دیفرانسیل چیست و چگونه کار می کند؟

قدرت موتور از طریق یک میل‌گاردان از خروجی گیربکس به چرخ‌ها منتقل می‌شود. چرخ‌هایی که قدرت موتور به آنها منتقل می‌شود و باعث حرکت خودرو رو‌به‌جلو می‌شوند چرخ‌های محرک نامیده می‌‌شوند. وظیفه اصلی دنده دیفرانسیل این است که اجازه دهد چرخ‌های محرک سرعت چرخش متفاوتی داشته باشند با اینکه قدرت موتور به هر دوی آنها منتقل می‌شود.

به گزارش خودروتک، همواره برای کسانی که در زمینه­ خودرو فعالیت داشته یا به دنیای اتومبیل­ها علاقه­مند هستند، این مشغولیت ذهنی وجود دارد که آیا خودروهای دیفرانسل جلو (FWD) نسبت به خودروهای دیفرانسیل عقب (RWD) برتری دارند؟ یا برعکس؟ در پاسخ باید گفت: هرکدام از این دو نوع خودرو مزایا و معایبی دارند که متناسب با کاربرد و ترجیحات شما نسبت به دیگری برتری می یابند.

تفاوت ساختاری

در خودروهای دیفرانسل جلو مجموعه­ محرک -موتور، جعبه­دنده، دیفرانسیل و چرخ‌های محرک- تماما در جلوی خودرو قرار دارند. در مقابل، در خودروهای دیفرانسیل عقب نیروی موتور بواسطه­ی محور انقال نیرو (میل­گاردان) به دیفرانسیل چرخ­های عقب منتقل می شود.

تفاوت­های مکانیکی و دینامیکی

امروزه خودروهای دیفرانسیل جلو سهم بیشتری از بازار را به خود اختصاص داده­اند، اما این امر دلیل بر برتری آنها نیست. قرار گرفتن دیفرانسیل در عقب خودرو مزایایی همچون شتاب، هندلیگ و توزیع وزن بهتر را ارائه می کنند. شتاب بهتر در این خودروها ناشی از آن است که انتقال وزن به چرخ های عقب در شروع حرکت، باعث چسبندگی بیشتر آنها شده و با توجه به محرک بودن چرخ­های عقب در این خودروها کشش بیشتری از تایرها دریافت می‌شود. همچنین خودروهای دیفرانسل عقب در جلوی خودرو از پیچیدگی کمتری برخوردارند، در نتیجه زاویه‌ فرمان‌گیری بیشتر بوده و در محیط کوچکتری می توانند دور بزنند و بخاطر تقسیم وزن بهتر و فرمان‌پذیری بیشتر، دارای خوشدستی بالاتری خواهند بود. تقسیم وزن بهتر در این خودروها باعث می شود وزن موجود بر روی چرخ‌های عقب بیشتر بوده و از قفل شدن سریع چرخ ها جلوگیری شود. در نتیجه با نصب ترمزهای قوی بر روی چرخ های عقب، کمک شایانی به توقف سریع خودرو خواهد شد.

این نوع خودروها برای کاربری بعنوان ماشین‌های حمل بار که وزن زیادی بر روی چرخ های عقب قرار می گیرد بسیار مناسب هستند. در مقابل، سیستم انقال قدرت این خودروها بدلیل وجود میل گاردان در وسط ماشین باعث کاهش فضای داخلی اتاق شده و نیز به وزن خودرو می افزاید که این امر باعث افزایش میزان مصرف سوخت نیز می شود. علاوه بر این، بدلیل انتقال نیروی موتور به میل گاردان و سپس به دیفرانسیل عقب، در این خودروها شاهد میزان هدر رفت بیشتر انرژی هستیم. نکته‌ منفی دیگر برای خودروهای دیفرانسیل عقب این است که بدلیل کاهش وزن بر روی چرخ محرک، در مقایسه با خودروهای دیفرانسیل جلو، در مسیرهای لغزنده دچار بکسوات شدید و بیش‌فرمانی می شوند. در سوی دیگر  همین معایب باعث برتری خودروهای دیفرانسیل جلو خواهند شد.

دلایل استفاده از دیفرانسیل

1-کاهش دور و افزایش گشتاور خروجی گیربکس ، جهت دستیابی به سرعت و نیروی محرک مورد نیاز خودرو

2-تغییر 90 درجه ای صفحه دوران ، درخودروهایی که موتور در جهت طول خودرو نصب شده است .

3-ایجاد اختلاف دور مناسب بین چرخ داخل پیچ و چرخ بیرون پیچ ، به جهت دستیابی به پایداری مطلوب حرکت خودرو در سر پیچ

4-ایجاد اختلاف دور مناسب بین  چرخ های عقب و جلو خودرو در خودروهای چهارچرخ محرک . این وظیفه برعهده دیفرانسیل مرکزی یا دیفرانسیل سوم می باشد .

برای دستیابی به اهداف یک و دو از یک جفت چرخ دندة مخروطی با پروفیل دندة هیپوئید ، مطابق شکل (1) استفاده می شود .

1- پینیون 2- کرانویل

شکل1- مجموعة پینیون و کرانویل

چرخ دندة کوچک را پینیون [1] و چرخ دندة بزرگ را کرانویل [2] می نامند . این مجموعه در خودرو ، نسبت دنده ای درحدود چهار ایجاد می کند ، بنابراین دور ورودی از طریق پینیون یک چهارم  شده و از کرانویل خارج می شود در حالیکه گشتاور ورودی به پینیون چهار برابر شده و از کرانویل خارج می شود .

برای دستیابی به هدف اصلی که ایجاد اختلاف دور مورد نیاز بین چرخ های داخل و بیرون پیچ ( چرخ های محرک ) و یا هر چهار چرخ ( در خودروهای چهار چرخ محرک ) مطابق شکل (2) ، از یک مجموعة هوزینگ[3]  که عمل دیفرانسیلی را انجام می دهد ، استفاده می گردد.

[1] Pinion

[2] Crown wheel

[3] Housing

1-مهره2-فلانچ اتصال به میل کاردان3-هزار خار شفت ورودی دیفرانسیل4-کاسه نمد5-رولبرینگ بیرونی6-واشرهای تنظیم(شیم)7-شفت پینیون8-لولة فاصله انداز9-رولبرینگ داخلی10-جهت دوران

11-پینیون12-چرخ دندة مخروطی هرز گرد13-چرخ دندة مخروطی سر پلوس14-واشر تنظیم (شیم)

15-رولبرینگ16-پلوس17-هزار خار پلوس18-هوزینگ19-شفت چرخ دنده های هرز گرد

20-تکیه گاه رولبرینگ21-خار تثبیت کنندة شفت چرخ دنده های هرز گرد22-کرانویل

شکل2- مجموعة دیفرانسیل

با توجه به شکل (2) ، ملاحظه می گردد که هوزینگ با پیچ به کرانویل وصل می شود و همواره با کرانویل دوران می کند. هوزینگ حامل چهار عدد چرخ دنده مخروطی می باشد . دو عدد از این چرخ دنده های مخروطی (12) که به وسیله شفت (19) به هوزینگ متصل شده اند را چرخ دنده های هرز گرد گویند . درحالیکه دو عدد چرخ دنده دیگر که به پلوس ها وصل می باشند را چرخ دنده های سرپلوس (13) می گویند .

چرخ دنده های هرزگرد (12) دارای دو نوع دوران به شرح ذیل می باشند :

1- دوران چرخ دنده های هرز گرد با هوزینگ یا کرانویل که به آن حرکت انتقالی گفته می شود .

2- دوران چرخ دنده های هرزگرد حول شفت و محور خودشان که به آن حرکت وضعی گفته می شود .

با توجه به مطالب فوق و شکل (3) ، هنگامی که نیروی مقاوم روی چرخ چپ و راست با یکدیگر برابر باشد ، چرخ دنده های هرزگرد فقط حرکت انتقالی دارند و حرکت وضعی آنها صفر می باشد ، از این رو کرانویل ، هوزینگ ، چرخ دنده های هرزگرد و چرخ دنده های سرپلوس همگی هم دور با هم دوران کرده و چرخ ها نیز با دوران برابر خودرو را در مسیر مستقیم به حرکت در می آورند .

1-کرانویل2-هوزینگ3-شفت چرخ دنده های هرز گرد4- چرخ دندة هرز گرد5-چرخ دندة سر پلوس6-پلوس

    Nc: دور کرانویل                NL: دور چرخ چپ             NR: دور چرخ راست

شکل 3-عملکرد دیفرانسیل ، هنگامی که نیروی مقاوم روی چرخ چپ و راست برابر است

چنانچه مطابق شکل (4) نیروی مقاوم روی یکی از چرخ ها از چرخ دیگر زیادتر شود ، در این وضعیت حرکت انتقالی چرخ با نیروی مقاوم بیشتر کاهش یافته و به عنوان تکیه گاهی برای چرخ دنده های هرز گرد عمل می کند ، از اینرو چرخ دنده های هرز گرد علاوه بر داشتن حرکت انتقالی ، حرکت وضعی نیز پیدا می کنند ، بنابراین حرکت انتقالی و وضعی خود را به چرخ با نیروی مقاوم کمتر منتقل کرده و باعث دوران بیشتر چرخ با نیروی مقاوم کمتر می شود . از اینرو به طور خلاصه ، هرزگرد ها مقداری از دوران چرخ با نیروی مقاوم زیادتر را گرفته و به چرخ با نیروی مقاوم کمتر منتقل می کنند و باعث دوران بیشتر چرخ با نیروی مقاوم کمتر می شود و در نتیجه باعث اختلاف (دیفرانسیل) دور چرخ چپ و راست می شود .

شکل 4-عملکرد دیفرانسیل ، هنگامی که نیروی مقاوم روی چرخ راست بیشتر از چرخ چپ می شود

بنابراین اگر مطابق شکل (3) ، هرکدام از چرخ ها با ده دور در دقیقه درحال حرکت بوده اند ، حال چنانچه مطابق شکل (4) ، اگر چرخ سمت راست ثابت شود ، دوران چرخ سمت چپ 20 دور دردقیقه می شود . به عبارتی دیگر 10 دور از چرخ سمت راست کم شده و به چرخ سمت چپ اضافه شده است .

لازم به ذکر است که در سر پیچ ها ، عامل ایجاد اختلاف در نیروی مقاوم چرخ چپ و راست ، اختلاف در شعاع دوران مسیر حرکت چرخ داخل پیچ نسبت به چرخ بیرون پیچ می باشد . به عبارتی دیگر هنگام حرکت خودرو در مسیر پیچ ، چرخ داخل پیچ باید مسیر کوتاه تری را طی کند ، در حالیکه چرخ بیرون پیچ باید مسیر طولانی تری را طی نماید ، از این رو نیروی مقاوم روی چرخ داخل پیچ بیشتر و نیروی مقاوم روی چرخ بیرون پیچ کمتر می شود .

پلوس ها شفت های توپری هستند که وظیفه انتقال گشتاور پیچشی دیفرانسیل به چرخ ها را برعهده دارند. توجه : در خودروهایی که موتور آنها عرضی نصب شده است ، وظیفة دوم دیفرانسیل حذف شده ، بنابراین پینیون و کرانویل مخروطی نبوده و چرخ دنده های معمولی می باشند ، لذا هزینه طراحی ، تولید ، نگهداری و تعمیر آنها کاهش می یابد.

منبع: ایمگ