دیفرانسیل ماشین چیست و چه وظایفی دارد؟
دیفرانسیل یا محور متحرک خودرو وسیله‌ای در زیر خودرو است که نیروی گیربکس را به چرخهای محرک خودرو منتقل می‌کند. در واقع در خودروهای مختلف ممکن است که تنها دو چرخ حرکت کنند و دو چرخ دیگر به واسطه‌ی حرکت آنها به حرکت در آیند. گاهی نیز ممکن است هر چهار چرخ در حال حرکت باشند. اما در هر حال حرکت آنها وابسته به حرکت دیفرانسیلها است. دیفرانسیل همچنین ضمن ارسال نیروی گشتاور موتور و قوای محرکه‌ی گیربکس به چرخ‌ها، این نیرو را به تناسب نیاز هر یک بین‌شان تقسیم می‌کند. بنابراین به کمک دیفرانسیل چرخ‌ها با سرعت متفاوت اما با نیروی برابر می‌چرخند. در واقع دیفرانسیل در خودرو مجموعه‌ای از چرخ دنده‌ها است که وظیفه تغییر ۹۰ درجه ای نیروی تولید شده توسط گیربکس و ایجاد اختلاف سرعت در چرخ های محرک را در شرایط متفاوت را برعهده دارد. یعنی ضمن انتقال و تقسیم متناسب نیرو، دور عمودی گشتاور را به افقی تبدیل می‌کند. نیاز به حضور دیفرانسیل و عملکرد خاص آن از زمانی احساس شد که گردش سریع چرخهای عقب در پیچ‌ها برای رانندگان ایجاد دردسر می‌کرد. چرا که با یکی بودن سرعت چرخ‌ها در پیچ‌ها خودرو معمولا واژگون می‌شد. به این ترتیب که در پیچ‌ها چرخی که سمت خارج پیچ بود نیاز به حرکت سریع‌تر داشت تا از این مشکل جلوگیری شود. برای حل این مشکل دیفرانسیل پا به عرصه‌ی ساز و کار خودروسازی گذاشت.
به بیان دقیق‌تر قطعات موجود در مسیر انتقال قدرت از موتور به چرخ‌ها به ترتیب شامل فلایویل ،کلاچ، گیربکس، دیفرانسیل، پلوس و چرخ میشود. بنابراین حرکت چرخ‌ها روی محور میل پلوس منتقل شده و وظیفه‌ی اصلی دیفرانسیل تقسیم قدرت موتور متناسب با نیاز چرخ‌ها، بین آنها است. به این ترتیب به کمک دیفرانسیل در پیچ‌ها چرخی که سمت بیرون است قدرت بیشتری دریافت کرده و در عوض نیروی کمتری نیز به چرخ داخلی ارسال میشود. در نهایت وظایف دیفرانسیل را می‌توان اینگونه لیست کرد:
– تنظیم دور و گشتاور خروجی گیربکس با کاهش یا افزایش آن، به منظور رساندن خودرو به سرعت موردنیاز
– تغییر ۹۰ درجه‌ای گشتاور
– تنظیم گشتاور و نیرو بین چرخ‌ها به منظور دستیابی به پایداری مطلوب در حرکت
– تنظیم گشتاور و نیرو و بین چرخ های عقب و جلو در خودروهای چهارچرخ محرک.
بنابراین به طور کلی می‌توان گفت هر جفت چرخ دارایی یک محور است. محور جفت چرخ های جلو را محور جلو وچرخ‌های عقب را محور عقب می‌گویند. دیفرانسیل، نیرو را از میل گاردان یا گیربکس گرفته و آن را به محور متحرک منتقل می‌کند.
اجزای دیفرانسیل ماشین
معمولا هر بخش از سیستم‌های مختلف فنی خودرو خود دارای اجزای جداگانه است و به نوعی سیستمی مجزا محسوب میشود. برای مثال در سیستم انتقال قدرت، گیربکس خود یک سیستم پیچیده با قطعات متعدد است. دیفرانسیل نیز برای انجام وظایف خود اجزا و قطعاتی دارد که در قالب یک قطعه فعالیت می‌کنند. این اجزا شامل موارد زیر میشود:
۱. هوزینگ: به تنظیم دور چرخ ها هنگام حرکت و یا دور زدن می‌پردازد. شمال ۴ چرخ دنده است. دو چرخ دنده آن هرزگردها هستند و دو چرخ دنده‌ی دیگر را چرخ دنده‌های سرپلوس می‌نامند. این چرخ دنده‌ها در پوسته‌ی هوزینگ قرار دارند.
۲. چرخ دنده پلوس: در عبور از ناهمواری‌ها و مسیرهای غیر مستقیم به هرزگرد کمک می‌کند تا گشتاور و سرعت را بین چرخ‌ها تقسیم کند.
۳. چرخ دنده کرانویل: با پینیون و هرزگرد در ارتباط است و چرخش پینیون را به هرزگرد منتقل می‌کند. این قطعه به هوزینگ پیچ شده و با چرخش آن می‌چرخد. به آن رینگر یا چرخ دنده حلقه‌ای نیز می‌گویند.
۴. چرخ دنده پینیون یا کله گاوی: وظیفه انتقال گشتاور از گیربکس به دیفرانسیل را بر عهده دارد .
۵. چرخ دنده هرزگرد: وظیفه‌ی تنظیم حرکت چرخ ها و حفظ تعادل خودرو در پیچ‌ها را بر عهده دارد. این چرخ دنده‌های مخروطی با شفت به هوزینگ متصل می‌شوند.
۶. چرخ دنده‌های جانبی: این قطعات رینگر را با دوران می چرخانند.آنها را چرخ دنده‌های سر پلوس نیز می‌نامند.
۷. چرخ دنده های اسپایدر: حرکت چرخهای چپ و راست توسط آنها صورت می‌گیرد.
به طور کلی، دیفرانسیل مجوعه‌ای از چرخ‌دنده‌ها است که در کنار هم ضمن انتقال نیرو، جهت گشتاور را نیز تغییر می‌دهند. در بین این قطعات دنده هرزگرد که از اجزای هوزینگ است به عنوان مهمترین جزء مجموعه‌ی دیفرانسیل شناخته میشود. هریک از اجزای دیفرانسیل ممکن است بنا به نیاز و نوع سیستم در تعداد متفاوت به کار روند. برای مثال گاهی ۴ دنده‌ی هرزگرد و ۶ بلبرینگ در دیفرانسیلها وجود دارد. نکته‌ی آخر اینکه چرخ دنده پینیون کوچکتر از چرخ دنده رینگر است که در نوع انتقال قدرت تاثیر دارد.
نحوه عملکرد دیفرانسیل خودرو
پیش از بیان نحوه‌ی کار دیفرانسیل باید درباره‌ی قطعه‌ی مهم هرزگرد و عملکرد آن توضیحاتی را داد. به این ترتیب که هرزگرد توانایی دو نوع چرخش دارد. این دنده که با دو دنده‌ی کناری خود ترکیب میشود قادر است در امتداد چرخ دنده‌ی کرانویل، چرخش حول محور خودش داشته باشد. در ادامه برای توضیح نحوه‌ی کار دیفرانسیل باید گفت نیروی تولید شده در گیربکس به وسیله‌ی دنده پینیون به چرخ دنده کرانویل دیفرانسیل منتقل میشود. چرخ دنده کرانویل نیز که در مرکز دیفرانسیل قرار دارد به هوزینگ وصل است. بنابراین نیروی منتقل شده توسط پینیون به واسطه‌ی کرانویل به هوزینگ و هرزگرد که بخشی از هوزینگ است ارسال شده و انتقال قدرت انجام میشود. اما این فرآیند در جهت‌های مختلف حرکت خودرو تفاوت‌هایی دارد که به این شرح است:
– حرکت مستقیم خودرو
در این حالت دنده هرزگرد در امتداد چرخ دنده کرانویل که تحت تاثیر پینیون است می چرخد. این دنده با دوران خود دنده‌های کناری یا دنده‌های سرپلوس را چرخانده و چرخ‌ها را با سرعت برابر به حرکت در می‌آورد. بنابراین دنده هرزگرد در مسیر مستقیم خودرو حول محور خود چرخشی ندارد و برخورد آن با دنده‌های کناری مانند یک میله مستقیم است در نتیجه سرعت هر دو چرخ برابر خواهد شد.
– حرکت در پیچ‌ها و هنگام دور زدن خودرو
فرض بر این است که خودرو به سمت راست تغییر مسیر داده است. در این زمان هرزگرد وارد مرحله‌ی حساس عملکرد خود میشود. چرا که با چرخش دنده کرانویل در این زمان‌ها، دنده هرزگرد حول محور خود نیز شروع به گردش می‌کند. یعنی حرکت چرخشی آن ترکیبی از چرخش در راستای کرانویل و حول محور خود میشود. بنابراین تاثیر متفاوتی روی دنده‌های جانبی دارد. به این ترتیب که سرعت حرکت دنده سر پلوس با سرعت چرخش دنده هرزگرد حول خودش تنظیم میشود. دنده هرزگرد در زمان دور زدن خودرو به سمت راست یا چپ، به آن سمت حول محور خود می‌چرخد. بنابراین وقتی دنده هرزگرد به سمت راست می‌چرخد، سرعت دنده جانبی سمت چپ بیشتر میشود. و در زمان چرخیدن به چپ نیز دنده هرزگرد به سمت مخالف خواهد چرخید و این فرآیند به صورت عکس تکرار میشود. معمولا برای تحمل گشتاور و قدرت بیشتر از ۲ دنده هرزگرد استفاده می شود. گاهی حتی در بعضی خودروهای سنگین دنده هرزگرد ۴ تایی هم به کار می‌رود.
انواع دیفرانسیل ماشین
دیفرانسیلها انواع مختلفی دارند که در بر اساس کارایی موتور و کلاس آن در خودروسازی مورد استفاده قرار می‌گیرند. در میان این انواع مختلف پنج نوع دیفرانسیل بیش از باقی انواع کاربرد دارند. این پنج نوع عبارتند از:
- دیفرانسیل باز
- دیفرانسیل قفل شونده
- دیفرانسیل الکترونیکی
- دیفرانسیل LSD
- دیفرانسیل تقسیم کننده‌ی گشتاور
باید گفت که دیفرانسیلها طی سال‌های اخیر تغییرات زیادی کرده‌اند و به مرور زمان قطعات مکانیکی آنها جای خود را به کلاچ‌های الکتریکی و شیر‌های کنترل سیال برقی داده‌اند.
دیفرانسیل‌های باز
این نوع دیفرانسیل از انواع دیگر کاربرد بیشتری دارد و در انواع مختلف خودرو به جز مدل‌های آفرود و اسپرت به کار می‌رود. ارزان بودن آنها و قیمت تمام‌شده‌ی پایین‌شان را می‌توان یکی از دلایل پرکاربرد بودنشان باشد. این نوع از دیفرانسیل، گشتاور انتقالی از موتور خودرو را بین دو چرخ تقسیم می‌کند در حالتی که هریک توانایی چرخش با سرعت‌های مختلف دارند. اما قادر به کنترل گشتاور نیستند. به این معنی که اگر یکی از چرخ‌ها کاملا روی زمین نباشد، تمام نیروی ارسالی از گیربکس به همان چرخ منتقل میشود و چرخی که روی زمین است و توانایی به حرکت درآوردن خودرو را دارد بدون استفاده می‌ماند. البته امروزه این مشکل به واسطه‌ی سیستم‌هایکنترل پایداری تا حدی رفع شده است.
مزایا
۱. عملکرد مناسب در مسیرهای آسفالت شده و معمولی
۲. هزینه پایین تولید و تعمیر
۳. تعمیرات ساده‌تر به دلیل طراحی ساده
معایب
۱. انتقال همه قدرت به چرخ‌هایی که کمترین میزان کشش را دارند
۲. ایجاد دردسر برای راننده در سطوح لغزنده
۳. همچنین این دیفرانسیلها توانایی و قابلیت آفرودی چندانی ندارند. هرچند به همین دلیل معمولا در سواری‌های شهری به کار می‌روند.
دیفرانسیل قفل شونده
این نوع از دیفرانسیل معمولا در خودروهای آفرود مانند جیپ رانگلر یا بنز G کلاس استفاده میشود. این دیفرانسل‌ها در مواقع لازم قفل شده و تا مادامی که دیفرانسیل قفل بماند چرخهای تحت تاثیر دیفرانسیل با سرعت برابر خواهند چرخید. این قابلیت در عبور از مسیرهای صعب‌العبور بسیار کارآمد است اما در مسیرهای معمولی و بخصوص در پیچ‌ها ایجاد دردسر می‌کند. قفل شدن دیفرانسیل تحت کنترل راننده است و توسط دکمه‌ای مخصوص درون کابین مدیریت میشود.
مزایا
۱. شتاب و کارایی یکنواخت
۲. همچنین عملکرد مناسب هنگام فعال نبودن قفل‌ها
۳. امکان کنترل قفل آن توسط راننده
معایب
۱. سروصدای زیاد قفل‌ها
۲. فشار زیاد روی شفت‌های محور خودرو
۳. در خودروهای مجهز به دیفرانسیل‌های قفل شونده، بریدن محور چرخ از معضلات محتمل به شمار می‌رود.
دیفرانسیل الکترونیکی
این دیفرانسیلها که رواج آنها بیش از پیش است با سیستم‌های کنترل پایداری در ارتباطند و با پایش و بررسی سرعت، زاویه‌ی فرمان، وضعیت دریچه گاز، شتاب خودرو، درصد انحراف از مسیر و شرایط ترمز، زمان و میزان قفل شدن محورها را در یک هزارم ثانیه مشخص و اجرا می‌کنند. البته برای این دیفرانسیلها امنیت نسبت به سرعت در درجه اهمیت بیشتری قرار دارد. بنابراین نمی‌توان با آنها شتاب و سرعت بالا را تجربه کرد.
مزایا
۱. دقت بیشتر
۲. سرعت عمل بالاتر
۳. راندمان و عملکرد بهتر
۴. عملکرد مناسب در تمام انواع شرایط جاده
معایب
۱. امکان خرابی و نقص سیستم الکترونیکی دیفرانسیل
۲. طراحی پیچیده و تعمیرات سخت‌تر
۳. هزینه تعمیرات و قیمت تمام شده‌ی تولید بیش از انوع مکانیکی دیفرانسیل را نیز می‌توان به معایب دیفرانسل‌های برقی اضافه کرد.
دیفرانسیل‌های LSD
این دیفرانسیلها را بیشتر در خودروهای مسابقه‌ای شاهد هستیم. کلاچ در آنها به محورهای خودرو وصلاست. در این دیفرانسیلها که به دیفرانسیل‌های لغزش محدود نیز معروف هستند، محور توسط یک رمپ که کلاچ را تحت فشار می‌گذارد قفل میشود. این امر برای راننده امکان کنترل قفل دیفرانسیل را در پیچ‌ها ممکن می‌سازد. عملکرد رمپ در این نوع دیفرانسیل به موقعیت دریچه گاز بستگی دارد.
مزایا
۱. قابلیت آفرود بیشتر
۲. عملکرد مناسب در جاده‌‌های آسفالت
۳. سایش کمتر لاستیک‌‌ها
۴. فشار کمتر بر شفت محور خودرو
معایب
۱. عملکرد نه چندان خوب در مسیرهای شنی و گلی
۲. ناتوانی در ارسال تمام قدرت به چرخهای دارای اصطکاک
۳. به این ترتیب علاوه‌بر اینکه این دیفرانسیلها مقداری از قدرت را به چرخهای با اصطکاک کمتری می‌فرستند، میزان کنترل چرخ نیز در آنها متفاوت است.
دیفرانسیل تقسیم‌کننده گشتاور
این نوع دیفرانسیل در واقع جدید‌ترین و پیشرفته‌ترین در نوع خود است چرا که علاوه‌بر انجام وظایف اصلی دیفرانسیل، در فرمان پذیری و هندلینگ خودرو نیز موثر است. استفاده این دیفرانسیلها که جهت دهنده گشتاور نیز نامیده می‌شوند در خودروهای چهارچرخ محرک بیشتر دیده میشود. دیفرانسیل‌های تقسیم کننده‌ی گشتاور اطلاعات سنسور‌های سرعت و شتاب را به صورت مدام پایش و بررسی می‌کنند تا از شرایط پایداری خودرو آگاه شوند. سپس تقسیم نیرو بین چهارچرخ را براساس این اطلاعات و بررسی‌ها و شرایط به بهترین شکل انجام می‌دهند. این دیفرانسیلها که در خودروهای لوکس و پیشرفته به کار می‌روند دو معضل وزن و قیمت بالا را همراه دارند.
خودروها بر اساس تعداد دیفرانسیل
خودروها در زمینه‌ی دیفرانسیل یک تقسیم‌بندی اصلی دیگر نیز دارند که براساس تعداد چرخهای محرک آنها و اینکه کدام چرخ‌ها با دیفرانسیل در ارتباط هستند انجام میشود. این تقسیم بندی شامل موارد زیر میشود:
دیفرانسیل جلو یا FWD
این دیفرانسیل که اوایل قرن بیستم در فرانسه تولید شد سابقه در خودروهای مسابقه‌ای مورد استفاده قرار می‌گرفت اما امروزه رایج‌ترین نوع دیفرانسیل در خودروهای شهری است. این دیفرانسیل قدرت موتور را تنها به چرخهای جلو منتقل می‌کند.
دیفرانسیل عقب یا RWD
این نوع که قدیمی‌ترین دیفرانسیل است امروزه کمتر مورد استفاده قرار می‌گیرد اما در گذشته برای بیشتر خودروهای شهری از آن استفاده می‌شد. این دیفرانسیل قدرت موتور را به محور و چرخهای عقب منتقل می‌کند. نیروی گیربکس توسط میل گاردان به دیفرانسیل عقب ارسال میشود.
دیفرانسیل چهار چرخ متحرک یا (۴WD)
این نوع دیفرانسیل که بیشتر در خودروهای آفرودی و شاسی بلند به کار می‌رود قدرت موتور را به هر چهار چرخ خودرو منتقل می‌کند. در سال‌های اخیر این نوع دیفرانسیل که تمام چرخ دنده نیز نامیده میشود در خودروهای شهری و سدان‌ها نیز به کار می‌رود.
لازم به ذکر است که در خودرو دارای دارای دو چرخ محرک، تنها محور محرک به دیفرانسیل مجهز است. اما در خودروهای AWD و یا FWD دیفرانسیل در هر دو محور خودرو به کار می‌رود. چرا که چرخ‌ها در هر دو محور وظیفه به حرکت در آوردن خودرو را بر عهده دارند. همان طور که گفته شد گشتاور موتور را به بین دو دو شفت خروجی تقسیم می‌کنند. اما در یک خودروی AWD، برای زمانی که هر چهار چرخ خودرو در حال حرکت هستند یک دیفرانسیل سوم در نظر گرفته شده که تعداد دور هر محور نسبت به دیگری را تنظیم می‌کند.
دیدگاه خود را بنویسید