاكس لدوران المسننات الزرقاء الأخرى.


Image: howacarworks.com

المزامن (آلية التزامن Synchronizers ):
تُستَخدَم في علبة المسننات في السيارات الحديثة آليات مزامنة، كي لا نحتاج إلى فصل مزدوج من القابض، والهدف الأساسي لآلية المزامنة هو السماح للطوق والمسنن بإجراء تعشيق احتكاكي بينهما قبل أن ترتبط أسنان القارنة الكلابية؛ الأمر الذي يجعل الطوق يصل إلى سرعته المطلوبة بسبب آلية المزامنة  قبل أن تقوم أسنان القارنة بالتعشيق، كما هو مبين في الصورة الآتية:


Image: howacarworks.com

تحدث عملية التعشيق بين المخروط المتوضع على المسنن الأزرق مع المنطقة ذات الشكل المخروطي الموجودة على الطوق، وبنتيجة الاحتكاك بين المخروط والطوق؛ تحدث مزامنة الطوق مع المسنن؛ فينزلق الجزء الخارجي من الطوق، وبذلك؛ إن أسنان القارنة الكلابية تتعشق مع المسنن.

تُصنِّع كل شركة علبة مسننات وآليات مزامنة مختلفة، ولكن يبقى مبدأ العمل هو ذاته في الآليات جميعها.

ماهي نسبة نقل المسننات؟
توضح الصّورة الآتية -بما تحويها- كيفيَّة نقل الحركة ضمن علبة مسننات تحوي أربع سرعات، بالإضافة إلى آلية الرجوع (الأنرييه)، ووضعية الحياد (وضعية عدم حركة الدواليب في أثناء دوران المحرك).


Image: howacarworks.com

وفي النهاية؛ تختلف علبة المسننات من شركة إلى أخرى، ومن سيارة إلى أخرى، ولكن يبقى مبدأ العمل ذاته في الآليات جميعها، وهي تحمل الهدف نفسه في الحصول على السرعة والعزم المناسبين، نرجو أن تكونوا قد استفدتم في فهم آلية تغيير السرعة في علبة السرعة.

المصادر:
هنا
هنا