دیفرانسیل سه كار را انجام می‌دهد:

  1. فرستادن قدرت موتور به چرخها

  2. عملكرد به عنوان آخرین مرحله كاهش دنده در خودرو

  3. انتقال قدرت به چرخها در حالیكه چرخها با سرعتهای متفاوت گردش می‌كنند.(اسم دیفرانسیل برگرفته از این وظیفه آن است)

در این مقاله، خواهید آموخت كه چرا ماشین شما به دیفرانسیل نیاز دارد، دیفرانسیل آن چگونه كار می‌كند و نواقص آن چیست. همچنین به انواع پزیتركشن‌ها (positractions) كه به عنوان دیفرانسیل‌های لغزش محدود شناخته می‌شوند، نگاهی خواهیم داشت.

چرا اتومبیل به دیفرانسیل نیاز دارد

چرخهای اتومبیل با سرعت‌های متفاوت می‌چرخند. به ویژه هنگام پیچیدن اتومبیل. با استفاده از انیمیشن زیر می‌توانید دریابید كه هنگام پیچیدن اتومبیل چرخها فواصل متفاوتی را طی می‌كنند. چرخ داخلی نسبت به چرخ خارجی مسافت كمتری را طی می‌كند. از آنجایی كه سرعت برابر است با جابجایی تقسیم بر زمان جابجایی، چرخی كه مسافت كمتری را طی می‌كند سرعتش هم كمتر است. توجه كنید كه چرخهای جلو هم نسبت به چرخهای عقب مسیر متفاوتی را طی می‌كنند.

برای چرخهایی كه پیشران نیستند و نیروی موتور به آنها منتقل نمی‌شود مشكلی پیش نمی‌آید. مانند چرخهای جلو در یك اتومبیل كه چرخهای عقب پیشران هستند و یا چرخهای عقب در اتومبیلی كه چرخهای جلو پیشران هستند. اما چرخهای پیشران به هم متصل‌اند بطوریكه یك موتور واحد و یك سیستم انتقال قدرت واحد آنها را به گردش درمی‌آورد. اگر ماشین شما دیفرانسیل نداشته باشد، چرخها به همدیگر قفل خواهند شد پس می‌بایست همیشه با سرعت‌های برابر گردش كنند. با این شرایط پیچیدن اتومبیل با مشكل مواجه می‌شود و یكی از چرخها باید روی زمین بلغزد. با وجود چرخهای مدرن امروزی و خیابان‌های بتنی، نیروی زیادی برای لغزاندن یك چرخ لازم است و این نیرو باید از طریق محور چرخها از یك چرخ به چرخ دیگر منتقل شود كه این كار كشش زیادی را بر محور چرخها وارد خواهد كرد.

ادامه در ادامه مطلب

دیفرانسیل چیست؟

دیفرانسیل وسیله‌ای است كه گشتاور انتقالی از موتور را دو قسمت می‌كند تا هر قسمت جداگانه چرخی را به گردش درآورد.

دیفرانسیل روی تمام اتومبیل‌ها و كامیون‌های جدید یافت می‌شود . همچنین روی بسیاری از اتومبیل‌هایی كه قدرت به چهار چرخ منتقل می‌شود. در اتومبیل‌هایی كه نیرو بطور مداوم به چهار چرخ منتقل می‌شود، بین هر دو چرخ به یك دیفرانسیل نیاز است و همچنین باید یك دیفرانسیل بین چرخهای عقب و جلو وجود داشته باشد. چرا كه چرخهای جلو ضمن پیچیدن اتومبیل مسیر متفاوتی را نسبت به چرخهای عقب طی می‌كنند.

در اتومبیل‌هایی كه می‌توان نیرو را به  یكی از محورها به دلخواه منتقل و یا قطع كرد به دیفرانسیل بین چرخهای عقب و جلو نیازی نیست. در عوض هنگام استفاده از هر دو محور برای انتقال قدرت چرخهای عقب و جلو به هم قفل می‌شوند. بنابراین چرخهای عقب و جلو باید با سرعت‌های متوسط برابر طی مسیر كنند.

دیفرانسیل باز ( open differential )

مطلب را با ساده‌ترین نوع دیفرانسیل یعنی دیفرانسیل باز آغاز می‌كنیم. در آغاز لازم است بعضی از لغات و اصطلاحات مربوطه را توضیح دهیم. تصویر زیر قسمتهای مختلف یك دیفرانسیل باز را نشان می‌دهد.

 

وقتی كه اتومبیل روی جاده در خط مستقیم حركت می‌كند، چرخها با سرعت‌های برابر می‌چرخند. پینین ورودی چرخدنده حلقه‌ای و محفظه جدا كننده را می‌چرخاند. در این شرایط هیچ كدام از چرخدنده‌های داخل محفظه نمی‌چرخند و دو چرخدنده پهلویی به محفظه قفل شده‌اند.

توجه داشته باشید كه پینین ورودی نسبت به چرخدنده حلقه‌ای كوچكتر است. این آخرین مرحله كاهش دنده در اتومبیل است. اصطلاحات "نسبت محور عقب" یا "آخرین نسبت رانندگی" را شنیده‌اید این اصطلاحات به نسبت كاهش دنده در دیفرانسیل اشاره دارند.اگر نسبت محور عقب4.10 باشد نسبت تعداد دندانه های چرخدنده حلقه ای به پینیون ورودی 4.10 خواهد بود. برای اطلاعات بیشتر در مورد نسبت دنده‌ها مقاله "چرخدنده‌ها چگونه كار می‌كنند" را مطالعه كنید.

وقتی كه اتومبیل می‌پیچد چرخها باید با سرعت‌های متفاوت بچرخند:

در تصویر بالا دیده می‌شود كه چرخدنده‌های داخل محفظه همزمان با شروع به پیچیدن اتومبیل شروع به گردش می‌كنند با این كار این امكان برای چرخها فراهم می‌شود كه با سرعت‌های متفاوت بچرخند. چرخ داخلی نسبت به محفظه با سرعت كمتری می‌چرخد در حالی كه چرخ بیرونی نسبت به محفظه سریعتر می‌چرخد.

دیفرانسیل باز _ حركت مستقیم الخط

 

دیفرانسیل باز _ پیچیدن اتومبیل

دیفرانسیل‌ها و اصطكاك:

دیفرانسیل باز همواره گشتاورهای برابری را به هركدام از چرخها منتقل می‌كند. دو عامل تعیین كننده بر مقدار گشتاور اعمالی به چرخها وجود دارد: تجهیزات و اصطكاك. در محیط های خشك كه به مقدار كافی اصطكاك وجود دارد، مقدار گشتاور اعمالی به چرخها به وسیله موتور و چرخدنده‌ها محدود می‌شود. در محیط‌هایی كه اصطكاك كم است مانند رانندگی برروی یخ گشتاور اعمالی به بیشترین مقدار گشتاوری كه از لغزیدن چرخ در این شرایط جلوگیری كند محدود است. بنابراین اگرچه موتور ماشین قابلیت تولید توان بیشتری را دارد اما باید اصطكاك كافی برای انتقال آن به زمین موجود باشد. اگر بعد از اینكه چرخها شروع به لغزیدن كردند بیشتر گاز بدهید فقط چرخها با سرعت بیشتری می‌چرخند.

 حركت روی لایه نازك یخ

اگر تا به حال برروی یخ رانندگی كرده باشید، شاید حقه‌ای را كه به وسیله آن شتاب گیری آسان‌تر است فهمیده باشید. اگر به جای دنده یك با دنده دو و یا حتی دنده سه شروع به حركت كنید به دلیل عملكرد چرخدنده‌ها در سیستم انتقال قدرت گشتاور كمتری به چرخها منتقل می‌شود و این امر امكان حركت و شتاب گیری بدون لغزش چرخها را فراهم می‌آورد.

حال اگر یكی از چرخها به اندازه كافی اصطكاك داشته باشد اما چرخ دیگر روی یخ باشد چه روی خواهد داد؟ این جایی است كه مشكل دیفرانسیل باز، خود نمایی می‌كند.

به خاطر بیاورید كه دیفرانسیل باز گشتاور برابری را به هركدام از چرخها منتقل می‌كند و حداكثر مقدار گشتاور محدود به بیشترین مقداری است كه چرخها نلغزند. گشتاور بالایی برای لغزیدن چرخ روی یخ لازم نیست؛ با این شرایط چرخ با اصطكاك مناسب همان مقدار گشتاور كم را كه به چرخ دیگر منتقل می‌شود دریافت خواهد كرد كه برای به حركت درآمدن آن كافی نیست پس ماشین شما حركت نخواهد كرد.

جدا شدن چرخها از زمین

یكی دیگر از مشكلات دیفرانسیل باز زمانی بروز می‌كند كه چرخهای اتومبیل از جاده جدا شوند. اگر شما یك كامیون كه قدرت به چهار چرخ اعمال می‌شود یا یك  داشته باشید كه هم محور عقب و هم محور جلو دیفرانسیل باز داشته باشند. به یاد بیاورید همانطور كه قبال گفته شد ، دیفرانسیل آزاد همواره گشتاورهای برابری را به چرخها منتقل می‌كند. اگر یكی از چرخهای عقب و یكی از چرخهای جلو از زمین جداشوند، این چرخها فقط در هوا به دور خود می‌چرخند، پس قادر به حركت نخواهید بود.

راه حل این مشكل دیفرانسیل لغزش محدود است كه به آن پزیتركشن (positraction) نیز می‌گویند. دیفرانسیل لغزش محدود از مكانیزم‌های گوناگونی برای انجام عمل دیفرانسیل هنگام پیچیدن اتومبیل استفاده می‌كند. وقتی كه یكی از چرخها لیز می‌خورد این دیفرانسیل این امكان را فراهم می‌كند كه گشتاور بیشتری به چرخی كه نمی‌لغزد منتقل شود.

در قسمتهای بعدی بعضی از انواع دیفرانسیل لغزش محدود را تشریح خواهیم كرد. كه شامل نوع كلاچی LSD ، كوپلینگ چسبناك، دیفرانسیل قفل شدنی و تورسن (torsen) است.

دیفرانسیل لغزش محدود نوع كلاچی:

شاید معمولترین نوع دیفرانسیل لغزش محدود نوع کلاچی LSD باشد.

این نوع دیفرانسیل همه اجزای دیفرانسیل آزاد را دارد. اما مازاد بر آنها یك دسته فنر و یك سری كلاچ را دارا می‌باشد. بعضی از آنها یك كلاچ مخروطی را هم دارند درست مانند هماهنگ كننده در سیستم انتقال قدرت دستی.

فنر چرخدنده های کناری را که به محفظه متصلند به کلاچ ها می فشارد، وقتی که چرخها با سرعتهای برابر حرکت می کنند هر دو چرخدنده کناری همراه با محفظه می چرخند و به کلاچها نیازی نیست. تنها وقتی که عاملی باعث شود که یکی از چرخها نسبت به دیگری با سرعت بیشتر بچرخد به کلاچها نیاز است و آنها وارد عمل می شوند. مانند زمانی که اتومبیل می پیچد کلاچها چرخها را وادار می کنند که با سرعت های برابر بچرخند. اگر یکی از چرخها بخواهد که سریعتر بچرخد باید ابتدا بر کلاچها غلبه کند. سختی فنرهایی که با اصطکاک کلاچها همراهند تعیین کننده مقدار گشتاوری است که برای غلبه بر کلاچها لازم است.

اگر به موقعیتی که یکی از چرخها 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 همجنان گشتاور مورد نیاز برای حرکت را دریافت خواهد کرد. گشتاور انتقالی به آن برابر با مقدار گشتاور مورد نیاز برای غلبه بر کلاچها است. نتیجه آن است که شما قادر به حرکت خواهید بود، هرچند که از تمام قدرت اتومبیلتان استفاده نمی کنید.

كوپلینگ چسبناك:

كوپلینگ چسبناك غالباً در خودروهایی كه قدرت به تمام چرخها منتقل می‌شود به كار می‌رود و معمولا در قسمت میانی بین محور عقب و محور جلو به كار می‌رود تا اگر چرخهای عقب و یا جلو شروع به لغزش كرد گشتاور را به چرخهای دیگر منتقل كند.

همانطور كه در تصویر زیر دیده می‌شود این نوع دیفرانسیل شامل دو دسته صفحه است كه درون محفظه‌ای كه پر از مایع غلیظی است محكم قرار گرفته‌اند. هر دسته از صفحات به یكی از شفت‌های خروجی متصل است. در شرایط عادی هر دو دسته صفحه و مایع غلیظ با سرعت‌های برابر می‌چرخند، اما زمانی كه یك دسته از چرخها ( 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 می‌چرخد، مایع غلیز كه بین صفحات گیر كرده است می‌خواهد كه با سرعت صفحاتی كه سرعتشان بیشتر است بچرخد و صفحه‌هایی را كه با سرعت كمتری می‌چرخند با خود می‌چرخاند. با این شرایط گشتاور بیشتری به چرخهایی كه نمی‌لغزند و آرامتر می‌چرخند منتقل می‌شود.

وقتی كه اتومبیلی می‌پیچد اختلاف سرعت بین چرخها به اندازه زمانی نیست كه یكی از چرخها لیز بخورد. با چرخش سریعتر صفحات نسبت به همدیگر گشتاور بیشتری هم از طریق مایع غلیظ منتقل می‌شود. از آنجایی كه گشتاوری كه هنگام پیچیدن اتومبیل باید منتقل شود بسیار كوچك است این دیفرانسیل مؤثر نخواهد بود. این مطلب یكی از معایب این نوع دیفرانسیل را نشان می‌دهد كه : درست هنگام شروع به لغزش یك چرخ هیچ گشتاوری منتقل نمی‌شود.

برای درك هرچه بهتر رفتار كوپلینگ چسبناك از یك آزمایش ساده با یك تخم مرغ كمك می‌گیریم. 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 كمی پوسته نسبت به زرده با سرعت بیشتری حركت خواهد كرد، اما زرده خیلی زود با پوسته هم سرعت خواهد شد. برای اثبات اینكه آیا زرده هم می‌چرخد، بعد از اینكه تخم مرغ به چرخش درآمد به سرعت آن را متوقف كرده و سپس آن را رها كنید. خواهید دید كه تخم مرغ دوباره شروع به حركت خواهد كرد (البته تخم مرغ باید نپخته باشد). در این آزمایش ما از نیروی اصطكاك بین پوسته و زرده برای به حركت درآوردن و سرعت گرفتن زرده استفاده كردیم. وقتی كه تخم مرغ را متوقف كردیم اصطكاك _ بین پوسته و زرده كه هنوز می‌چرخد _ به پوسته نیرو وارد می‌كند و آن را وادار به حركت می‌كند. در یك كوپلینگ چسبناك نیرو بین صفحات نیرو بین صفحات و مایع غلیظ درست مانند پوسته و زرده تخم مرغ منتقل می‌شود.

دیفرانسیل قفل شدنی و تورسن (torsen):

دیفرانسیل قفل شدنی برای خودروها در مسیرهای جاده خاكی مناسب است. این نوع دیفرانسیل اجزایی درست مانند دیفرانسیل باز دارد. به علاوه یك مكانیزم پنوماتیكی یا هیدرولیكی الكتریكی به منظور قفل شدن دو جرخدنده خروجی به همدیگر.

معمولا این مكانیزم به وسیله یك سویچ فعال می‌شود، هنگامیكه فعال شد، هر دو چرخ با سرعت‌های برابری خواهند چرخید. اگر یكی از چرخها از زمین جدا شد، به حال چرخ دیگر فرقی نخواهد كرد. درست همانند زمانی كه دو چرخ روی زمین هستند با سرعت‌های برابر خواهند چرخید.

دیفرانسیل تورسن یك وسیله كاملا مكانیكی است و از هیچ گونه سیستم الكترونیكی یا كلاچی و یا مایع غلیظ استفاده نمی‌كند.

كلمه تورسن (torsen)  برگرفته از Torque Sensing   ( حساسیت به گشتاور) است. زمانی كه گشتاورهای انتقالی به هر دو چرخ برابرند درست مانند دیفرانسیل باز كار می‌كند. به محض اینكه اصطكاك یكی از چرخها كم شد، اختلاف در گشتاور باعث می‌شود كه در دیفرانسیل تورسن چرخدنده‌ها به همدیگر مقید شوند. در این نوع دیفرانسیل طراحی چرخدنده‌ها نسبت تغییر گشتاور را تعیین می‌كند. به عنوان مثال، اگر یك دیفرانسیل تورسن با نسبت 5:1 طراحی شده باشد، این دیفرانسیل قادر خواهد بود كه گشتاور تا پنج برابر را به چرخی كه اصطكاك كافی دارد منتقل كند.

این وسیله معمولا در خودروهای كلاس بالایی كه قدرت به تمام چرخها منتقل می‌شود. مانند سیستم كوپلینگ چسبناك، بیشتر برای انتقال قدرت بین چرخهای عقب و جلو به كار می‌رود. در این كاربرد، سیستم تورسن بر سیستم كوپلینگ چسبناك برتری دارد. زیرا این سیستم به چرخهای ثابتی كه شروع به لغزش می‌كند گشتاور وارد می‌كند.

اگر یكی از چرخها كاملا از زمین جدا شود، دیفرانسیل تورسن قادر نخواهد بود هیچ گشتاوری را به چرخ دیگر منتقل كند. نسبت تمایل به تغیر گشتاور مقدار گشتاور انتقالی را تعیین خواهد كرد، و پنج برابر صفر همان صفر خواهد بود.

منبع:پارسی

نوشته شده در تاریخ سه شنبه 20 اسفند 1387    | توسط: Farzad Yosef-Lavi    |    |
نظرات()