انواع، اجزا، عملکرد دیفرانسیل ساده
مجموعه دیفرانسیل
در مقاله قبلی در مورد انواع خودرو از نوع محور انتقال نیروی به چرخها مطالبی ارائه شد مجموعه دیفرانسیل یکی از مجموعههای مهم در مسیر انتقال قدرت به چرخها، است. در این مقاله به وظیفه، انواع، اجزا و عملکرد است سیستم پرداخته خواهد شد.
آنچه در این مقاله خواهید خواند…
وظیفه دیفرانسیل
انواع مجموعه دیفرانسیل
اجزا مجموعه دیفرانسیل
عملکرد دیفرانسیل
در مسیر انتقال قدرت به چرخها، دیفرانسیل از اجزا انتهایی سیستم به شمار میروند و بهصورت چند وظیفه دارند که نمودار شکل 1 آن را نشان میدهد.
شکل 1- وظایف مجموعه دیفرانسیل
دو وظیفه افزایش گشتاور و ایجاد تناسب دور بین چرخها در تمامی دیفرانسیلها انجام میشود اما تغییر زاویه محور دوران متناسب با نوع سیستم انتقال قدرت میتواند از جمله وظایف دیفرانسیل باشد. معمولاً در خودروهای موتور جلو/ عقب محرک (RWD) یا برخی خودروهای چهارچرخ محرک زاویه محور دوران تغییر میکند. شکل 2 و 3 این موضوع را نشان میدهد.
A: محور موتور B: محور چرخهای محرک
شکل 2- مقایسه محورهای دوران در خودروهای مختلف (نمادین)
A: عقب محرک – تغییر دارد B: جلو محرک – تغییر ندارد
شکل 3- تغییر زاویه (راستا) محور دوران
فیلم زیر بهصورت خلاصه وظایف دیفرانسیل را نشان میدهد.
در ادامه مقاله اطلاعات بیشتری در مورد وظایف و نحوه انجام آن در مجموعه دیفرانسیل ارائه خواهد شد.
نکته: اگر خودرو جلو محرک دارای موتور طولی باشد (فقط موارد بسیار خاص) دیفرانسیل وظیفه تغییر 90 درجهای محور دوران را نیز انجام میدهد. (شکل 4)
شکل 4- خودرو جلو محرک – موتور طولی
انواع مجموعه دیفرانسیل
همانطور که در مقالههای قبل نیز اشاره شده است هر سیستم یا مجموعه را میتوان به روشهای مختلف دستهبندی کرد. مجموعه دیفرانسیل نیز از این نظر مستثنی نیست. نمودار شکل 5 چند روش دستهبندی مجموعه دیفرانسیل را نشان میدهد.
شکل 5- روشهای دستهبندی دیفرانسیل
سادهترین روش دستهبندی دیفرانسیلها، تقسیمبندی از نظر محل قرارگرفتن در خودرو است در خودروهای عقب محرک یا چهارچرخ محرک مجموعه دیفرانسیل بهصورت مجزا دیده میشود. اما در خودروهای جلو محرک مجموعه دیفرانسیل داخل جعبهدنده (گیربکس) قرار گرفته است. شکل 6 این نمونه را نشان میدهد.
A: واحد دیفرانسیل
شکل 6- گیربکس محرک جلو و دیفرانسیل داخل آن (L 90)
شکل 7 نمونهای از دیفرانسیلها در خودرو محرک عقب را نشان میدهد. همانطور که قبلاً اشاره شد این نوع دیفرانسیلها مجزا از جعبهدنده هستند.
شکل 7 – دیفرانسیل عقب در خودرو عقب محرک
خودروهای چهارچرخ محرک ترکیبی از نوع جلو محرک و عقب محرک هستند.
برای تشریح قسمتهای دیگر بهتر است ابتدا با اجزا و عملکرد عمومی مجموعه دیفرانسیل آشنا شده سپس روشها دیگر دستهبندی مورد بررسی قرار گیرد.
اجزا مجموعه دیفرانسیل
با اینکه نوع دیفرانسیل در اجزا بکار رفته در آن مؤثر است اما اجزایی وجود دارد که در همه دیفرانسیلها مشترک است. شکل 8 این اجزا را نشان میدهد.
1-چرخدنده پینیون 2- چرخدنده هرزگرد 3- هوزینگ 4- چرخدنده سر پلوس
5- محور پلوس 6- چرخدنده هرزگرد 7- چرخدنده سر پلوس 8- گاردان 9- محور پلوس 10- کرانویل
شکل 8- اجزا عمومی دیفرانسیل (عقب محرک)
انتقال دور و گشتاور در مجموعه دیفرانسیل از قسمت پینیون و کرانویل آغاز میشود. همانطور که در شکل 9 ملاحظه میشود. نوع درگیری پینیون و کرانویل در دیفرانسیل جلو محرک و عقب محرک متفاوت است.
شکل 9- مجموعه پینیون و کرانویل
همانطور که در شکل 10 مشاهده میشود تعداد دندههای کرانویل از پینیون بیشتر است بنابراین در هنگام انتقال دوران، گشتاور افزایش و دور کاهش مییابد بنابراین مهمترین وظیفه پینیون و کرانویل افزایش گشتاور (و کاهش دور) است.
شکل 10- افزایش گشتاور در دیفرانسیل
در دیفرانسیلهای عقب محرک وظیفه تغییر محور دوران را نیز انجام میدهد.
اگر به شکل 5 مراجعه کنید یکی از روشهای دستهبندی مجموعه دیفرانسیل را نوع دنده معرفی کرده است. منظور از نوع دنده، نوع چرخدنده پینیون و کرانویل است. سه نوع چرخدنده برای این موضوع وجود دارد که در شکل 11 نشاندادهشده است.
شکل 11- انواع چرخدنده پینیون و کرانویل
تقریباً تمامی خودروهای عقب محرک امروزی از چرخدنده از نوع هیپویید استفاده میشود. این نوع چرخدندهها به دلیل افزایش سطح درگیری دندهها، قابلیت انتقال توان بالاتر را دارند بعلاوه این چرخدندهها صدای کمتری ایجاد میکنند و به دلیل پایینتر بودن نسبت به خط محور میتوانند باعث شوند ناودانی (تونل) گاردان در خودروهای محرک عقب پایینتر رفته که بهراحتی سرنشینان عقب کمک زیادی میکند.
توجه: انواع ذکر شده در چرخدندهها پینیون و کرانویل مربوط به نوع عقب محرک است. در جعبهدندههای جلو محرک دنده از نوع مارپیچ استفاده میشود
اگر کرانویل مستقیماً به پلوسها متصل باشد (قفل باشد) حرکت کرانویل مستقیماً به چرخها منتقل میشود. در حالت عادی شاید این موضوع مشکلی را ایجاد نکند اما اگر خودرو وارد پیچ شود دچار مشکل میشود.
شکل 12 – مقایسه مسافت پیموده شده در پیچ توسط چرخ داخل و خارج پیچ (نمادین)
همانطور که در شکل 12 نشاندادهشده است هنگام حرکت در پیچ چرخهای داخل پیچ مسافت کمتری را نسبت به چرخهای خارج پیچ طی میکنند؛ بنابراین باید چرخهای محرک طوری طراحی شوند که در هنگام رسیدن به پیچها دور را بین چرخ داخل و خارج پیچ طوری تقسیم کنند که سبب سرخوردن خودرو و انحراف از مسیر حرکت نشود. چرخدندههای هرزگرد و پلوس و هوزینگ وظیفه ایجاد این تغییر دور را بر عهده دارند.
عملکرد دیفرانسیل
همانطور که ذکر شد یکی از وظایف مجموعه دیفرانسیل تقسیم متناسب دور چرخها است. هنگامی که خودرو در حال حرکت بهصورت مستقیم است، انتقال دور و گشتاور در دیفرانسیل در فیلم 2 نشاندادهشده است.
ملاحظه میگردد گشتاور/دور از طریق پینیون به کرانویل منتقل میشود این دوران از طریق هوزینگ به دندههای هرزگرد منتقل میشود. نظر به اینکه نیروی مقاوم سر هر دوچرخ با هم مساوی است. نیروی مقاوم سر دنده پلوس نیز با هم مساوی خواهد بود این اتفاق سبب میشود دنده هرزگرد (در این فیلم بهصورت نمادین یک دنده هرزگرد نشاندادهشده است) حرکت دورانی نداشته و فقط دوران هوزینگ را به دندههای سر پلوس منتقل میکنند و در نهایت پلوس چرخیده و باعث انتقال گشتاور/دور به چرخها میشود.
هنگامی که خودرو وارد پیچ میشود، تساوی نیروهای مقاوم سر چرخها از بین میرود (به دلیل اضافهشدن نیروی جانب مرکز در محاسبات دینامیک چرخ) چرخ داخل پیچ تحتتأثیر نیروی مقاوم بیشتر و چرخ خارج پیج تحتتأثیر نیروی مقاوم کمتر قرار میگیرد، فیلم 3 این حالت را نشان میدهد.
همانطور که در فیلم مشاهده میشود تفاوت نیروی مقاوم روی دنده پلوسهای داخل و خارج پیچ باعث میشود دندههای هرزگرد حرکت دورانی حول محور خود نیز پیدا کرده و در نتیجه متناسب با وجود نیروی مقاوم در سر دنده پلوسهای داخل و خارج پیچ، گشتاور/دور را به دنده سر پلوس، پلوس و نهایتاً به چرخ منتقل کند. شکل 13 مقایسه این دو حالت را نشان میدهد.
شکل 13- مقایسه دور در حرکت مستقیم و پیچ
بد نیست بدانید: در برخی شرایط خاص برای انجام برخی مسابقات خاص، تعدادی از چرخدندههای داخل (هرزگردها – سر پلوس) را به بدنه جوش میدهند. این نوع دیفرانسیلها که بهصورت دستساز تغییرات دارند به دیفرانسیلهای جوشکاری شده Welded شناخته میشوند و همانطور که ذکر شد در برخی مسابقات دریفت (Drift) برای ایجاد حداکثر تراکشن (Traction)در شروع حرکت بکار برده میشوند البته در صورت این کار خودرو در پیچها دچار بیش فرمانی میشود. بهصورت کلی هیچگاه این کار برای یک خودرو عادی پیشنهاد نمیشود. (فقط مسابقات صفر تا صد)
شکل 14- دیفرانسیل جوشکاری شده (برای مقاصد خاص)
اینکه دیفرانسیل میتواند متناسب با نیروهای مقاوم سر چرخ دور را به هر چرخ منتقل کند در پیچها بسیار مفید است اما همین خاصیت در حالتی دیگر سودمند به نظر نمیرسد. به فیلم 4 توجه کنید.
فیلم 4 عملکرد دیفرانسیل هنگامی که یک چرخ محرک روی سطح لغزنده قرار میگیرد را نشان میدهد. به شکل 15 توجه کنید.
شکل 15- عکسالعمل دیفرانسیل در هنگام قرارگرفتن یک چرخ روی سطح لغزنده
همانطور که در شکل 15 ملاحظه میشود. هنگامی که یکی از چرخهای محرک رو سطح لغزنده (با اصطکاک کمتر) قرار میگیرد. بر اساس عملکرد مجموعه دیفرانسیل، آن چرخ دور بیشتری میزند (حالت بکسواد) که این اتفاق برای کنترل و حرکت خودرو نامناسب است. برای جلوگیری از این اتفاق از دیفرانسیلهای ضدلغزش استفاده میشود. در مقالههای بعدی اجزا و عملکرد دیفرانسیلهای ضدلغزش بررسی خواهد شد.
نویسنده : مهندس بهروز خطیبی