دیفرانسیل سه کار را انجام می دهد:
چرا خودرو به دیفرانسیل نیاز دارد؟
چرخ های خودرو با سرعت های متفاوت می چرخند. به ویژه هنگام پیچیدن خودرو، با استفاده از انیمیشن زیر می توانید در یابید که هنگام پیچیدن خودرو چرخ ها فواصل متفاوتی را طی می کنند.
چرخ داخلی نسبت به چرخ خارجی مسافت کمتری را طی می کند. از آنجایی که سرعت برابر است با جا به جایی تقسیم بر زمان جا به جایی، چرخی که مسافت کمتری را طی می کند سرعتش هم کمتر است. توجه کنید که چرخ های جلو هم نسبت به چرخ های عقب مسیر متفاوتی را طی می کنند.
برای چرخ هایی که پیشران نیستند و نیروی موتور به آن ها منتقل نمی شود مشکلی پیش نمی آید. مانند چرخ های جلو در یک خودرو که چرخ های عقب پیشران هستند و یا چرخ های عقب در خودروای که چرخ های جلو پیشران هستند. اما چرخ های پیشران به هم متصل اند به طوری که یک موتور واحد و یک سیستم انتقال قدرت واحد آن ها را به گردش درمی آورد. اگر ماشین شما دیفرانسیل نداشته باشد، چرخ ها به همدیگر قفل خواهند شد پس می بایست همیشه با سرعت های برابر گردش کنند.
با این شرایط پیچیدن خودرو با مشکل مواجه می شود و یکی از چرخ ها باید روی زمین بلغزد. با وجود چرخ های مدرن امروزی و خیابان های بتنی، نیروی زیادی برای لغزاندن یک چرخ لازم است و این نیرو باید از طریق محور چرخ ها از یک چرخ به چرخ دیگر منتقل شود که این کار کشش زیادی را بر محور چرخ ها وارد خواهد کرد.
دیفرانسیل چیست؟
دیفرانسیل وسیله ای است که گشتاور انتقالی از موتور را دو قسمت می کند تا هر قسمت جداگانه چرخی را به گردش درآورد.
دیفرانسیل خودرو
دیفرانسیل روی تمام خودروها و کامیون های جدید یافت می شود. همچنین روی بسیاری از خودروهایی که قدرت به چهار چرخ منتقل می شود. در خودروهایی که نیرو به طور مداوم به چهار چرخ منتقل می شود، بین هر دو چرخ به یک دیفرانسیل نیاز است و همچنین باید یک دیفرانسیل بین چرخ های عقب و جلو وجود داشته باشد. چرا که چرخ های جلو ضمن پیچیدن خودرو مسیر متفاوتی را نسبت به چرخ های عقب طی می کنند.
در خودروهایی که می توان نیرو را به یکی از محورها به دلخواه منتقل و یا قطع کرد به دیفرانسیل بین چرخ های عقب و جلو نیازی نیست. در عوض هنگام استفاده از هر دو محور برای انتقال قدرت چرخ های عقب و جلو به هم قفل می شوند. بنابراین چرخ های عقب و جلو باید با سرعت های متوسط برابر طی مسیر کنند.
دیفرانسیل باز open differential)
مطلب را با ساده ترین نوع دیفرانسیل یعنی دیفرانسیل باز آغاز می کنیم. در آغاز لازم است بعضی از لغات و اصطلاحات مربوطه را توضیح دهیم. تصویر زیر قسمت های مختلف یک دیفرانسیل باز را نشان می دهد.
وقتی که خودرو روی جاده در خط مستقیم حرکت می کند، چرخ ها با سرعت های برابر می چرخند. پینین ورودی چرخدنده حلقه ای و محفظه جدا کننده را می چرخاند. در این شرایط هیچ کدام از چرخدنده های داخل محفظه نمی چرخند و دو چرخدنده پهلویی به محفظه قفل شده اند.توجه داشته باشید که پینین ورودی نسبت به چرخدنده حلقه ای کوچک تر است.
این آخرین مرحله کاهش دنده در خودرو است. اصطلاحات "نسبت محور عقب" یا "آخرین نسبت رانندگی" را شنیده اید این اصطلاحات به نسبت کاهش دنده در دیفرانسیل اشاره دارند. اگر نسبت محور عقب 4.10 باشد نسبت تعداد دندانه های چرخدنده حلقه ای به پینیون ورودی 4.10 خواهد بود.
وقتی که خودرو می پیچد چرخ ها باید با سرعت های متفاوت بچرخند، در تصویر بالا دیده می شود که چرخدنده های داخل محفظه همزمان با شروع به پیچیدن خودرو شروع به گردش می کنند با این کار این امکان برای چرخ ها فراهم می شود که با سرعت های متفاوت بچرخند. چرخ داخلی نسبت به محفظه با سرعت کمتری می چرخد در حالی که چرخ بیرونی نسبت به محفظه سریعتر می چرخد. دیفرانسیل باز، حرکت مستقیم الخط دیفرانسیل باز، پیچیدن خودرو
دیفرانسیل ها و اصطکاک:
دیفرانسیل باز همواره گشتاورهای برابری را به هرکدام از چرخ ها منتقل می کند.
دو عامل تعیین کننده بر مقدار گشتاور اعمالی به چرخ ها وجود دارد: تجهیزات و اصطکاک.
در محیط های خشک که به مقدار کافی اصطکاک وجود دارد، مقدار گشتاور اعمالی به چرخ ها به وسیله موتور و چرخدنده ها محدود می شود. در محیط هایی که اصطکاک کم است مانند رانندگی بر روی یخ گشتاور اعمالی به بیشترین مقدار گشتاوری که از لغزیدن چرخ در این شرایط جلوگیری کند محدود است. بنابراین اگر چه موتور ماشین قابلیت تولید توان بیشتری را دارد اما باید اصطکاک کافی برای انتقال آن به زمین موجود باشد. اگر بعد از اینکه چرخ ها شروع به لغزیدن کردند بیشتر گاز بدهید فقط چرخ ها با سرعت بیشتری می چرخند.
حرکت روی لایه نازک یخ
اگر تا به حال بر روی یخ رانندگی کرده باشید، شاید حقه ای را که به وسیله آن شتاب گیری آسان تر است فهمیده باشید. اگر به جای دنده یک با دنده دو و یا حتی دنده سه شروع به حرکت کنید به دلیل عملکرد چرخدنده ها در سیستم انتقال قدرت گشتاور کمتری به چرخ ها منتقل می شود و این امر امکان حرکت و شتاب گیری بدون لغزش چرخ ها را فراهم می آورد.
حال اگر یکی از چرخ ها به اندازه کافی اصطکاک داشته باشد اما چرخ دیگر روی یخ باشد چه روی خواهد داد؟ این جایی است که مشکل دیفرانسیل باز، خود نمایی می کند.
به خاطر بیاورید که دیفرانسیل باز گشتاور برابری را به هر کدام از چرخ ها منتقل می کند و حداکثر مقدار گشتاور محدود به بیشترین مقداری است که چرخ ها نلغزند. گشتاور بالایی برای لغزیدن چرخ روی یخ لازم نیست، با این شرایط چرخ با اصطکاک مناسب همان مقدار گشتاور کم را که به چرخ دیگر منتقل می شود دریافت خواهد کرد که برای به حرکت درآمدن آن کافی نیست پس ماشین شما حرکت نخواهد کرد.
جدا شدن چرخ ها از زمین
یکی دیگر از مشکلات دیفرانسیل باز زمانی بروز می کند که چرخ های خودرو از جاده جدا شوند. اگر شما یک کامیون که قدرت به چهار چرخ اعمال می شود یا یک داشته باشید که هم محور عقب و هم محور جلو دیفرانسیل باز داشته باشند. به یاد بی آورید همان طور که قبل گفته شد، دیفرانسیل آزاد همواره گشتاورهای برابری را به چرخ ها منتقل می کند. اگر یکی از چرخ های عقب و یکی از چرخ های جلو از زمین جدا شوند، این چرخ ها فقط در هوا به دور خود می چرخند، پس قادر به حرکت نخواهید بود.
راه حل این مشکل دیفرانسیل لغزش محدود است که به آن پزیترکشن (positraction) نیز می گویند. دیفرانسیل لغزش محدود از مکانیزم های گوناگونی برای انجام عمل دیفرانسیل هنگام پیچیدن خودرو استفاده می کند. وقتی که یکی از چرخ ها لیز می خورد این دیفرانسیل این امکان را فراهم می کند که گشتاور بیشتری به چرخی که نمی لغزد منتقل شود.
در قسمت های بعدی بعضی از انواع دیفرانسیل لغزش محدود را تشریح خواهیم کرد. که شامل نوع کلاچی (LSD)، کوپلینگ چسبناک، دیفرانسیل قفل شدنی و تورسن (torsen) است.
دیفرانسیل لغزش محدود نوع کلاچی:
شاید معمول ترین نوع دیفرانسیل لغزش محدود نوع کلاچی (LSD) باشد.
این نوع دیفرانسیل همه اجزای دیفرانسیل آزاد را دارد. اما مازاد بر آن ها یک دسته فنر و یک سری کلاچ را دارا می باشد. بعضی از آن ها یک کلاچ مخروطی را هم دارند درست مانند هماهنگ کننده در سیستم انتقال قدرت دستی.
فنر چرخ دنده های کناری را که به محفظه متصل اند به کلاچ ها می فشارد، وقتی که چرخ ها با سرعت های برابر حرکت می کنند هر دو چرخدنده کناری همراه با محفظه می چرخند و به کلاچ ها نیازی نیست. تنها وقتی که عاملی باعث شود که یکی از چرخ ها نسبت به دیگری با سرعت بیشتر بچرخد به کلاچ ها نیاز است و آن ها وارد عمل می شوند. مانند زمانی که خودرو می پیچد کلاچ ها چرخ ها را وادار می کنند که با سرعت های برابر بچرخند.
اگر یکی از چرخ ها بخواهد که سریعتر بچرخد باید ابتدا بر کلاچ ها غلبه کند. سختی فنرهایی که با اصطکاک کلاچ ها همراه اند تعیین کننده مقدار گشتاوری است که برای غلبه بر کلاچ ها لازم است.
اگر به موقعیتی که یکی از چرخ ها روی یخ است و دیگری اصطکاک کافی برای حرکت دارد برگردیم: با دیفرانسیل لغزش محدود، گرچه چرخی که روی یخ است قادر نیست که گشتاور زیادی را به زمین منتقل کند، چرخ دیگر همچنان گشتاور مورد نیاز برای حرکت را دریافت خواهد کرد.
گشتاور انتقالی به آن برابر با مقدار گشتاور مورد نیاز برای غلبه بر کلاچ ها است. نتیجه آن است که شما قادر به حرکت خواهید بود، هرچند که از تمام قدرت خودروتان استفاده نمی کنید.
کوپلینگ چسبناک
"کوپلینگ چسبناک" به طور کل در خودروهایی که قدرت به تمام چرخ ها منتقل می شود به کار می رود و به طور معمول در قسمت میانی بین محور عقب و محور جلو به کار می رود تا اگر چرخ های عقب و یا جلو شروع به لغزش کرد گشتاور را به چرخ های دیگر منتقل کند.
این نوع دیفرانسیل شامل دو دسته صفحه است که درون محفظه ای که پر از مایع غلیظی است محکم قرار گرفته اند. هر دسته از صفحات به یکی از شفت های خروجی متصل است. در شرایط عادی هر دو دسته صفحه و مایع غلیظ با سرعت های برابر می چرخند، اما زمانی که یک دسته از چرخ ها (جلو یا عقب) با سرعت بیشتری چرخید (شاید به خاطر لیز خوردن آن) دسته صفحه متصل به آن هم نسبت به دسته صفحه دیگر با سرعت بیشتری می چرخد، مایع غلیز که بین صفحات گیر کرده است می خواهد که با سرعت صفحاتی که سرعت شان بیشتر است بچرخد و صفحه هایی را که با سرعت کمتری می چرخند با خود می چرخاند.
با این شرایط گشتاور بیشتری به چرخ هایی که نمی لغزند و آرام تر می چرخند منتقل می شود. وقتی که خودروی می پیچد اختلاف سرعت بین چرخ ها به اندازه زمانی نیست که یکی از چرخ ها لیز بخورد. با چرخش سریع تر صفحات نسبت به همدیگر گشتاور بیشتری هم از طریق مایع غلیظ منتقل می شود. از آنجایی که گشتاوری که هنگام پیچیدن خودرو باید منتقل شود بسیار کوچک است این دیفرانسیل موثر نخواهد بود.
این مطلب یکی از معایب این نوع دیفرانسیل را نشان می دهد که: درست هنگام شروع به لغزش یک چرخ هیچ گشتاوری منتقل نمی شود. برای درک هرچه بهتر رفتار کوپلینگ چسبناک از یک آزمایش ساده با یک تخم مرغ کمک می گیریم. اگر تخم مرغ را روی میز آشپزخانه قرار دهید، هم پوسته و هم زرده تخم مرغ ثابتند. اگر به طور ناگهانی تخم مرغ را بچرخانید، برای مدت کمی پوسته نسبت به زرده با سرعت بیشتری حرکت خواهد کرد، اما زرده خیلی زود با پوسته هم سرعت خواهد شد. برای اثبات اینکه آیا زرده هم می چرخد، بعد از اینکه تخم مرغ به چرخش درآمد به سرعت آن را متوقف کرده و سپس آن را رها کنید.
خواهید دید که تخم مرغ دوباره شروع به حرکت خواهد کرد (البته تخم مرغ باید نپخته باشد). در این آزمایش ما از نیروی اصطکاک بین پوسته و زرده برای به حرکت درآوردن و سرعت گرفتن زرده استفاده کردیم. وقتی که تخم مرغ را متوقف کردیم اصطکاک، بین پوسته و زرده که هنوز می چرخد، به پوسته نیرو وارد می کند و آن را وادار به حرکت می کند. در یک کوپلینگ چسبناک نیرو بین صفحات نیرو بین صفحات و مایع غلیظ درست مانند پوسته و زرده تخم مرغ منتقل می شود.
-4.jpg)
دیفرانسیل قفل شدنی و تورسن (torsen)
دیفرانسیل قفل شدنی برای خودروها در مسیرهای جاده خاکی مناسب است. این نوع دیفرانسیل اجزایی درست مانند دیفرانسیل باز دارد. به علاوه یک مکانیزم پنوماتیکی یا هیدرولیکی الکتریکی به منظور قفل شدن دو جرخدنده خروجی به همدیگر.
به طور معمول این مکانیزم به وسیله یک سویچ فعال می شود، هنگامی که فعال شد، هر دو چرخ با سرعت های برابری خواهند چرخید. اگر یکی از چرخ ها از زمین جدا شد، به حال چرخ دیگر فرقی نخواهد کرد. درست همانند زمانی که دو چرخ روی زمین هستند با سرعت های برابر خواهند چرخید.
دیفرانسیل تورسن یک وسیله به طور کامل مکانیکی است و از هیچ گونه سیستم الکترونیکی یا کلاچی و یا مایع غلیظ استفاده نمی کند.
کلمه تورسن (torsen) برگرفته از (Torque Sensing) حساسیت به گشتاور است. زمانی که گشتاورهای انتقالی به هر دو چرخ برابرند درست مانند دیفرانسیل باز کار می کند. به محض اینکه اصطکاک یکی از چرخ ها کم شد، اختلاف در گشتاور باعث می شود که در دیفرانسیل تورسن چرخدنده ها به همدیگر مقید شوند. در این نوع دیفرانسیل طراحی چرخدنده ها نسبت تغییر گشتاور را تعیین می کند.
به عنوان مثال، اگر یک دیفرانسیل تورسن با نسبت 5.1 طراحی شده باشد، این دیفرانسیل قادر خواهد بود که گشتاور تا پنج برابر را به چرخی که اصطکاک کافی دارد منتقل کند. این وسیله به طور معمول در خودروهای کلاس بالایی که قدرت به تمام چرخ ها منتقل می شود. مانند سیستم کوپلینگ چسبناک، بیشتر برای انتقال قدرت بین چرخ های عقب و جلو به کار می رود.
در این کاربرد، سیستم تورسن بر سیستم کوپلینگ چسبناک برتری دارد. زیرا این سیستم به چرخ های ثابتی که شروع به لغزش می کند گشتاور وارد می کند. اگر یکی از چرخ ها به طور کامل از زمین جدا شود، دیفرانسیل تورسن قادر نخواهد بود هیچ گشتاوری را به چرخ دیگر منتقل کند. نسبت تمایل به تغیر گشتاور مقدار گشتاور انتقالی را تعیین خواهد کرد و پنج برابر صفر همان صفر خواهد بود.
دیفرانسیل یکی از اعضای سیستم انتقال قدرت می باشد دیفرانسیل بعد از میل گاردان قرار می گیرد البته در صورتی که خودرو دارای میل گاردان باشد اگر خودرو دارای میل گاردان نباشد دیفرانسیل بعد از گیربکس قرار خواهد گرفت و بعد از دیفرانسیل پلوس ها قرار دارند. زمانی که یک خودرو دور میزند باید چرخی از ان که در طرف خارج پیچ است با سرعت بیشتری نسبت به چرخ دیگر بچرخد اگر بخواهیم بدون ترمز گرفتن بچرخیم و همچنین هنگامی که یک چرخ از روی یک برجستگی عبور می کند.
باید از چرخ دیگر تندتر بچرخد دیفرانسیل این عمل را امکان پذیر می کند. دیفرانسیل دستگاهی است که نیروی حاصله از موتور را موقعی که وسیله نقلیه به طور مستقیم و در سطح صاف حرکت می کند به طور مساوی بین چرخ های عقب تقسیم می کند، ولی موقع دور زدن و یا چپ و راست رفتن و هنگام گردش ها یا در دست انداز نیروی موتور را به نسبت احتیاج بین چرخ های عقب تقسیم می نماید قطعات دیفرانسیل در داخل پوسته یا محفظه ای که به طور معمول ان را کله گاوی می گویند قرار دارند.
در داخل این جعبه که دنده کرانویل و دنده پینیون و چهار هرز گرد کوچک و شش عدد بلبرینگ و دو دنده سر پلوس چرخ ها قرار گرفته اند به طور خلاصه می توان گفت که نیروی موتور به وسیله کلاچ به جعبه دنده و از گیربکس توسط میل گاردان به دیفرانسیل و از دیفرانسیل به پلوس چرخ ها منتقل و چرخ ها به حرکت در می ایند با گردش میل گاردان دنده پینیون هم می چرخد و چون دنده کرانویل با دنده پینیون درگیر است.
کرانویل را به حرکت در می آورد و به همراه خود هرز گردها را هم می چرخاند اگر چرخ های خودرو در سطح صاف حرکت کنند دنده هرز گرد با دنده های پلوس حرکت و چرخشی ندارد ولی اگر چرخ ها هماهنگی نداشته باشد و خودرو در حال دور زدن باشد باید یک چرخ که در زاویه تنگ قرار گرفته است اهسته گردش نماید در این موقع دنده های هرز گرد بر خلاف دنده های پلوس به حرکت در ایند و سبب سریع تر گردانیدن یکی از دنده های پلوس می شوند (چرخی که مقاومت کمتری را تحمل می کند) دنده های هرز گرد که تعداد انها دو یا چهار عدد می باشد نقش مهمی در دیفرانسیل دارند کار ان ها تنظیم دور چرخ در سر پیچ ها می باشد.
وظیفه دیفرانسیل عبارت اند:
مثال دیگر هنگامی که چرخ خودرو داخل جوی آب یا جدول گیر می کند، در صورت حرکت چرخ ها چرخ داخل چاله ثابت ولی چرخ دیگر به سرعت حرکت می کند، دیفرانسیل خودروهای سواری را به صورت یک پارچه و مفصلی می سازند، که نوع یک پارچه آن مثل پیکان و نوع مفصلی آن مثل بنز و بی.ام.و را می توان نام برد.
ولی همگی به طور تقریبی دارای قطعات مشابه یکدیگر می سازند، هوزینگ در دیفرانسیل (کله گاوی) وظیفه اصلی هوزینگ و چرخ دنده داخلی آن تعدیل یا تنظیم دور چرخ ها هنگام دور زدن یا حرکت در میدان ها می باشد.
هنگامی که خودرو به طور مستقیم حرکت می کند چرخ ها چه محرک چه متحرک با دور مساوی دوران می کنند، ولی هنگامی که در میدان ها یا مسیر های منحنی شکل چرخ های قوس خارجی میدان مسافت بیشتری طی می کنند و چرخ های قوس داخلی میدان مسافت کمتری را طی می کنند.
دنده دیفرانسیل در پورشه کاین
هرگاه هر دو چرخ به کمک یک محور به یکدیگر متصل بودند چرخ ها هنگام دور زدن روی زمین کشیده می شوند و سایش زیاد لاستیک و انحراف خودرو حتمی خواهد بود به همین دلیل محور محرک را به دو قسمت تقسیم کرده و هر یک را پلوس می نامند.
بدین ترتیب گردش نامساوی چرخ ها محرک امکان پذیر می شود برای این که بتوان هر دو پلوس را به کمک یک گاردان به حرکت در آورد آن ها را به کمک "جعبه هوزینگ" به یکدیگر متصل می کنند، در دیفرانسیل پینیون کرانویل را به حرکت در می آورد و بدین ترتیب "هوزینگ" که به کرانویل متصل است، به حرکت در می آید.
در انتهای هر پلوس یک چرخ دنده مخروطی به نام دنده پلوس در جعبه هوزینگ قرار دارد که این دنده ها به کمک دو دنده دیگر که آن ها را دنده هرز گرد (ساتلیت) می گویند به یگدیگر مربوط می سازد. دنده های هرز گرد روی محور خود آزاد هستند و می توانند در مواقع لزوم حول ان دوران نمایند، مسیر انتقال نیرو از جمله هوزینگ به محور دنده ها هرز گرد و از آن ها به دنده های پلوس و بالاخره به پلوس ها و چرخ صورت می گیرد، هنگام حرکت مستقیم پلوس ها و در نتیجه هر دو چرخ دارای دور یکسان هستند.
هرز گردها حول خود دوران ندارند و همراه جعبه هوزینگ به حرکت گردشی خود ادامه می دهند و عمل اتصال بین پلوس ها جعبه دنده هوزینگ به حرکت گردشی خود ادامه می دهند و عمل اتصال بین پلوس و جعبه هوزینگ انجام می دهند و در نتیجه فقط انتقال نیرو به دنده پلوس را انجام می دهند.
هنگام طی مسیر منحنی یا دور زدن چرخ داخلی چون مسیر کوتاه تری را طی می کند باید دور کمتری نسبت به چرخ خارجی بزند در این حال هرز گرد مربوط به دنده پلوس چون نمی تواند تمامی دنده را دور جعبه دنده هوزینگ منتقل کند سرعتش کم می شود و در نتیجه روی آن لغزیده و بنابراین حول محور خود به دوران در می آیند این حرکت اضافی به دنده پلوس دیگر منتقل شده و آن را با دور بیشتری می گرداند چرخ خارجی دور بیشتری و مسافت بیشتری را طی می کند، دنده هرز گرد تنها هنگامی طی مسیرهای منحنی یا دور زدن عمل نمی کند بلکه در مواقعی که به نحوی اصطکاک بین دو چرخ متفاوت باشد یا بار یکی از لاستیک ها از دیگری کمتر باشد وارد عمل می گردد.
هرگاه به طور مثال چرخی در سطح متفاوت زمین یخ زده قرار گیرد و چرخ دیگر در سطح خشک در این حال چرخ با اصطکاک کم تا دو برابر دور جعبه هوزینگ می گردد، در حالی که چرخ دیگر حرکتی ندارد و در این حال وسیله نقلیه قدرت حرکت را نخواهد داشت زیرا نیروی اصطکاک موجود در چرخ در حال بکسواد کافی برای خودرو نیست برای این گونه موارد در بعضی از وسایل نقلیه سنگین از قفل کن دیفرانسیل استفاده می کنند قفل کن دیفرانسیل دو پلوس را با یکدیگر یک پارچه می کند و خودرو را در مکان برفی و غیره ممکن می سازد.
|
|
|
|
| نماد اعتماد الکترونیک | نشان ملی ثبت | گواهی شامد ارشاد |
© کلیه حقوق مادی و معنوی این وب سایت متعلق به داده پردازان هومان پویان می باشد.
