دیفرانسیل خودرو یکی از اجزای مهم سیستم انتقال قدرت خودرو است که نقش کلیدی در مانورپذیری و تعادل خودرو در سرپیچ‌ها و ناهمواری‌ها دارد.
وظیفه دیفرانسیل چیست؟
دیفرانسیل ماشین یک دستگاه مکانیکی است که نیروی دریافتی از گیربکس را به دو چرخ محرک خودرو تقسیم می‌کند. همچنین دیفرانسیل باعث می‌شود که چرخ‌های محرک با سرعت‌های مختلف بچرخند، بسته به شرایط جاده و زاویه گردش خودرو. این ویژگی باعث افزایش فرمان‌پذیری و کاهش فشار بر روی تایر‌ها و سایر قطعات خودرو می‌شود.
مانند بسیاری از چیزهای موجود در خودروهای مدرن، دنده ساده ای که به عنوان دیفرانسیل شناخته می شود ، مرتباً اصلاح و آزمایش شده است – که منجر به طیف وسیعی با مزایا و معایب خاص خود می شود.
تاریخچه اختراع :
اولین نمونه از دیفرانسیل یک طرح باستانی است که نمونه شناخته شده استفاده از آن در چین و در هزاره اول قبل از میلاد ثبت شده است .
اگرچه این مدت‌ها قبل از اختراع خودرو بود، گاری‌ها، واگن‌ها و ارابه‌ها همچنان با همان مشکل لیز خوردن یا کشیدن یک چرخ در هنگام پیچیدن، افزایش فرسودگی و آسیب دیدن هنگام حرکت دست وپنجه نرم می‌کردند.
با ظهور موتورها که چرخ‌های جلو یا عقب را به حرکت در می‌آورند تا یک وسیله نقلیه رابه حرکت درآورد، مشکل جدیدی اضافه شد ، اینکه چگونه می‌توان چرخش مستقل را امکان‌پذیر کرد در حالی که هنوز هر دو چرخ در حرکت هستند.
نمونه های اولیه :
نمونه هایی از اولین خودروها فقط یک چرخ را روی یک محور مستقل به حرکت در می آوردند. اما این دور از ایده آل بود، زیرا به این معنی بود که آنها ضعیف بودند و با مشکلات مکرر کشش و چرخش در هر جایی به غیر از زمین صاف و محکم مواجه می شدند.
در نهایت این منجر به توسعه دیفرانسیل شد قبل از اینکه سایر انواع پیچیده تر برای غلبه بر شرایط رانندگی پیچیده تر توسعه داده شوند.
اجزائ دیفرانسیل عبارتند از:
– پینیون:
دنده‌ای است که به محور گاردان (کاردان) وصل شده و نیرو را از گیربکس به دستگاه دیفرانسیل منتقل می‌کند.
– کرانوئل:
دنده‌ای است که با پینیون درگیر شده و نقش کاهنده دور و افزایش گشتاور را بر عهده دارد. همچنین جهت نیرو را تغییر می‌دهد و آن را به پلوس‌ها منتقل می‌کند.
– پلوس:
دو عدد دنده هستند که به دو طرف کرانوئل قرار گرفته‌اند و نقش تقسیم نیرو را بین دو چرخ محرک انجام می‌دهند. پلوس‌ها با ساتلایت‌ها درگیر شده‌اند.
– ساتلایت: چهار عدد دنده هستند که بین پلوس‌ها قرار گرفته‌اند و بر روی گیربکس دستگاه دیفرانسیل قابل حرکت هستند. ساتلایت‌ها باعث محاسبه تفاوت سرعت بین دو پلوس و تغذيه آن به پينيون هستند.
انواع دیفرانسیل ماشین به طور کلی در دسته های زیر قرار می‌گیرند:
- دیفرانسیل باز
- دیفرانسیل قفل‌شونده
- دیفرانسیل LSD یا دیفرانسیل لغزش محدود
- دیفرانسیل توزیع گشتاور
- دیفرانسیل الکترونیکی
این دستگاه‌ها باعث می‌شوند که چرخ‌های یک محور در پیچ‌ها و ناهمواری‌ها تعداد دور متفاوتی بزنند و به این ترتیب کشش و پایداری خودرو را افزایش دهند. انتخاب نوع دیفرانسیل بستگی به نوع خودرو، سبک رانندگی و شرایط جاده دارد.
دیفرانسیل باز:
دیفرانسیل باز نیروی موتور را به دو شفت چرخ‌های یک محور تقسیم می‌کند و اجازه می‌دهد که آنها با سرعت‌های متفاوت بچرخند.
این نوع در جاده‌های آسفالت‌شده و معمولی عملکرد خوبی دارد، اما در جاده‌های آفرود و لغزنده عملکرد ضعیفی دارد، زیرا قدرت را به چرخی منتقل می‌کند که کمترین مقاومت را دارد. بنابراین، اگر چرخی روی هوا باشد یا بر روی سطح لغزنده قرار گیرد، دیگر چرخ نمی‌تواند خودرو را حرکت دهد.
مزایا:
هزینه پایین تعمیر و نگهداری
سادگی ساختار
کم بودن سایش لاستیک‌ها
معایب آن عبارتند :
انتقال قدرت به چرخ هایی که کشش کمتری دارند
کشش پایین در جاده‌های آفرود، فشار بالاتر بر روی شفت محور و عدم توانایی در کنترل نسبت چرخش شفت‌ها
دیفرانسیل قفل شونده:
این نوع از دیفرانسیل به راننده اجازه می دهد تا گشتاور را بین چرخ های محور محرک به صورت یکنواخت تقسیم کند. این ویژگی در شرایط خارج از جاده که چرخ ها با مقاومت های مختلف روبرو می شوند، بسیار مفید است. با قفل کردن دیفرانسیل، راننده می تواند از گیر کردن خودرو در زمین های لغزنده، نامتعادل یا نرم جلوگیری کند و به حرکت خود ادامه دهد.
قفل شونده‌ها معمولا در خودروهای چهارچرخ محرک وجود دارد و می‌تواند به صورت خودکار یا قابل انتخاب باشد.
مزیت:
گشتاور بیشتری را به چرخی که کشش بهتری دارد هدایت می‌کند.و چرخ دیگر محدود نمی‌شود
عملکرد خوب در دو حالت قفل یا بدون قفل
کارایی مناسب و هماهنگ
معایب :
– هزینه بالاتر نسبت به دیفرانسیل باز استاندارد.
– صدای زیاد و پارس کردن لاستیک هنگام پیچیدن در جاده های آسفالت.
– درگیر شدن و جدا شدن سخت برای بعضی از دیفرانسیل های خودکار
– کاهش فرمان پذیری و استهلاک خودرو در حالت قفل
به همین دلیل، راننده باید با نحوه و زمان استفاده از قفل شونده آشنا باشد و فقط در زمان لزوم از آن استفاده کند. در غیر این صورت، ممکن است به خودرو یا جاده آسیب بزند یا در موقعیت های خطرناک قرار بگیرد.
دیفرانسیل LSD:
لغزش محدود یا LSD اجازه می‌دهد چرخ‌های یک محور با سرعت‌های متفاوت بچرخند، اما در صورت لغزش یکی از آنها، نیروی بیشتری را به چرخ دارای اصطکاک بالاتر منتقل می‌کند.
این کار باعث می‌شود که خودرو قدرت پیشرانش را حفظ کند و در جاده‌های آفرود و پیچ‌گیر عملکرد بهتری داشته باشد. دیفرانسیل لغزش محدود از سیستم‌های مکانیکی، هیدرولیکی، الکترونیکی یا ترکیبی از آنها برای کنترل نسبت چرخش چرخ‌ها استفاده می‌کند.
بعضی از خودروهای اسپرت، مسابقه‌ای و چهارچرخ‌محور دارای دیفرانسیل لغزش محدود هستند.
مزایا:
کشش بالاتر
پایداری بهتر
ساییدگی کمتر و عملکرد مناسب در شرایط مختلف جاده
معایب آن شامل:
هزینه بالاتر
تعمیر پیچیده‌تر
صدای بالاتر و احتمال خطا در سنسورها و کامپیوتر است.
LSD در انواع مختلفی تولید می‌شود، از جمله کلاچی، کوپلینگ چسبناک، قفل شدنی و تورسن.
دیفرانسیل توضیع گشتاور
توزیع گشتاور یا Torsen یک نوع دیفرانسیل است که با استفاده از چرخ دنده‌های هلیکال و کلاچ‌های مکانیکی، قابلیت تنظیم نسبت گشتاور بین دو خروجی را دارد. این نوع دیفرانسیل در برخی خودروهای چهارچرخ محرک و چهارچرخ کنترل مورد استفاده قرار می‌گیرد.
مزایا:
– بهبود عملکرد خودرو در شرایط لغزنده و آفرود، با انتقال بیشتر گشتاور به چرخ‌هایی که بالاترین کشش را دارند.
– افزایش پایداری و خوشفرمانی خودرو در پیچ‌ها، با کاهش اثر آورستیر و زیرستیر.
– حذف نیاز به قطعات الکترونیک و هیدرولیک برای کنترل دیفرانسیل، با کاهش هزینه و افزایش قابل اعتماد بودن.
معایب :
– افزایش وزن و حجم دستگاه نسبت به دیفرانسیل‌های ساده، با کاهش راندمان سوخت.
– عدم قابلیت تغییر نسبت گشتاور بین خروجی‌ها به صورت مستقل، با محدود شدن انعطاف‌پذیری در شرایط مختلف.
– نیاز به روغن مناسب و تعویض منظم آن، با افزایش هزینه نگهداری.
دیفرانسیل الکترونیکی:
دیفرانسیل الکترونیکی با استفاده از دو ولتاژ ورودی متفاوت، یک ولتاژ خروجی تولید می کند. این دستگاه می تواند برای تقویت، کاهش نویز، اندازه گیری و سوئیچینگ استفاده شود.
مزایا:
– حساسیت بالا به تفاوت ولتاژ ورودی و پایین بودن حساسیت به تغییرات ولتاژ کل
– کاهش نویز و تداخلات الکترومغناطیسی
– دارای تقویت کننده های عملیاتی
– قابلیت سوئیچینگ سریع با استفاده از ترانزیستور های MOSFET
معایب:
– نیاز به دو منبع ولتاژ مستقل برای ورودی ها
– نامطابقت های حرارتی و ساختاری بین دو ورودی که باعث اختلاف در خروجی می شود
– پایین بودن امپدانس خروجی که باعث افت ولتاژ در مسیر خروجی می شود
– پایین بودن دامنه خطارسانه که باعث محدود شدن رنج خروجی مطلوب می شود
به طور کلی، خودرو ها را می توان بر اساس تعداد چرخ های محرک و نوع دیفرانسیل آنها به چند دسته تقسیم کرد:
– خودرو های دو چرخ محرک:
این خودرو ها فقط دارای یک دیفرانسیل هستند که نیرو را از گیربکس به چرخ های جلو FWD یا عقب منتقل می کند.
معمولا از خودرو های دیفرانسیل عقب RWD امروزه کمتر مورد استفاده هستند
این خودرو ها به طور معمول کمترین قابلیت عبور از سطوح ناهموار را دارند و در شتاب گیری و کارایی سوخت نسبتا بهتر عمل می کنند.
– خودرو های چهار چرخ محرک 4WD:
این خودرو ها دارای دو دیفرانسیل هستند که نیرو را به هر دو جفت چرخ جلو و عقب منتقل می کنند. این خودرو ها قابلیت عبور از سطوح شیب دار و صعب العبور را بالا می برند و در پایداری و فرمان پذیری بهتر عمل می کنند. البته این خودرو ها در شتاب گیری و کارایی سوخت نسبت به خودرو های دو چرخ محرک ضعیف تر هستند.
– خودرو های تمام چرخ محرک:
این خودرو ها علاوه بر دو دیفرانسیل جلو و عقب، دارای یک دستگاه دیگر به نام دستگاه تقسیم قدرت (PTU) هستند که نقش تعادل بخش بین نیروهای منتقل شده به جفت چرخ ها را بر عهده دارد. این خودرو ها قابل تغییر حالت از حالت تمام چرخ محرک به حالت دو چرخ محرک و بالعکس هستند.
مقالات پیشنهادی:
باتری ماشین و هر انچه باید بدانید
منابع:
