دیفرانسیل چطور کار می‌کند؟

دیفرانسیل چطور کار می‌کند؟

دیفرانسیل بخش جدایی‌ناپذیر هر وسیله نقلیه ۴ چرخ است. فناوری دیفرانسیل قرن‌ها پیش ابداع شد و یکی از خلاقانه‌ترین اختراعات ذهن بشر محسوب می‌شود.

چرا از دنده دیفرانسیل استفاده می‌شود؟

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.

d1

قدرت موتور از طریق میل‌گاردان به چرخ‌ها منتقل می‌شود.

 

این چرخ‌ها را درنظر بگیرید که درحال عبور از پیچ هستند. کاملا واضح است که چرخ سمت چپ در مقایسه با چرخ سمت راست باید مسافت بیشتری را طی کند.

 

d2

هنگام پیچیدن به راست چرخ سمت چپ باید مسافت بیشتری را طی کند و به این معناست که چرخ سمت چپ سرعت بیشتری دارد.

 

به عبارت دیگر چرخ سمت چپ در مقایسه با چرخ سمت راست باید با سرعت بیشتری بچرخد. اگر این دو چرخ با یک میله یکپارچه به هم متصل بودند برای اینکه بتوانند از پیچ عبور کنند باید دچار هرزگردی می‌شدند. دقیقا اینجاست که مزیت دیفرانسیل آشکار می‌شود. مکانیزم مبتکرانه‌ی به کاررفته در دیفرانسیل این امکان را برای چرخ‌های چپ و راست فراهم می‌کند که بتوانند سرعت چرخش متفاوتی داشته باشند درحالی‌که قدرت موتور به هر دو چرخ منتقل می‌شود.

اگر خودرویی دیفرانسیل نداشته باشد، با افزایش سرعت از مرز ۵۰ کیلومتر در سر پیچ‌ها با خطر واژگونی مواجه خواهد شد. همچنین پیچیدن در شعاع‌های کم تقریبا غیرممکن می‌شود.

 

بخش‌هایی از یک دیفرانسیل

اکنون با استفاده از ساده‌ترین طرح ممکن مرحله‌به‌مرحله می‌آموزیم که چطور دیفرانسیل این کار را انجام می‌دهد. قدرت موتور از طریق دنده پینیون به دنده کرانویل یا دنده رینگ منتقل می‌شود. دنده کرانویل به یک دنده هرزگرد متصل است.

 

d3

انتقال قدرت از دنده پینیون به دنده هرزگرد

 

دنده هرزگرد مهم‌ترین بخش دیفرانسیل است و باید به چرخش آن توجه ویژه‌ای داشته باشید. دنده هرزگرد می‌تواند به صورت آزادانه ۲ نوع چرخش داشته باشد: ۱ – همراه با دنده کرانویل (چرخش) ۲ – حول محور خودش (هرزگردی).

 

d4

دنده هرزگرد می‌تواند آزادانه دو نوع چرخش داشته باشد.

 

 

دنده هرزگرد با دو دنده کناری درگیر می‌شود. همانطور که می‌بینید دنده هرزگرد و دنده‌های کناری از نوع دنده‌های مخروطی هستند. قدرت موتور که از میل‌گاردان به چرخ‌های محرک می‌رسد از الگوی زیر تبعیت می‌کند:

قدرت موتور ابتدا از میل‌گاردان به دنده پینیون منتقل می‌شود و چون دنده پینیون و کرانویل با هم درگیر هستند قدرت به دنده کرانویل نیز منتقل می‌شود و به دلیل ارتباط میان دنده هرزگرد و دنده کرانویل، قدرت به دنده هرزگرد منتقل می‌شود. سرانجام قدرت موتور از دنده هرزگرد به دو دنده‌ی کناری می‌رسد.

 

 

d5

اجزای اصلی یک دیفرانسیل استاندارد

 

 

عملکرد دیفرانسیل

در این قسمت توضیح می‌دهیم که چطور دیفرانسیل می‌تواند این حالت را ایجاد کند که دنده‌های کناری یا به عبارتی چرخ‌های محرک خودرو بتوانند در شرایط مختلف رانندگی سرعت چرخش متفاوتی داشته باشند.

 

حرکت خودرو در مسیر مستقیم

در این حالت دنده‌های هرزگرد همراه با دنده کرانویل می‌چرخند اما حول محور خود نمی‌چرخند. بنابراین دنده‌های کناری در اثر فشاری که دنده هرزگرد به آنها وارد می‌کند با سرعت یکسان شروع به چرخیدن می‌کنند. به طور خلاصه می‌توان گفت وقتی خودرو در مسیر مستقیم حرکت می‌کند مجموعه دنده هرزگرد و دنده‌های کناری آن به صورت یک واحد یکپارچه عمل می‌کنند و همه دنده‌ها با هم می‌چرخند.

 

هنگامی که خودرو در مسیر مستقیم حرکت می‌کند دنده هرزگرد هرزگردی نمی‌کند بلکه دنده‌های کناری را می‌چرخاند.

 

d6

هنگام پیچیدن به سمت راست

اکنون حالتی را در نظر بگیرید که خودرو به سمت راست می‌پیچد. دنده هرزگرد در این حالت نقش اصلی را به عهده دارد. در این شرایط دنده هرزگرد علاوه براینکه همراه با دنده کرانویل می‌چرخد حول محور خودش نیز چرخش دارد. بنابراین دنده هرزگرد چرخش ترکیبی دارد. اثری که این چرخش ترکیبی روی دنده‌ی کناری می‌گذارد جالب است.

 

d7

برای به‌دست‌آوردن سرعت محیطی در سمت چپ و راست دنده هرزگرد باید چرخش و هرزگردی آن را در نظر بگیریم.

اگر دنده‌ها به درستی درگیر شده‌باشند، طبیعتا سرعت خطی روی سطح هر دنده، با دنده‌ای که با آن در تماس است باید یکسان باشد. وقتی دنده هرزگرد هم درحال هرزگردی و هم درحال چرخش است، سرعت محیطی در سمت چپ دنده هرزگرد برابر با حاصل جمع سرعت‌های چرخش و هرزگردی است. اما سرعت محیطی در سمت راست دنده هرزگرد معادل تفریق سرعت‌های چرخش و هرزگردی است زیرا در سمت راست سرعت هرزگردی در جهت مخالف است. درنتیجه دنده کناری سمت چپ سرعت چرخش بیشتری نسبت به دنده کناری سمت راست خواهد داشت. به‌این‌ترتیب دیفرانسیل می‌تواند چرخ‌‌های محرک سمت چپ و راست را با سرعت‌های متفاوتی بچرخاند.

 

هنگام پیچیدن به سمت چپ

هنگام پیچیدن به سمت چپ، چرخ سمت راست باید سرعت چرخش بیشتری داشته باشد. اگر با حالت قبل مقایسه کنیم واضح است که اگر دنده هرزگرد در جهت مخالف هرزگردی داشته باشد دنده کناری سمت راست سرعت چرخش بیشتری خواهد داشت.

 

d8

هنگام پیچیدن به چپ، دنده هرزگرد در جهت مخالف هرزگردی می‌کند.

 

 

استفاده از دنده‌های هرزگرد بیشتر

برای اینکه دیفرانسیل بتواند نیرو و گشتاور بیشتری را تحمل کند معمولا یک دنده هرزگرد دیگر به آن اضافه می‌کنند. توجه داشته باشید که دنده‌های هرزگرد باید در جهت مخالف هم بچرخند تا حرکت صحیح یک چرخ‌دنده را داشته باشند. در خودروهای سنگین‌ که دیفرانسیل آنها باید نیروی بیشتری را تحمل کند از ۴ دنده هرزگرد نیز استفاده می‌شود. در چنین مواردی دنده‌های هرزگرد به دو سر یک میله عرضی متصل می‌شوند و می‌توانند آزادانه و مستقل از هم چرخش داشته باشند.

 

d9

برای حمل بارهای سنگین و انتقال گشتاور بیشتر معمولا از دو دنده هرزگرد استفاده می‌شود.

 

وظایف دیگر دیفرانسیل

دیفرانسیل علاوه‌براینکه امکان چرخش چرخ‌ها با سرعت‌های متفاوت را فراهم می‌کند دو کاربرد دیگر نیز دارد. یکی از این کاربردها کاهش سرعت در مجموعه دنده‌های کرانویل و پینیون است. این کاهش سرعت به خاطر این است که تعداد دندانه‌های دنده کرانویل تقریبا ۴ یا ۵ برابر بیشتر از تعداد دندانه‌های دنده پینیون است درنتیجه نسبت دنده تا حد زیادی افزایش یافته و سرعت دنده کرانویل کاهش می‌یابد. این کاهش سرعت منجر به افزایش گشتاور در چرخ‌ها خواهد شد.

یک ویژگی منحصربه‌فرد دنده کرانویل این است که از نوع دنده‌های هیپوئید یا چرخی است. دنده‌های هیپوئید نسبت به جفت دنده‌های دیگر سطح تماس بیشتری دارند و درنتیجه دنده‌ها عملکرد نرم و روانی دارند. وظیفه دیگر دیفرانسیل تغییر جهت جریان انتقال قدرت با زاویه ۹۰ درجه است.

دیفرانسیل‌های قدیمی که در آنها از دنده‌های معمولی استفاده می‌شد، در سرعت‌های بالا صدای زوزه خاصی داشتند. (صدایی شبیه حرکت در دنده عقب). برای مثال اگر سوار پیکان شده باشید، حتما زوزه دیفرانسیل عقب به گوشتان رسیده است. اما دنده‌های جدید، چنین صدایی ندارند.

 

معایب یک دیفرانسیل استاندارد

این مدل از دیفرانسیل که در این مقاله به شرح کارکرد آن پرداختیم دیفرانسیل باز یا استاندارد نام دارد. این نوع دیفرانسیل قابلیت چرخاندن چرخ‌ها با سرعت‌های متفاوت را دارد اما یک ایراد عمده دارد. حالتی را فرض کنید که یکی از چرخ‌های خودرو در سطحی با چسبندگی مناسب و چرخ دیگر آن در یک سطح لغزنده باشد.

 

d10

خودرویی با دیفرانسیل استاندارد در سطوحی که اصطکاک متفاوتی دارند قادر به حرکت نخواهد بود.

 

در این حالت یک دیفرانسیل استاندارد بیشتر قدرت موتور را به چرخی که اصطکاک کمتری دارد منتقل می‌کند بنابراین خودرو قادر به حرکت نخواهد بود. برای غلبه بر این مشکل دیفرانسیل‌های لغزش‌ محدود معرفی شدند. خودروهای آفرودی برای غلبه بر این چالش به دیفرانسیل لغزش محدود و حتی قفل دیفرانسیل مجهز شده‌اند و در خودروهای سواری، سیستم TCS وظیفه کنترل هرزگردی را بر عهده دارد.

  برچسب ها: