תיבת הילוכים ("גיר בוקס") היא התקן המתאם בין "התקן מניע" (מנוע בנזין מנוע דיזל או מנוע חשמלי) לבין "התקן מונע" כלשהו, ומאפשר לשנות את היחס בין מהירויותיהם ובין עצמת המומנט שהם מפעילים זה על זה. מהירות הסיבוב עומדת ביחס הפוך למומנט המופעל, ולכן שילוב תיבת ההילוכים להילוך נמוך מגבירה את מומנט ההתקן המניע, ומאפשרת לו להתגבר ביתר קלות על ההתנגדות שההתקן המונע מפעיל כנגדו. תיבות ההילוכים נפוצות בכלי תחבורה: ניתן להבחין בהשפעת המעבר בין ההילוכים השונים בעת האצת הרכב, על ידי התבוננות במחוג מד סיבובי המנוע (מד הסל"ד) העולה ויורד לסירוגין, בעוד המהירות הנמדדת על ידי מד המהירות עולה בהדרגתיות. דבר זה נובע משינוי יחס הגדלים של גלגלי השיניים המשולבים בתיבת ההילוכים, המאפשר למנוע להניע את כלי הרכב במהירות רצויה, תוך הורדת סיבובי המנוע לרמה נמוכה יותר ככל שפוחתת ההתנגדות שמפעיל נגדו כלי הרכב.

קיימים שלושה סוגים של תיבות הילוכים:

• תיבת הילוכים ידנית, שבה, החלפת הילוך נעשית על ידי הנהג, באמצעות מוט ההילוכים ודוושת המצמד.
• תיבת הילוכים אוטומטית, תיבה הכוללת מנגנון המאפשר לרכב להחליף הילוך בעצמו, ללא צורך בהתערבות מצד הנהג.
• תיבת הילוכים חצי-אוטומטית (או "אוטו-קלאץ'"), בה, החלפת הילוך נעשית על ידי הנהג, אך הפעלת המצמד נעשית על ידי הרכב.

הילוכים אוטומטיים

---

הנהיגה ברכב עם תבת הילוכים אוטומטית פשוטה בהרבה מנהיגה ברכב עם גיר ידני מכיוון שאין צורך להשתמש במצמד או להעביר הילוכים. כדי לנוע לפנים, בכל מהירות, יש להסיט את מוט ההילוכים לסימון Drive או D, וללחוץ על דוושת הגז.

גיר אוטומטי ידוע כמנגנון פחות יעיל מאשר גיר ידני. זאת משתי סיבות: ראשית, לגיר אוטומטי מצוי יש רק ארבעה הילוכים קדמיים, בעוד שלגיר ידני מצוי יש חמישה. הדבר יוצר הבדל ניכר בתצרוכת הדלק וביכולת ההאצה של הרכב. הסיבה החשובה יותר הינה מנגנון שנקרא "ממיר מומנט", אשר מחליף את המצמד. מנגנון זה יוצר חיבור בלתי-ישיר בין המנוע לתיבת ההילוכים, כדי לאפשר ניתוק חופשי ביניהם ללא התערבות הנהג (הניתוק, הנחוץ בעת עצירה ובעת העברת הילוך, נעשה בגיר ידני באמצעות המצמד). בעוד שמצמד יוצר חיבור ממשי וישיר בין המנוע לתיבת ההילוכים, ממיר המומנט מעביר את הכוח דרך שמן, דבר שגורם לאיבוד כוח - וכתוצאה, לתאוצה מואטת ולצריכת דלק מוגברת. כיום בממירים החדשים יש מצמד גישור אשר מקטין את אובדן הכוח בהאצות ומקטין את תצרוכת הדלק.

בקרת גיר אוטומטי "קלאסי" הופך לאיטו למיושן, ומוחלף על ידי מנגנוני בקרה משופרים במעט כגון Tiptronic של חברת פורשה, ו-DSG של חברת אודי. מנגנונים אלו כוללים מצב "בקרה ידנית", שמאפשר לנהג לבקש מהרכב הילוך ספציפי, למרות שהמנגנון העקרוני עדיין אוטומטי. בנוסף, מנגנונים אלו לרוב לא עוברים להילוך גבוה שלא לצורך, ובכך מונעים "בריחה" של הרכב במדרונים, ואף לעיתים מורידים הילוכים תוך כדי בלימה כדי להוסיף את כוח הבלימה של המנוע. בגיר אוטומטי קלאסי, לעומת זאת, ברגע שהנהג עוזב את דוושת הגז, הרכב עובר להילוך הכי גבוה ומנתק את המנוע - דבר ששווה-ערך ללחיצה על המצמד ברכב ידני, וגורם לרכב "לברוח".

מנגנון ה-DSG מאפשר לנהוג ברכב כאילו היה רכב אוטומטי לכל דבר, אך למעשה המנגנון משתמש בשני מצמדים מופעלים באופן אלקטרוני ובשישה הילוכים קדמיים. הדבר עשוי ליצור יעילות גבוהה יותר משל גיר ידני. לרכב יש מצמד להילוכים האי-זוגיים ומצמד נפרד לזוגיים. כשהרכב משולב להילוך, הוא צופה את ההילוך הבא, ומחבר את המצמד הבלתי-פעיל אליו. כשהעברת ההילוך מתבצעת, יש צורך רק להפעיל את המצמד, והדבר מאפשר העברת הילוך מהירה וחלקה. ניתן לנהוג במנגנון זה במצב אוטומטי לחלוטין או במצב "בקרה ידנית" שמאפשר בחירת הילוך.

לרוע המזל, הגיר האוטומטי מאפשר שליטה מועטת ברכב, יחסית לגיר הידני. פרק הזמן הממושך שלוקח לגיר להעביר הילוך עלול להיות קריטי במצבי חירום (השהייה זו קיימת גם בגיר מסוג "Tiptronic"), וברוב המקרים הוא אף בלתי נסבל. בנוסף, מחקרים מראים שמוח האדם מתאים יותר להפעלה מאשר להשגחה, מה שגורם לרוב הנוהגים ברכבים אוטומטיים לנהוג בחוסר ריכוז ובחוסר התחשבות בתנועה שמסביבם. מהסיבות שהוזכרו נהגים מיומנים רבים מעדיפים לדבוק בגיר הידני.

אופן הפעולה

---

תיבת הילוכים אוטומטית מיושנת

תיבת ההילוכים האוטומטית, מתבססת על גלגלי שיניים, מערכות מצמדים ושמן ייעודי. כדי לשלוט על ההילוכים, נעזרת התיבה בשני נתונים:

• מהירות הרכב - מתורגמת ללחץ שמן בעזרת התקן הממוקם בציר היציאה של תיבת ההילוכים. ככל שמהירות הסיבוב של הציר תהיה גבוה יותר, כך לחץ השמן יהיה גבוה יותר.
• מאמץ המנוע - יכול להימדד בשני אופנים: 1. בהתאם למידה בה נלחצת דוושת התאוצה על ידי הנהג. 2. בהתאם לוואקום הנוצר במנוע. הוואקום נוצר בזמן שהבוכנות של המנוע שואבת אוויר מתוך סעפת היניקה של המנוע. אם המצערת פתוחה, הוואקום שיווצר יהיה קטן יותר.

על פי היחס בין שני הנתונים האלה, יודעת התיבה האוטומטית להעביר הילוכים. לדוגמה, כאשר הרכב מאיץ, דוושת התאוצה לחוצה עד סופה, ורק כאשר מהירות הרכב תהיה מספיק גבוהה, ההילוך יוחלף (כלומר, ככל שהדוושה לחוצה יותר, תידרש מהירות גבוהה יותר כדי להעביר הילוך). כאשר הנהג מרפה מדוושת התאוצה, נדרשת מהירות נמוכה יותר לעבור להילוך הבא, ולכן, התיבה תעבור להילוכים הבאים (כמו שקורה בירידה במדרון).Epicyclic gear ratios.png גלגלי השיניים בתיבת ההילוכים האוטומטית משולבים זה בזה בקביעות. כאשר, בהילוכים השונים, גלגלי השיניים יסתובבו לכיוונים שונים. גלגלי השיניים מורכבים כממסרה פלנטרית. כך שעל ידי נעילת גלגלי השיניים, ניתן להשיג יחס הפחתה שונה (מהירות שונה). השמן המוזרם ממשאבת השמן (בעזרת הפיקוד של השסתומים), שולט על מצמדים שנועלים גלגלי שיניים מסוימים למקומם, כך שיחס ההפחתה משתנה.

הילוכים באופניים

---

גם אופניים מצוידות במערכת הילוכים. החל מאופניים המצוידות בהילוך אחד קבוע, וכלה באופניים המצוידות במספר רב של הילוכים. על פי רוב, השילוב בין גלגלי השיניים נעשה בעזרת שרשרת. באופניים בהם יש הילוך אחד קבוע, גלגל השיניים המניע (המחובר לדוושות), גדול מגלגל השיניים המונע (המחובר לציר הגלגל האחורי). באופניים בעלי מספר הילוכים, נמצאים על אחד הצירים או על שניהם מספר גלגלי שיניים בגדלים שונים. כאשר גלגל השיניים הגדול ביותר הוא המונע, וגלגל השיניים הקטן ביותר הוא המניע (גלגל השיניים המחובר לדוושות), תתקבל מהירות נסיעה איטית, אך מומנט רב יועבר לפני הדרך (כביש, מסלול עפר וכדומה), כך שהרוכב יוכל להאיץ גם בשטח משופע. כאשר גלגל השיניים הגדול ביותר הוא המניע, וגלגל השיניים הקטן ביותר הוא המונע, תתקבל מהירות נסיעה גבוהה.

אופן פעולת ההילוכים באופניים

כדי לקבל יחסי העברה שונים, יש לשלב זוגות גלגלי שיניים שונים. דבר זה מושג על ידי הסטת השרשרת בין גלגלי השיניים. כדי להסיט את השרשרת, משתמש רוכב האופניים בידיות קטנות, הנמצאות, על פי רוב, על כידון האופניים. הידיות מותחות כבלי מתכת דקים המתוחים לאורך שלדת האופניים. כבלי המתכת מזיזים מנגנון שתפקידו להסיט את השרשרת בין גלגלי השיניים השונים. ישנם מספר מנגנונים להסטת השרשרת:

• זרוע מתכת קצרה (במקרה שגלגלי השיניים נמצאים על הציר של הדוושות) המסיטה את השרשרת ימינה ושמאלה בין ההילוכים השונים.
• השרשת עוברת דרך גלגל שיניים קטן, גלגל שיניים זה מורכב על זרוע מתכתית, כך שהכבלים הדקים מסיטים את הזרוע ימינה ושמאלה.

לכל ציר עם גלגלי שיניים יש ידית האחראית להסטת השרשרת. הידיות בהם משתמש הרוכב כדי להחליף את ההילוכים מופיעות בתצורות שונות:

• ידיות בהם ישנה הסטה קבועה בין הילוך להילוך (מצוידות במחוג קטן המורה על ההילוך)
• ידיות המותחות את הכבלים ללא מרווח קבוע בין הילוך להילוך. במקרה כזה, נדרש הרוכב להסיט לבד את הידית עד שירגיש בהעברת ההילוך.
• ידיות עם הסטה קבועה. אך לכל ציר יש שתי ידיות, אחד להעלות הילוך ואחד להוריד.
• מערכת העברת הילוכים המורכבת על ידיות האחיזה בדומה להפעלת המצערת באופנוע.

טכנולוגיה תחבורתית

Transmission (mechanics) | Getriebe | Transmisión | Vaihteisto | Boîte de vitesses | Cambio (meccanica) | Versnellingsmechaniek | Gir | Skrzynia biegów | Kraftöverföring