نسبت دنده ، ( Gear Ratio )
نسبت دنده ، ( Gear Ratio ) به چه معناست :
چرخ دنده ها تقريبا در هر موتور يا سيستم چرخنده ، از گيربکس خودرو گرفته تا ساعتهای غير ديجيتالی ديده می شوند . چرخ دنده ها غالبا به يکی از دلايل زير در ماشينها بکار برده می شوند :
۱- معکوس کردن جهت چرخش
۲- کاهش يا افزايش سرعت چرخش
۳- انتقال حرکت چرخشی از يک محور به محور ديگر
۴- يکسان سازی سرعت چرخش دو محور
آنچه در چرخ دنده های گيربکس يک خودرو اتفاق می افتد شامل موارد ۱ - ۲ و ۳ می باشد ( البته بجز دنده عقب ) همانگونه که در شکل زير می بينيد ؛ جهت حرکت در چرخ دنده های زير عکس يکديگر می باشند ، همچنين سرعت چرخش چرخ دنده سمت راست بدليل نصف بودن قطر آن نسبت به چرخ دنده سمت چپ ؛ دو برابر سرعت چرخش چرخ دنده سمت چپ است و همچنين در اين مدل حرکت چرخشی از يک محور به محور ديگر نيز منتقل گرديده است .
اين حقيقت که در اين مدل ، که شامل دو چرخ دنده است ، يک چرخ دنده به دليل در ارتباط بودن با ديگری با سرعتی دو برابر می چرخد ، می تواند همان تعريف نسبت دنده باشد . در اينجا قطر چرخ دنده بزرگ ۲ برابر چرخ دنده کوچک است ؛ از همينرو نسبت دنده يا Gear Ratio برابر است با ۲:۱ ( خوانده می شود ۲ به ۱ ) و اينگونه تعريف می شود که هر بار چرخ دنده سمت چپ يکبار می چرخد چرخ دنده سمت راست دو بار خواهد چرخيد . در اينجا هدف از اين کار افزايش سرعت بوده است در حالی که قدرت کاهش يافته است ، اما اگر در شکل بالا دو چرخ دنده دارای قطری يکسان بودند در اين صورت ؛ سرعت و قدرت يکسان باقی می ماند و تنها جهت چرخش تغيير می يافت .
اما چرخ دنده های واقعی به شکل بالا دارای سطح صاف نيستند بلکه دارای دندانه هايی می باشند که باعث می گردد چرخ دنده ها بدون ليز خوردن و به صورت کاملا همگام با يکديگر بچرخند . همچنين با شمارش و تقسيم نمودن تعداد چرخ دنده های دو چرخ دنده به عددی خواهيم رسيد که باز هم همان نسبت دنده می باشد و از آنجائيکه اندازه گيری قطر يک چرخ دنده کار ساده ای نيست و ممکن است با خطای زيادی همراه باشد اين روش بسيار ساده ، دقيق و مطمئن تر می باشد .
پس اينبار می توان نسبت دنده را اينچنين تعريف نمود :
نسبت دنده به رابطه بين تعداد دندانه های دو چرخ دنده با يکديگر اطلاق می گردد .
بعنوان مثال در شکل زير چرخ دنده کوچکتر دارای ۱۳ دندانه و چرخ دنده بزرگ دارای ۲۱ دندانه می باشد بنابراين نسبت دنده در اين مدل ۲۱/۱۳ يا ۱.۶۱/۱ خواهد بود که نمايش آن به صورت ۱:۱.۶۱ خواهد بود ( عدد بدست آمده از روش اندازه گيری قطر چرخ دنده ها نيز ، در صورت دقيق بودن دقيقا همين عدد خواهد بود ) .

معمولا چرخ دنده ای که نيروی اوليه به آن وارد گرديده را Primery gear يا Driver gear مينامند و چرخ دنده ای که نيروی خروجی جديد از آن بدست می آيد را نيز Secondary gear يا Follower gear می نامند ( در گيربکس اتومبيل هميشه عدد۱ در يکسوی نسبت به عنوان معرف چرخ دنده اوليه ( Primery ) و عدد ديگر معرف چرخ دنده ثانويه ( Secondary ) می باشد و در مواردی نيز ، کلا عدد ۱ را حذف و فقط عدد مربوط به چرخ دنده ثانويه را می نويسند ) .
آنچه باعث می شود يک خودروی مسابقه توانايی بدست آوردن سرعتهای بالا را داشته باشد ، اما توان کشيدن يک بار سنگين را نداشته باشد ، همچنين برعکس آن ، يک کاميون بارکش توان کشش بارهای سنگين را دارا بوده اما توانايی رسيدن به سرعتهای بالا را نداشته باشد ، همچنين توانايی هر يک از دنده های يک اتومبيل در دارا بودن قدرت و يا سرعت ، بدليل همان اصل نسبت چرخ دنده هاست ، که با کوچک شدن چرخ دنده ثانويه ( Secondary gear ) سرعت زياد و قدرت و گشتاور کاهش می يابد و با بزرگتر شدن چرخ دنده ثانويه نسبت به چرخ دنده اوليه ، قدرت و گشتاور افزايش يافته و سرعت ؛ توان افزايش کمتری دارد .
پس بر اساس آنچه تا کنون گفته شد ، بدليل آنکه هميشه عدد ۱ مربوط به چرخ دنده اوليه می باشد در صورتيکه عدد دوم بزرگتر از ۱ باشد چرخ دنده از نوع افزاينده قدرت و کاهنده سرعت است و برعکس اگر عدد دوم عددی کوچکتر از ۱ باشد سيستم افزاينده سرعت و کاهنده قدرت است
در زير توجه شما را ، به نسبت دنده های يک خودرو BMW 330 و يک BMW X5 جلب می نمايم ( هر دو خودرو دارای گيربکس اتوماتيک 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 |
1:4.17 |
330 |
|
۱:۳.۴ |
1:0.69 |
1:0.87 |
1:1.14 |
1:1.52 |
1:2.34 |
1:3.17 |
x5 |
جدول بالا نشان می دهد BMW تقريبا از يک استراتژی ثابت در نسبت دنده های خودروهايش استفاده نموده و تنها برای دنده ۱ ، X5 که خودرويی بيايانی شهری ( SUV ) محسوب می گردد ، قدرت بيشتری در نظر گرفته شده و از آنجائيکه نسبت دنده ۲ آن با ۳۳۰ يکسان است می توان گفت اين خودرو بيشتر شهری است تا بيابانی ( البته موتور X5 ، دارای حجم ۴۴۰۰ سی سی است که قدرتی به مراتب بيشتر از موتور ۳۰۰۰ سی سی ، خودروی ۳۳۰ است ).
مورد ديگری که از مثال بالا بدست می آيد اين است که در اکثر خودروها تا دنده ۴ ، موتور خودرو دارای سرعت چرخش بيشتری نسبت به چرخ دنده ثانويه است ، اما از دنده ۴ به بعد که نسبت دنده ثانويه به زير عدد ۱ می رسد ، موتور با سرعت کمتری حرکت می نمايد ، اما سرعت بيشتری از خودرو بدست می آيد . دنده عقب نيز به مانند دنده های ۴ گانه است و در اکثر خودروهای سواری بالاترين قدرت را داراست.

آنچه از اهميت بالايی در امر طراحی گيربکس برخوردار است ؛ انتخاب صحيح نسبت دنده ها برای بدست آوردن سرعت و قدرت بهينه در هر دنده مطابق با قدرت موتور يک خودرو است .
حال به بررسی نسبت دنده های پرايد می پردازيم :
|
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 دليل توانايی پرايد در رقابت با رقبايی با توان موتور بسيار بالاتر از آن ، در دنده های ۱ و ۲ ، همچنين عدم توان شتابگيری اين خودرو در دنده ۵ پی برد ؛ نسبت دنده نسبتا بالای اين خودرو در دنده های ۱ و ۲ ، دليل قدرت و توانايی اين خودرو در شتابگيری اوليه آن است اما از دنده ۲ به بعد است که ديگر توانايی رقابت با رقبای قدر تر از خود نظير ۴۰۵ را نخواهد داشت . دنده ۵ اين خودرو نيز نسبت دنده ای مشابه با خودروهايی با قدرت های موتور بالای ۲۰۰۰ سی سی ، داراست . و موتور ۱۳۰۰ سی سی اين خودرو ، امکان شتابگيری در اين دنده را از پرايد خواهد گرفت ، اما با بدست آوردن سرعت در يک سرازيری ، ثابت نگه داشتن سرعت بدست آمده ، با اين نسبت دنده پايين ساده خواهد بود .
ديگر مورد باقی مانده در اين بحث ، نسبت راندن نهايی يا Final Dirve Ratio است که در کنار نسبت دنده ها در جداول و کاتالوگهای مربوطه ديده می شود و نشاندهنده نسبت چرخش پينيون ديفرانسيل به محور چرخهای خودرو است و نشان می دهد با يکبار چرخش محور چرخ ، خروجی گيربکس ( در خودرهای ديفرانسيل عقب ؛ ميل گاردن و در خودروهای ديفرانسيل جلو ؛ ميل متحرک ) چند بار می چرخد . بعنوان مثال ۳۳۰ دارای نسبت نهايی ۱:۳.۷۳ مدل X5 نسبت ۱:۴.۱ و پرايد ۱:۳.۷۷۸می باشند .
بزرگتر بودن اين عدد باعث ايجاد تواناييهای قدرتی برای يک خودرو و در مقابل کوچکتر بودن عدد ، باعث ايجاد توانايی های سرعتی يک خودرو می گردد ( دليل انتخاب چرخ بزرگتر برای خودروهای سنگين و چرخ کوچکتر برای خودروهای سواری ).
اما مورد آخر ، Total Final drive ratio است که از ضرب نسبت هر دنده در نسبت راندن نهايی بدست می آيد و کمتر در کاتالوگ خودروها درج می شود و نشاندهنده نسبت هر يک از دنده ها نسبت به چرخ خودرو می باشد .
پس اثبات می گردد که تغيير قطر رينگ ولاستيک باعث بهم خوردن نسبت Total final drive خواهد شد ، که ارتباط مستقيمی با دور موتور و سرعت خودرو داراست ،