مکانیک خودرو تخصصی – بخش 22

گرداننده نهايی(Final Drive ) و ديفرانسيل(Differential)

وظیفه دیفرانسیل:

گرداننده نهایی که اصطلاحا به آن دیفرانسیل نیز گفته می‌شود آخرین بخش چرخ دنده‌ای در سیستم انتقال قدرت خودروهای سواری است(در کامیون‌ها بعضا در توپی چرخ هم از یک گیربکس کاهنده دور استفاده می‌شود) و دارای وظایفی به شرح زير است:
1-کاهش دور و افزايش گشتاور خروجي گيربكس، برای دستيابي به سرعت و نيروي محرك مورد نياز خودرو. معمولا با توجه به تعداد دندانه‌های پینیون و کرانویل، نسبت تبدیلی حدود 4 ایجاد می‌شود و از اینرو دور خروجی گیربکس قبل از رسیدن به چرخ‌های محرک یک چهارم و گشتاور آن چهار برابر می‌شود.
2-مطابق شکل 1 تغيير 90 درجه‌اي صفحه دوران، درخودروهايي كه موتور در جهت طول خودرو نصب شده است.

1-موتور 2-کلاچ 3-گیربکس 4-اتصال محور خروجی گیربکس به میل‌کاردان 5-میل‌کاردان 6-پلوس 7-دیفرانسیل با پینیون و کرانویل مخروطی 8-پوسته دیفرانسیل
شکل 1- تغییر 90 درجه‌ای صفحه دوران با استفاده از پینیون و کرانویل مخروطی

بدین منظور مطابق شکل 2 با استفاده از چرخ‎دندهای مخروطی پینیون و کرانویل با پروفیل دنده هیپوئید، صفحه دوران 90 درجه تغییر داده و به چرخ‌های محرک عقب منتقل می‌شود.

1-کرانویل 2-پینیون
شكل2-مجموعه پينيون و كرانويل در خودروهای عقب محرک

در حالیکه مطابق شکل 3 در خودروهای جلو محرک که محور دوران موتور، کلاچ، گیربکس، دیفرانسیل و چرخ‌ها در جهت عرض خودرو قرار گرفته است از چرخ دنده‌های مورب به عنوان پینیون و کرانویل استفاده می‌شود.

1-پینیون 2-کرانویل
شکل 3- پینیون و کرانویل خودروهای جلو محرک

3-امکان ايجاد اختلاف دور مناسب بين چرخ‌های محرک چپ و راست در صورت نیاز ( همانند شکل 4 که خودرو در پیچ جاده قرار می‌گیرد و برای ارتقای پایداری حرکتی خودرو، باید چرخ داخل پیچ محیط کمتری را طی کند که طبیعتا باید تعداد دور آن کمتر از تعداد دور چرخ بیرون پیچ باشد یا زمانی که یکی از چرخ‌های محرک روی برآمدگی یا فرورفتگی ناشی از ناهمواری جاده(طی کردن محیط) قرار گرفته و چرخ دیگر بر روی سطح صاف(طی کردن وتر) قرار می‌گیرد و چرخی که روی دست‌انداز قرار می‌گیرد باید دوران بیشتری داشته باشد تا بتواند محیط بیشتری را طی کند)

شکل4-تغییر دور مناسب بین چرخ‌های محرک داخل و بیرون پیچ

4-ايجاد اختلاف دور مناسب بين چرخ‌های عقب و جلو خودرو در خودروهای چهارچرخ محرك. اين وظيفه برعهده ديفرانسيل مركزی يا ديفرانسيل سوم است.
چرخ‌دنده كوچك را پينيون(Pinion) و چرخ‌دندة بزرگ را كرانويل(Crown wheel) می‌نامند. این مجموعه در خودرو، نسبت‌دنده اي درحدود چهار ايجاد می‌كند، بنابراين دور ورودی از طريق پينيون يك چهارم شده و از كرانويل خارج می‌شود در حاليكه گشتاور ورودی به پينيون چهار برابر شده و از كرانويل خارج می‌شود.

نحوه کارکرد دیفرانسیل:

برای دستيابی به هدف اصلی كه ايجاد اختلاف دور مورد نياز بين چرخ‌های داخل و بيرون پيچ (چرخ‌هاي محرك) و يا هر چهار چرخ (در خودروهای چهارچرخ محرك) مطابق شكل ….. از يك مجموعه هوزينگ(Housing ) كه عملیات ديفرانسيلی یا تفاضلی را انجام می‌دهد، استفاده می‌گردد که به کرانویل متصل شده است.

1-مهره 2-فلانچ اتصال به میل کاردان 3-هزار خار محور ورودی دیفرانسیل 4-کاسه‌نمد 5-رولبرینگ بیرونی 6-واشرهای تنظیم(شیم) 7-محور پینیون 8-لوله فاصله انداز 9-رولبرینگ داخلی 10-جهت دوران 11-پینیون 12-چرخ‌دنده مخروطی هرزگرد 13-چرخ‌دندة مخروطی سر پلوس 14-واشر تنظیم (شیم)
15-رولبرینگ 16-پلوس 17-هزارخار پلوس 18-هوزینگ 19-محور چرخ‌دنده‌های هرزگرد
20-تکیه گاه رولبرینگ 21-خار تثبیت کننده محور چرخ‌دنده های هرزگرد 22-کرانویل
شکل 5-مجموعه ديفرانسيل

با توجه به شكل 5 ملاحظه می‌گردد كه هوزينگ با پيچ به كرانويل وصل مي‌شود و همواره با كرانويل دوران مي‌كند. هوزينگ حامل چهار عدد چرخ دنده مخروطي است. دو عدد از اين چرخ‌دنده‌های مخروطی (12) كه به وسيله محور (19) به هوزينگ متصل شده‌اند را چرخ‌دنده‌هاي هرزگرد گويند. درحاليكه دو عدد چرخ‌دنده ديگر كه به پلوسها متصل هستند را چرخ‌دنده‌هاي سرپلوس (13) می‌نامند

چرخ‌دنده‌های هرزگرد (12) داراي دو نوع دوران به شرح ذيل هستند:

1. دوران چرخ‌دنده‌های هر گرد با هوزينگ يا كرانويل كه به آن حركت انتقالی گفته می‌شود.
2. دوران چرخ‌دنده‌های هرزگرد حول محور خودشان كه به آن حركت وضعی گفته می‌شود.

با توجه به مطالب فوق و شكل 6، هنگامی كه نيروی مقاوم روی چرخ چپ و راست با يكديگر برابر باشد، چرخ‌دنده‌های هرزگرد فقط حركت انتقالی دارند و حركت وضعی آنها صفر است، از اين رو كرانويل، هوزينگ، چرخ‌‌دنده‌های هرزگرد و چرخ‌دنده‌های سرپلوس همگی هم دور هستند و با هم دوران می‌کنند و چرخ‌ها نيز با دوران یکسان، خودرو را در مسیر مستقیم به حركت در می‌آورند.

1-کرانویل 2-هوزینگ 3-محور چرخ‌دنده‌های هرزگرد 4-چرخ‌دندة هرزگرد 5-چرخ‌دندة سر پلوس 6-پلوس
دور کرانویلN_C: دور چرخ چپ N_L: دور چرخ راست N_R:
شکل6-عملکرد دیفرانسیل در حرکت مستقیم

چنانچه مطابق شكل 7 نيروی مقاوم روی يكی از چرخ‌ها از چرخ ديگر زيادتر شود، در این وضعیت حرکت انتقالی چرخ با نیروی مقاوم بیشتر کاهش یافته و به عنوان تکیه‌گاهی برای چرخ‌دنده‌های هرزگرد عمل می‌کند، از اینرو چرخ‌دنده‌های هرزگرد علاوه بر داشتن حرکت انتقالی، حرکت وضعی نیز پیدا می‌کنند، بنابراین حرکت انتقالی و وضعی خود را به چرخ با نیروی مقاوم کمتر منتقل کرده و باعث دوران بیشتر چرخ با نیروی مقاوم کمتر می‌شود. از اينرو، هرزگردها مقداری از دوران چرخ با نيروی مقاوم زيادتر را گرفته و به چرخ با نيروي مقاوم كمتر منتقل می‌كنند و باعث دوران بيشتر چرخ با نيروی مقاوم كمتر می‌شود و در نتیجه باعث اختلاف (دیفرانسیل) دور چرخ چپ و راست می‌شود.

شکل 7-عملکرد دیفرانسیل، هنگامی که نیروی مقاوم روی چرخ راست بیشتر از چرخ چپ می‌شود

بنابراين اگر مطابق شكل 7 هركدام از چرخ‌ها با ده دور در دقيقه درحال حركت بوده‌اند، حال چنانچه مطابق شكل 7 اگر چرخ سمت راست ثابت شود، دوران چرخ سمت چپ 20 دور دردقيقه مي‌شود. به عبارتی ديگر 10 دور از چرخ سمت راست كم شده و به چرخ سمت چپ اضافه شده است. رابطه ….. ارتباط بین دور کرانویل با دور چرخ سمت راست و چرخ سمت چپ را نشان می‌دهد.