دیفرانسیل خودرو و هر آنچه درباره انواع و عملکرد آن باید بدانیم - مجله رویگری

خبرنگاران - دیفرانسیل یکی از اجزای سیستم انتقال قدرت است که نقش مهمی در مانور خودرو و حفظ تعادل آن در سر پیچ ها و ناهمواری ها برعهده دارد. در این مقاله، با دیفرانسیل و وظایف و انواع آن آشنا می شویم.

اگر درباره نحوه عملکرد پیشرانه خودرو اطلاعات داشته باشید، می دانید که قدرت چگونه تولید می شود.

سیستم انتقال قدرت، قوای محرک پیشرانه را می گیرد و آن را با توجه به سرعت و گشتاور، تنظیم می کند. جعبه دنده، نیروی موتور را به دیفرانسیل می فرستد تا اجازه چرخش چرخ ها ایجاد شود.

دیفرانسیل ها در مرحله بعد از جعبه دنده قرار دارند و نیروی موتور را با تنظیمات خود به پلوس چرخ های خودرو انتقال می دهند.

به بیان ساده، قدرت از جعبه دنده وارد دیفرانسیل می شود و پایان به چرخ ها می رسد.

دیفرانسیل تجهیزی است که در بیشتر خودروها قدرت پیشرانه را قبل از چرخ ها دریافت می کند. در این مقاله، با دیفرانسیل و کارکرد و انواع آن آشنا خواهیم شد.

تاریخچه دیفرانسیل

دیدگاه های متنوعی درباره اختراع دیفرانسیل وجود دارد. بعضی از نقاط عطف تاریخی برای دیفرانسیل عبارت اند از:

70 تا 100 سال پیش از میلاد مسیح: مکانیزم آنتیکیترا (Antikythera) به این دوره مربوط است. دانشمندان این مکانیزم را در سال 1902 در لاشه های یک کشتی غرق شده کشف کردند و تحقیقات تازه نشان می دهد که از نوعی دیفرانسیل برای معین زاویه بین موقعیت های اکلیپتیک (خسوف و کسوف) خورشید و ماه و به این ترتیب شرایط ماه استفاده می کردند.

227 تا 239 میلادی: Ma Jun از سلسله پادشاهی Wei در چین اولین ارابه تاریخی جنوب نما را اختراع کرد. در این ارابه جنوب نما، از مکانیزم قطب نمای غیرمغناطیسی و نیز نوعی دیفرانسیل استفاده شده بود.

658 تا 666 میلادی: دو مهندس و راهب چینی بودایی ارابه های جنوب نما برای تنجی، امپراتور وقت ژاپن، ساختند که در آن از نوعی دیفرانسیل استفاده شده بود.

1027 تا 1107 میلادی: بازتولید ارابه جنوب نما به دست یان سو و سپس وو درن که جزئیاتی از عملکرد مکانیکی و نسبت دنده دستگاه را بسیار بیشتر از سایر موارد شناخته شده در چین توصیف می کرد.

1720 میلادی: جوزف ویلیامسون از یک دیفرانسیل در ساعت استفاده کرد.

1810 میلادی: رودولف آکرمن آلمانی از سیستم چهار چرخ فرمان برای کالسکه ها استفاده کرد که بعضی بعدها به اشتباه آن را دیفرانسیل گزارش دادند.

1827: دیفرانسیل کنونی که در خودروهای معاصر استفاده می شود، برای اولین بار به وسیله اونسیفور پیکوئر، ساعت ساز فرانسوی، برای کاربرد در ماشین بخار اختراع شد.

1832: ریچارد رابرتز دستگاهی به نام دنده جبران کننده اختراع کرد که به عنوان دیفرانسیل لوکوموتیوهای جاده ای استفاده شد.

1874: اولینگ و پورتر از روچستر در لوکوموتیو نوعی دیفرانسیل برای محور عقب استفاده کردند.

1876: جیمز استارلی دیفرانسیلی برای استفاده در دوچرخه ها طراحی کرد؛ اختراعی که بعدها آن را کارل بنز در خودروها به کار برد.

1897: دیوید شیرر در استرالیا اولین بار از دیفرانسیل در یک ماشین بخار بهره گرفت.

1958: ورنون گلیزمن دیفرانسیل تورسن را اختراع کرد. این دیفرانسیل نوعی دیفرانسیل لغزش محدود محسوب می شد که به جای استفاده از ترکیب کلاچ و چرخ دنده، تنها بر دنده ها متکی بود.

دیفرانسیل ماشین چیست؟

دیفرانسیل قطعه ای است در زیر خودرو بین دو چرخ جلو یا عقب که قدرت پیشرانه را بین دو چرخ تقسیم می کند.

بعضی خودروها دو دیفرانسیل هستند و بعضی نیز تنها از یک دیفرانسیل بهره می برد. در خودرو یا دیگر وسایل نقلیه چرخ دار، دیفرانسیل ها قسمتی از سیستم انتقال قدرت هستند که باعث می شوند تا چرخ ها با سرعت های مختلف و با نیرویی مساوی بچرخند و وظیفه انتقال حرکت از جعبه دنده به چرخ ها را برعهده دارند.

از شروع اختراع خودرو، موضوع گردش سریع چرخ های عقب خودرو در سر پیچ ها فکر مهندسان را به خود مشغول کرده بود؛ چراکه در سر پیچ ها، چرخ خارج پیچ باید سریع تر از چرخ داخل پیچ حرکت کند و اگر هر دو چرخ روی محور واحدی سوار شوند، ممکن نیست این عمل بدون واژگون شدن خودرو صورت گیرد.

حل این مشکل با دستگاهی به نام دیفرانسیل انجام گرفت.

دیفرانسیل سه وظیفه مهم برعهده دارد:

1 . رساندن قدرت پیشرانه به چرخ ها: دیفرانسیل یکی از اجزای خط انتقال قدرت است که در رساندن قدرت به چرخ ها نقش ایفا می کند؛ به همین دلیل، گاهی اوقات به آن گرداننده نهایی نیز گفته می شود.

2 . کاهش نسبت دنده نهایی خودرو: به عنوان کاهنده نهایی نسبت دنده در خودرو عمل می کند و سرعت دورانی جعبه دنده را یک بار دیگر قبل از رسیدن به چرخ ها کاهش می دهد.

3 . اجازه چرخیدن چرخ ها با سرعت های متفاوت در هنگام پیچیدن: دیفرانسیل به چرخ ها اجازه می دهد که هنگام چرخیدن در سر پیچ ها، علاوه بر انتقال نیرو با سرعت های متفاوتی بچرخند.

در این مقاله شما خواهید آموخت که چرا خودرو به دیفرانسیل نیاز دارد و چگونه کار می کند و ضعف هایش چیست.

همچنین، انواع مختلف دیفرانسیل را بررسی و تفاوت آن ها را باهم مقایسه می کنیم.

چرا خودرو به دیفرانسیل نیاز دارد؟

چرخ های خودرو در بعضی شرایط به خصوص هنگام چرخش، با سرعت های متفاوتی می چرخند.

هنگام چرخیدن در سر پیچ ها، هر چرخ جهت متفاوتی دارد و چرخ های داخل پیچ مسافت کمتری از چرخ های خارج پیچ طی می کنند.

ازآنجاکه سرعت برابر با مسافت طی شده تقسیم بر زمان است، چرخ های داخل پیچ باید سرعت کمتری داشته باشند و چرخ های خارج پیچ با سرعت بیشتری حرکت کنند.

همچنین، باید توجه کنید که چرخ های جلو مسافت متفاوتی از چرخ های عقب می پیمایند.

برای چرخ های غیرمتحرک در خودرو - چرخ های جلو در خودرو محرک عقب و چرخ های عقب در خودرو محرک جلو - مشکل خاصی وجود ندارد؛ زیرا هیچ ارتباطی بین آن ها وجود ندارد و به طور مستقل می چرخند؛ اما چرخ های متحرک روی یک محور باهم مرتبط هستند؛ به طوری که پیشرانه و جعبه دنده واحدی هر دو چرخ را به حرکت درمی آورد.

اگر خودرو دیفرانسیل نداشته باشد، چرخ ها به همدیگر قفل می شوند و باید با سرعت یکسانی دوران کنند.

با وجود لاستیک های مدرن و جاده های آسفالت، نیروی زیادی برای لغزش تایر روی جاده موردنیاز است.

چنین نیرویی باید ازطریق محور خودرو (اکسل) و از یک چرخ به دیگری منتقل شود؛ درنتیجه فشار بسیار زیادی بر اجزای اکسل وارد خواهد شد.

اجزای دیفرانسیل خودرو

ساده ترین نوع دیفرانسیل را در شکل زیر مشاهده می کنید که در این جا با اجزای آن آشنا خواهیم شد.

تصویر زیر نام تمام اجزای دیفرانسیل ساده را نشان می دهد. شماره های 1 تا 7 به ترتیب به پولوس، کرانویل، دنده سرپولوس، دنده هرزگرد، هوزینگ، پینیون و محور میل گاردان تعلق دارند.

هنگامی که خودرو به طور مستقیم در جاده حرکت کند، هر دو چرخ محرک با سرعت یکسانی می چرخند. دنده پینیون (دنده ورودی به دیفرانسیل) نیرو را از جعبه دنده می گیرد و کرانویل و هوزینگ را به همراه خود می چرخاند.

دنده های سرپولوس به هوزینگ قفل شده اند و بین آن ها دو دنده هزرگرد وجود دارد.

در حقیقت، دنده های هرزگرد نمی چرخند و فقط وظیفه تعادل نیرو بین دنده های سرپولوس را برعهده دارند.

در حرکت مستقیم، دنده های هرزگرد با چرخش هوزینگ می چرخند و نیروی خود را به دنده های سرپولوس انتقال می دهند؛ درنتیجه هر دو چرخ با سرعت یکسانی شروع به چرخش می کنند.

اگر مقاومت یکی از چرخ ها دربرابر حرکت بیشتر باشد چه اتفاقی می افتد؟

باوجوداین، اگر مقاومت یکی از چرخ ها دربرابر حرکت بیشتر باشد، دنده سرپولوس آن کمتر می چرخد و حرکتش را ازطریق دنده های هرزگرد به دنده سرپولوس مقابل انتقال می دهد؛ بنابراین، چرخی که مقاومت کمتری دارد، با سرعت بیشتری می چرخد و این وظیفه را دنده های هرزگرد انجام می دهند.

پینیون قطر کمتری از کرانویل دارد و درحقیقت مجموعه پینیون و کرانویل آخرین کاهش نسبت دنده در خودرو را انجام می دهد.

گاهی دیفرانسیل را گرداننده نهایی نام گذاری می کنند که به نسبت دنده دیفرانسیل اشاره می کند.

اگر تعداد دندانه های پینیون 9 و کرانویل 36 باشد، نسبت دنده گرداننده نهایی از تقسیم دندانه های کرانویل بر پینیون به دست می آید که 4 می شود.

به عبارت دیگر، نسبت دنده دیفرانسیل 4:1 است و اگر پینیون 4 دور بزند، کرانویل تنها یک بار می چرخد. هنگامی که خودرو می چرخد، چرخ ها باید با سرعت های مختلفی چرخش داشته باشند.

در ویدئو، می توانید ببینید که هنگامی خودرو شروع به پیچیدن می کند، هرزگردها در داخل هوزینگ شروع به چرخش می کنند و به چرخ ها اجازه می دهند با سرعت متفاوتی بچرخند.

چرخ داخل پیچ با سرعت کمتری می چرخد؛ ولی چرخ خارجی چرخش سریع تری دارد.

سیستم دیفرانسیل خودرو

دیفرانسیل وسیله ای است که گشتاور پیشرانه را به دو بخش تقسیم می کند و به هرکدام از خروجی ها اجازه می دهد تا با سرعت متفاوتی بچرخند.

دیفرانسیل در تمام خودروهای مدرن و کامیون ها و بسکمک از وسایل نقلیه تمام چرخ محرک یافت می شود.

خودروهای تمام چرخ محرک روی هر مجموعه از چرخ ها و بین محورهای جلو و عقب به دیفرانسیل نیاز دارند؛ زیرا چرخ های جلو و عقب نیز جهت متفاوتی می پیمایند و باید سرعت متفاوتی داشته باشند.

سیستم های چهارچرخ محرک نیمه وقت به استفاده از دیفرانسیل بین چرخ های جلو و عقب نیازی ندارند؛ درعوض محورهای جلو و عقب باهم قفل می شوند؛ به طوری که چرخ های جلو و عقب باید با سرعت میانه یکسانی چرخش داشته باشند.

به همین دلیل، این خودروها در هنگام استفاده از سیستم چهار چرخ محرک به سختی می پیچند.

طرز کار دیفرانسیل

گشتاور ورودی به چرخ دنده (آبی) اعمال می شود که کل کرانویل یا قفسه (آبی) را می چرخاند.

کرانویل، تنها ازطریق چرخ دنده های هرزگرد (سبز) به دو دنده سرپولوس (قرمز و زرد) متصل می شود.

گشتاور به وسیله چرخ دنده های هرزگرد به دنده های سرپولوس فرستاده می شود.

دنده هرزگرد در اطراف محور کرانویل دَوَران می کند و دنده های سرپولوس را به چرخش درمی آورد.

اگر مقاومت در هر دو چرخ برابر باشد، چرخ دنده هرزگرد بدون چرخش حول محور خود دَوَران می کند. در این شرایط، هر دو چرخ با سرعت یکسانی می چرخند.

اگر دنده سرپولوس سمت چپ (قرمز) با مقاومت روبرو شود، چرخ دنده هرزگرد (سبز) نیز می چرخد و سرعت دنده سرپولوس سمت چپ را کاهش می دهد و سرعت چرخش دنده سرپولوس سمت راست (زرد) به همان مقدار افزایش می یابد.

انواع دیفرانسیل خودرو

به طور کلی، می توان انواع دیفرانسیل را در چهار دسته قرار داد:

• دیفرانسیل باز
• دیفرانسیل قفل شونده
• دیفرانسیل لغزش محدود
• دیفرانسیل توزیع گشتاور

درادامه، با این دیفرانسیل ها آشنا خواهیم شد.

دیفرانسیل باز

اولین و ساده ترین نوع دیفرانسیل، نوع باز است. این نوع دیفرانسیل ازدیگر نمونه ها ساده تر و درنتیجه، هزینه ساخت و تعمیر و نگه داری از آن کمتر است.

دیفرانسیل باز از تعدادی چرخ دنده به همراه سه شفت مجزا تشکیل شده است. شفت ورودی (محرک) وظیفه انتقال قدرت از پیشرانه به دیفرانسیل را برعهده دارد.

قدرت پیشرانه پس از تغییر با استفاده از ضریب دنده، درنهایت به چرخ ها منتقل می شود.

دو شفت دیگر هر یک به یکی از چرخ های محرک متصل است و قدرت پیشرانه را از دیفرانسیل به چرخ ها منتقل می کنند.

هنگامی که خودرو در جهت مستقیم حرکت می کند، چرخ های محرک با سرعت برابر می چرخند.

در این حالت، شفت ورودی (محرک) دیفرانسیل قدرت پیشرانه را به چرخ دنده رینگی منتقل می کند و در حالت حرکت در جهت مستقیم، شفت های متصل به چرخ ها با قفل شدن به یکدیگر ازطریق تماس با چرخ دنده رینگی، با سرعت برابر می چرخند.

چرخ دنده روی شفت ورودی به دیفرانسیل کوچک تر از چرخ دنده رینگی است و این یعنی که دیفرانسیل ضریب دنده را کاهش می دهد و درنتیجه، سرعت چرخش چرخ های محرک برای آخرین بار از شفت ورودی کمتر می شود.

وظیفه چرخ دنده های عنکبوتی تعبیه شده در دیفرانسیل چیست؟

در زمان پیچیدن که سرعت چرخ های محرک با یکدیگر متفاوت می شود، چرخ دنده های عنکبوتی تعبیه شده در دیفرانسیل وظیفه کنترل سرعت این چرخ ها را برعهده می گیرند.

در این حالت، چرخی که به داخل پیچ نزدیک تر است، با سرعت کمتر و چرخی که در خارج پیچ قرار گرفته است، با سرعت بیشتر می چرخد.

دیفرانسیل باز در حالت عادی همیشه گشتاور پیشرانه را میان دو چرخ به طور مساوی توزیع می کند که همین امر یکی از معایب این نوع دیفرانسیل است.

اگر سطح جاده خشک باشد یا چرخ های محرک به طور عادی روی سطح جاده قرار داشته باشند، توزیع برابر گشتاور هیچ مسئله ای ایجاد نمی کند؛ اما زمانی که سطح جاده لغزنده باشد، گشتاور بیشتر به سمت چرخی انتقال می یابد که مقاومت کمتری دارد (می لغزد و اصطکاک کمتری دارد).

در حالت عادی، بیشترین مقدار گشتاور قابل انتقال به چرخ ها به وسیله پیشرانه و جعبه دنده و دیفرانسیل محدود می شود؛ اما در حالت لغزندگی جاده، بیشترین مقدار گشتاور قابل اعمال مقداری است که چرخ دچار لغزش (لیز خوردن) نشود.

در این حالت، گشتاور انتقالی به چرخ ها باید به مقدار ای باشد که چرخ دچار لغزیدن نشود و کنترل و هدایت خودرو میسر باشد.

در چه حالتی گشتاور کمتری به چرخ ها اعمال می شود؟

به همین دلیل، بعضی رانندگان در شرایطی که سطح جاده یخ زده باشد، به جای استفاده از دنده یک، برای شروع حرکت از دنده دو یا سه استفاده می کنند؛ چراکه در این حالت گشتاور کمتری به چرخ ها اعمال می شود و درنتیجه، احتمال سُر خوردن به حداقل می رسد.

حال شرایطی را در نظر بگیرید که یکی از چرخ های محرک از اصطکاک لازم با سطح جاده برخوردار باشد؛ اما چرخ محرک دیگر روی سطحی لغزنده مثل یخ قرار گرفته باشد.

همان طورکه در قسمت پیشین اشاره شد، بیشترین مقدار گشتاور قابل انتقال در حالت لغزندگی جاده برابر مقداری است که مانع از لغزیدن چرخ شود که به طور حتم در این حالت مقدار گشتاور بسیار اندک خواهد بود.

در این حالت، بیشتر گشتاور ازطریق دیفرانسیل باز به چرخ محرکی منتقل می شود که روی سطح لغزنده قرار گرفته است، درنتیجه حرکت و کنترل خودرو با مشکل روبرو خواهد شد.

معضل دیگر استفاده از دیفرانسیل باز هنگام رانندگی در جهتهای خارج از جاده (آف رود) رخ می دهد.

تصور کنید در یکی از این جهتها یکی از چرخ های محرک از زمین فاصله بگیرد، در این حالت نیز دیفرانسیل باز مقدار بزرگ تری از گشتاور پیشرانه را بدون هیچ گونه بهره ای صرف چرخش چرخ محرک معلق در هوا خواهد کرد و درنتیجه، حرکت خودرو دچار مشکل می شود.

برای حل این معضلات دیفرانسیل لغزش محدود (Limited Slip Differential) ساخته شد که درادامه، آن را معرفی می کنیم.

دیفرانسیل لغزش محدود

دیفرانسیل باز همیشه مقدار گشتاور یکسانی به هرکدام از چرخ ها اعمال می کند.

دو عامل وجود دارد که مقدار گشتاور اعمال شده روی چرخ ها را معین می کند: تجهیزات و چسبندگی.

در شرایط خشک و زمانی که چسبندگی زیادی وجود داشته باشد، مقدار گشتاور اعمال شده به چرخ ها به واسطه پیشرانه و جعبه دنده محدود می شود؛ اما در شرایطی که چسبندگی کم باشد (مانند هنگام رانندگی روی یخ)، گشتاور به مقدار ای تنظیم می شود که باعث شود چرخ نلغزد.

بنابراین، حتی اگر خودرو گشتاور بیشتری هم تولید کند، لازم است چسبندگی کافی وجود داشته باشد تا بتواند این گشتاور را به زمین انتقال دهد.

اگر بعد از اینکه چرخ ها شروع به لغزش کنند بیشتر گاز دهیم، چرخ ها با سرعت بیشتری شروع به هرزگردی می کنند.

اگر تا به حال روی یخ رانندگی کرده باشید، ممکن است با ترفندهایی آشنا باشید که شتاب گیری را در چنین شرایطی آسان می کنند.

اگر به جای شروع حرکت با دنده یک، خودرو را در دنده دو یا سه قرار دهیم، خودرو بهتر روی یخ حرکت می کند؛ چراکه گشتاور کمتری در دنده های بالا دردسترس خواهد بود و باعث می شود چرخ ها بدون هرزگردی شروع به چرخش کنند.

مسئله ای که تفاوت حرکت چرخ ها ایجاد می کند

اگر یکی از چرخ ها چسبندگی خوبی داشته باشد (مثلا روی آسفالت) و دیگری روی یخ حرکت کند، چه اتفاقی می افتد؟ بازهم دیفرانسیل های باز در این شرایط به مشکل برخورد می کنند و باید فکری برای عملکرد آن ها در شرایط آب وهوایی نامساعد کرد.

دیفرانسیل باز همیشه گشتاور یکسانی روی هر دو چرخ اعمال می کند و حدبیشتر مقدار گشتاور به بزرگ ترین مقداری محدود است که چرخ ها را دچار لغزش نکند.

وقتی چسبندگی چرخ ها با یکدیگر مساوی نباشد، چرخ روی آسفالت گشتاور کمتر و چرخ روی یخ گشتاور بیشتری دریافت می کند؛ درنتیجه چرخ روی یخ هرزگردی می کند؛ ولی چرخ روی آسفالت بدون حرکت باقی می ماند و خودرو نیز حرکت نخواهد کرد.

یکی دیگر از اوقاتی که دیفرانسیل باز با مشکل روبه رو می شود، هنگام رانندگی آف رود یا خارج از آسفالت است.

اگر برای رانندگی در چنین جهتهایی از خودرو چهار چرخ محرک یا شاسی بلند مجهز به دیفرانسیل باز در جلو و عقب استفاده کنیم، در جاهای زیادی زمین گیر خواهیم شد.

به خاطر بسپارید که دیفرانسیل باز همیشه گشتاور یکسانی روی هر دو چرخ اعمال می کند.

اگر یکی از چرخ های جلو و عقب از روی زمین بلند شوند، آن ها بدون توقف شروع به چرخش می کنند و خودرو نمی تواند حرکت کند.

راه حل این مسائل دیفرانسیل لغزش محدود (LSD) است که گاهی اوقات پوزیترکشن نامیده می شود.

دیفرانسیل لغزش محدود از مکانیزم های مختلفی استفاده می کند.

هنگامی که یکی از چرخ ها شروع به لغزش کند، دیفرانسیل لغزش محدود گشتاوری بیشتری به چرخ مقابل (چرخ دارای چسبندگی بیشتر) انتقال می دهد تا خودرو بتواند به حرکتش ادامه دهد.

در بخش های بعدی، جزئیات بیشتری از انواع مختلف دیفرانسیل های لغزش محدود ارائه می شود.

ازجمله این دیفرانسیل ها می توان به انواع لغزش محدود نوع کلاچی، کوپلینگ ویسکوز (Viscous Coupling) و دیفرانسیل تورسن (Torsen) اشاره کرد.

دیفرانسیل لغزش محدود نوع کلاچی

دیفرانسیل لغزش محدود نوع کلاچی (Clutch-type LSD) احتمالا رایج ترین مدل دیفرانسیل لغزش محدود است.

نوع کلاچی اجزای یکسانی با دیفرانسیل باز دارد، با این تفاوت که تعدادی فنر و مجموعه ای از چنگک های اضافه دارد.

بعضی از این دیفرانسیل ها کلاچ مخروطی دارند که دقیقا شبیه مکانیزم سنکرونایزر (Synchronizer) در جعبه دنده دستی عمل می کند.

فنرها چرخ دنده های جانبی را به چنگک ها فشار می دهند و چنکگ ها نیز به نوبه خود به هوزینگ متصل هستند.

هنگامی که هر دو چرخ خودرو در جهت مستقیم حرکت می کنند، چرخ دنده های جانبی (هرزگردها) همراه با هوزینگ می چرخند و به استفاده از کلاچ نیازی نیست.

کلاچ زمانی وارد عمل می شود که یکی از چرخ ها بخواهد با سرعت بیشتری از دیگری حرکت کند؛ مثلا هنگامی که خودرو می خواهد بپیچد.

در این شرایط، کلاچ با چنین حرکتی مخالفت می کند و می خواهد سرعت هر دو چرخ یکسان باشد. اگر یکی از چرخ ها بخواهد سریع تر بچرخد، باید ابتدا کلاچ را زیر فشار قرار دهد و بر نیروی فنرهای آن غلبه کند.

چه مقدار گشتاور برای غلبه بر کلاچ لازم است؟

سختی فنرها همراه با اصطکاک معین می کند که چه مقدار گشتاور برای غلبه بر کلاچ لازم است.

بار دیگر به شرایطی برمی گردیم که در آن یکی از چرخ های محرک روی یخ است و دیگری چسبندگی خوبی دارد.

در این شرایط، اگر از دیفرانسیل لغزش محدود نوع کلاچی استفاده کنیم، حتی اگر چرخ روی یخ نتواند گشتاور زیادی به زمین منتقل کند، چرخ دیگر هنوزهم گشتاور لازم را برای حرکت دارد.

گشتاور فراهم شده برای چرخی که روی یخ قرار گرفته است، برابر با مقدار گشتاوری است که برای غلبه بر کلاچ ها دریافت می کند.

نتیجه این است که خودرو می تواند رو به جلو حرکت کند؛ اگرچه هنوز تمام قدرت خروجی پیشرانه دردسترس نیست.

کوپلینگ ویسکوز

کوپلینگ ویسکوز (Viscous Coupling) اغلب در وسایل نقلیه تمام چرخ محرک استفاده می شود.

معمولا برای اتصال چرخ های عقب به چرخ های جلو از کوپلینگ ویسکوز بهره برده می شود؛ بنابراین، هنگامی که مجموعه ای از چرخ ها (محور جلو یا عقب) شروع به لغزش کند، گشتاور به مجموعه دیگر منتقل خواهد شد.

کوپلینگ ویسکوز دو مجموعه صفحه در داخل هوزینگ دارد که با سیال غلیظی پر می شود.

هوزینگ کاملا دربرابر بیرون درزگیری می شود و مایع نمی تواند از آن خارج شود. یک مجموعه از صفحات به هر شفت خروجی متصل شده است.

در شرایط عادی، مجموعه صفحات و سیال هر دو با سرعت مساوی می چرخند.

هنگامی که یک مجموعه از چرخ ها سعی می کند سریع تر بچرخد (شاید به دلیل لغزش)، مجموعه صفحات مربوط به آن چرخ ها سریع تر از دیگری شروع به چرخیدن می کنند.

سیال که بین صفحات گیر کرده است، تلاش می کند با دیسک های سریع تر درگیر شود و حرکت آن ها را کُندتر کند و آن ها را به سمت دیسک های کُندتر بکشاند؛ درنتیجه، گشتاور بیشتری به چرخ های کُندتر (چرخ هایی که لغزش ندارند) منتقل می شود.

هنگامی که خودرو می پیچد، تفاوت سرعت در میان چرخ ها به مقدار ای بزرگ نیست که یکی از چرخ ها می لغزد.

آزمایش ساده تخم مرغ

هرچه صفحات درمقایسه با یکدیگر سریع تر حرکت کنند، کوپلینگ ویسکوز گشتاور بیشتری انتقال می دهد. هنگام چرخیدن خودرو کوپلینگ مداخله نمی کند؛ زیرا مقدار گشتاور منتقل شده در زمان پیچیدن خیلی کوچک است. بااین حال، کوپلینگ ویسکوز معایبی هم دارد.

برای مثال، تا زمانی که چرخ واقعا شروع به لغزیدن نکند، انتقال گشتاور رخ نخواهد داد و این یکی از معایب مهم چنین دیفرانسیل هایی به شمار می رود.

آزمایشی ساده با یک تخم مرغ به توضیح رفتار کوپلینگ ویسکوز کمک می کند.

اگر تخم مرغی را روی میز آشپزخانه قرار دهید، پوسته و زرده هر دو ساکن می ایستند.

اگر به طور ناگهانی تخم مرغ را بچرخانید، پوسته تقریبا به مدت یک ثانیه سریع تر از زرده می چرخد؛ اما زرده به سرعت خود را با پوسته هم سرعت می کند، با این تفاوت که پس از ایستادن پوسته، زرده هنوزهم کمی می چرخد.

برای اثبات اینکه زرده در حال چرخش است، تخم مرغی را بچرخانید و سپس آن را متوقف کنید.

می بینید که تخم مرغ دوباره شروع به چرخش می کند؛ مگر اینکه کاملا آب پز شده باشد. در این آزمایش، از اصطکاک بین پوسته و زرده برای اعمال نیرو به زرده استفاده کردیم و سرعت آن را افزایش دادیم.

هنگامی که پوسته را متوقف کنیم، اصطکاک هنوز بین زرده و پوسته وجود دارد و نیروی به پوسته اعمال می کند که باعث می شود کمی سرعت بگیرد. در کوپلینگ ویسکوز نیز نیرو بین سیال و مجموعه صفحات به همین شیوه زرده و پوسته تخم مرغ عمل می کند.

دیفرانسیل تورسن

دیفرانسیل تورسن (Torsen) دستگاهی کاملا مکانیکی است که در آن هیچ گونه تجهیزات الکترونیکی و کلاچ و سیال (ویسکوز) وجود ندارد.

تورسن از ترکیب ابتدای کلمات Torque Sensing به دست آمده و در شرایطی که گشتاور روی هر دو چرخ برابر باشد، شبیه دیفرانسیل باز عمل می کند.

دانلود

به محض اینکه یکی از چرخ ها چسبندگی خود را از دست دهد، تفاوت گشتاور باعث می شود چرخ دنده های دیفرانسیل تورسن باهم درگیر شوند. طراحی دنده ها در این نوع دیفرانسیل، نسبت جهت گیری گشتاور را معین می کند.

به عنوان مثال، اگر دیفرانسیل خاصی با نسبت جهت گیری 1:5 طراحی شده باشد، آن را قادر می سازد تا پنج برابر گشتاور بیشتری به چرخی وارد کند که چسبندگی خوبی دارد.

تورسن در کدام نوع از وسایل نقلیه استفاده می شود؟

دیفرانسیل تورسن اغلب در وسایل نقلیه تمام چرخ محرک و با عملکرد زیاد استفاده می شود.

مانند دیفرانسیل نوع کوپلینگ ویسکوز، آن ها اغلب برای انتقال قدرت بین چرخ های جلو و عقب استفاده می شوند.

در این کاربرد، نوع تورسن بر کوپلینگ ویسکوز رجحان دارد؛ زیرا قبل از اینکه لغزش واقعی رخ دهد، گشتاور را به چرخ های ثابت انتقال می دهد.

بااین حال، اگر مجموعه ای از چرخ ها کاملا چسبندگی خود را از دست دهد، دیفرانسیل تورسن نمی تواند برای مجموعه چرخ های دیگر گشتاور فراهم کند.

نسبت جهت گیری دیفرانسیل معین می کند که چه مقدار گشتاور می تواند منتقل شود و پنج برابر صفر به طور معین صفر می شود؛ درنتیجه، هیچ گشتاوری در این شرایط منتقل نخواهد شد.

دیفرانسیل قفل شونده

دیفرانسیل قفل شونده برای وسایل نقلیه آف رود بسیار مفید است.

در این نوع، همان قطعات دیفرانسیل باز وجود دارد؛ اما مکانیزم الکتریکی یا بادی یا هیدرولیکی برای قفل کردن دو دنده هرزگرد هم به آن اضافه می شود.

مکانیزم یادشده معمولا با سوئیچ به صورت دستی فعال می شود یا هنگامی که هر دو چرخ با سرعت یکسانی بچرخند.

اگر یکی از چرخ ها از روی زمین بلند شود، در حرکت چرخ دیگر مسئله ای ایجاد نخواهد شد؛ درنتیجه، هر دو چرخ با سرعت یکسان به چرخیدن ادامه خواهند داد؛ به طوری که انگار هیچ چیزی تغییر نکرده است.

دیفرانسیل توزیع گشتاور

توزیع گشتاور یا Torque Vectoring فناوری استفاده شده ای در دیفرانسیل خودرو است که توانایی تغییر گشتاور را در هر نیم محور با یک سیستم الکترونیکی دارد.

این روش انتقال نیرو اخیرا در خودروهای چهارچرخ محرک رایج شده است. بعضی از خودروهای تازه دیفرانسیل جلو نیز از دیفرانسیل توزیع گشتاور پایه بهره می برند.

با پیشرفت فناوری در صنعت خودرو، خودروهای بیشتری به دیفرانسیل توزیع گشتاور مجهز ند. این فناوری اجازه می دهد تا چرخ ها برای شروع حرکت و هندلینگ، چسبندگی بهتری با جاده داشته باشند.

اهمیت قابلیت انتقال گشتاور

عبارت Torque Vectoring را اولین بار Ricardo در سال 2006 در ارتباط با فناوری های پیشرانه آن ها استفاده کرد. ایده توزیع گشتاور بر اساس اصول اولیه کارکرد دیفرانسیل استاندارد است.

دیفرانسیل توزیع گشتاور وظایف دیفرانسیل ساده را انجام می دهد؛ درحالی که گشتاور را به طور مستقل بین چرخ ها منتقل می کند. این قابلیت انتقال گشتاور تقریبا در هر شرایطی هندلینگ و کشش را بهبود می بخشد.

دیفرانسیل های توزیع گشتاور در اصل در مسابقات استفاده می شد و خودروهای رالی میتسوبیشی اولین خودروهایی بودند که از این فناوری استفاده کردند.

این فناوری به آرامی توسعه یافت و هم اکنون، در انواع کمی از خودروهای تولیدی در حال پیاده سازی است.

امروزه رایج ترین کاربرد توزیع گشتاور در خودروها در خودروهای چهارچرخ محرک است.

هدف اصلی توزیع گشتاور

ایده و اجرای توزیع گشتاور هر دو پیچیده هستند. هدف اصلی توزیع گشتاور تغییر گشتاور به طور جداگانه در هر چرخ است. دیفرانسیل ها به طور کلی فقط از اجزای مکانیکی تشکیل شده اند.

دیفرانسیل توزیع گشتاور علاوه بر اجزای مکانیکی استاندارد، به سیستم نظارت الکترونیکی نیز نیاز دارد. این سیستم الکترونیکی زمان و چگونگی تغییر گشتاور را برای دیفرانسیل معین می کند.

با توجه به تعداد چرخ هایی که نیرو دریافت می کنند، دیفرانسیل جلو یا عقب کمی پیچیده تر از دیفرانسیل چهار چرخ محرک است.

تأثیر توزیع گشتاور تولید گشتاور انحرافی ناشی از نیروهای طولی و تغییر مقاومت جانبی ایجاد شده هر تایر است و اعمال نیروی طولی بیشتر مقاومت جانبی قابل ایجاد را کاهش می دهد.

شرایط خاص رانندگی معین می کند که چگونه بین افزایش یا کاهش شتاب جانبی مصالحه شود. این عملکرد مستقل از فناوری است و می تواند با دستگاه های انتقال قدرت برای سیستم محرکه معمولی یا با منابع گشتاور الکتریکی به دست آید.

سپس، عنصر عملی ادغام با عملکردهای پایداری ترمز برای سرگرمی و ایمنی مطرح می شود.

محرک جلو یا عقب

دیفرانسیل های توزیع گشتاور در خودروهای دیفرانسیل جلو یا عقب خیلی پیچیده نیستند؛ اما مزایایی مشابه دیفرانسیل های چهار چرخ محرک دارند.

گشتاور دیفرانسیل فقط بین دو چرخ فرق دارد. سیستم نظارت الکترونیکی فقط دو چرخ را رصد می کند و پیچیدگی کمتری دارد.

در خودرو دیفرانسیل جلو، باید چند فاکتور در نظر گرفته شود. به عنوان مثال، سیستم نظارت باید چرخش و زاویه فرمان چرخ ها را کنترل کند.

ازآنجاکه این عوامل در هنگام رانندگی متفاوت هستند، نیروهای مختلفی روی چرخ ها اعمال می شود. دیفرانسیل بر این نیروها نظارت و بر این اساس گشتاور را تنظیم می کند.

بسکمک از دیفرانسیل های خودروهای محرک جلو می توانند گشتاور منتقل شده به چرخ خاصی را افزایش یا کاهش دهد.

این قابلیت باعث افزایش توانایی خودرو برای حفظ کشش در شرایط بد آب وهوایی می شود.

هنگامی که یک چرخ شروع به لغزش می کند، دیفرانسیل می تواند گشتاور آن چرخ را کاهش دهد و چرخ به طور موثری ترمز کند.

همچنین، دیفرانسیل گشتاور را به چرخ مقابل منتقل می کند و گشتاور آن را افزایش می دهد و به تعادل قدرت خروجی و ثبات حرکتی خودرو کمک می کند.

دیفرانسیل توزیع گشتاور در خودروهای محرک عقب نیز مشابه عملکرد آن در خودروهای دیفرانسیل جلو عمل می کند.

خودرو تمام چرخ محرک

بیشتر دیفرانسیل های توزیع گشتاور روی خودروهای چهارچرخ محرک استفاده شده اند. در دیفرانسیل توزیع گشتاور ساده، گشتاور بین چرخ های جلو و عقب فرق دارد.

این یعنی در شرایط عادی رانندگی، چرخ های جلو درصد معینی از گشتاور پیشرانه و چرخ های عقب بقیه آن را دریافت می کنند.

در صورت نیاز، دیفرانسیل می تواند گشتاور بیشتری بین چرخ های جلو و عقب منتقل کند تا عملکرد خودرو بهبود یابد.

به عنوان مثال، در حالت استاندارد 90 گشتاور تولیدی خودرو می تواند به چرخ های جلو و 10 درصد به جای مانده به چرخ های عقب برسد.

در صورت لزوم، دیفرانسیل توزیع گشتاور را به پنجاه پنجاه تغییر می دهد.

این توزیع تازه گشتاور را به طور یکنواخت بین هر چهار چرخ پخش می کند. داشتن دیفرانسیل توزیع گشتاور حتی باعث افزایش کشش خودرو می شود.

دیفرانسیل های توزیع گشتاور پیشرفته تری نیز وجود دارند. این دیفرانسیل ها بر اساس انتقال گشتاور اصلی بین چرخ های جلو و عقب عمل و قابلیت انتقال گشتاور بین چرخ های جداگانه را نیز اضافه می کنند.

این روش مؤثرتری برای بهبود ویژگی های جابه جایی ارائه می دهد. دیفرانسیل روی هر چرخ به طور مستقل نظارت و گشتاور موجود را مطابق با شرایط لحظه ای توزیع می کند.

خودروهای الکتریکی

در خودروهای برقی، سیستم چهار چرخ محرک معمولا با دو موتور الکتریکی مستقل (یکی برای هر محور) اجرایی می شود.

در این حالت، توزیع گشتاور بین محورهای جلو و عقب فقط کنترل الکترونیکی توزیع قدرت بین دو موتور برقی است که می تواند در مقیاس میلی ثانیه انجام شود.

در خودروهای الکتریکی دارای سه یا چهار موتور، حتی می توان توزیع گشتاور دقیق تری به صورت الکترونیکی اعمال کرد.

بدین صورت که در حالت چهارموتوره، کنترل گشتاور هر چرخ در هر میلی ثانیه انجام می شود و در حالت سه موتوره نیز، کنترل هرکدام از چرخ های دارای موتور به صورت لحظه ای و محور دارای موتور نیز جداگانه به صورت لحظه ای کنترل خواهد شد.

خودرو برقی سه موتوره با یک محور با دو موتور است

اگر دیفرانسیل توزیع گشتاور ازطریق دو موتور الکتریکی فعال شود که روی یک محور قرار دارند، حتی می تواند مؤثرتر هم باشد؛ زیرا این پیکربندی می تواند برای کمک به ویژگی های کم فرمانی خودرو و بهبود واکنش گذرای خودرو استفاده شود.

وانت برقی تسلا سایبرتراک (برنامه ریزی شده برای تولید در سال 2022) خودرو برقی سه موتوره با یک محور با دو موتور است؛ درحالی که در وانت برقی ریوین R1T (برنامه ریزی شده برای تولید در سال 2021) از دو موتور در هرکدام از محورهای جلو و عقب بهره برده می شود.

علاوه بر دیفرانسیل های یادشده، دیفرانسیل های دیگری نیز وجود دارند که نام آن ها کمتر به گوش کسی خورده است. درادامه، با این دیفرانسیل ها هم آشنا خواهیم شد.

دیفرانسیل اپی سیکلیک

دیفرانسیل اپی سیکلیک (Epicyclic) از چرخ دنده های اپی سیکلیک برای تقسیم گشتاور بهره می برد و گشتاور را بین دو محور جلو و عقب تقسیم می کند.

دیفرانسیل اپی سیکلیک در قلب سیستم انتقال قدرت خودرو تویوتا پریوس استفاده شد که در آن، پیشرانه و موتور الکتریکی و چرخ های محرک را به هم متصل می کند.

در این خودرو، از دیفرانسیل دوم برای تقسیم گشتاور معمولی بین چرخ های یک محور استفاده می شود. مزیت این دیفرانسیل طراحی نسبتا جمع وجور در طول محور است.

چرخ دنده های اپی سیکلیک به عنوان چرخ دنده های سیاره ای هم نامیده می شوند؛ زیرا محور چرخ دنده های سیاره ای در اطراف محور مشترک دنده خورشیدی و رینگی چرخانده می شود که آن ها را به یکدیگر متصل می کند.

در تصویر، محور زردرنگ دنده خورشیدی را نشان می دهد که تقریبا پنهان به نظر می رسد.

چرخ دنده های آبی رنگ دنده های سیاره ای هستند و چرخ دنده صورتی رنگ رینگی است. از چرخ دنده رینگی در دنده سراستارت روی فلایویل پیشرانه خودرو هم استفاده می شود.

دیفرانسیل دنده مستقیم

دیفرانسیل دنده مستقیم (Spur-Gear Differential) با درگیر کردن دنده های سیاره ای دو مجموعه دنده ایپیسیکلیک هم محور ساخته می شود.

پوسته دیفرانسیل به عنوان قفسه برای مجموعه دنده سیاره ای عمل می کند. در این نوع دیفرانسیل، دو دنده مستقیم هم مقدار وجود دارد که با فاصله کمی از یکدیگر، هرکدام روی یک نیم شفت قرار گرفته اند.

به جای دنده های مورب در بخش مرکزی دیفرانسیل، قفسه دوّاری روی هر محور به عنوان شفت وجود دارد. گشتاور خروجی از محرک اولیه یا جعبه دنده شبیه محور محرک خودرو قفسه را می چرخاند.

روی این قفسه یک یا چند جفت پینیون یا دنده هرزگرد یکسان وجود دارد که عموما طول آن ها بزرگ تر از قطرشان است و معمولا کوچک تر از دنده های مستقیم روی نیم شفت ها هستند.

هرکدام از پینیون ها به طور آزادانه روی پین های نصب شده در قفسه دَوَران می کنند.

علاوه بر این، جفت پینیون ها به طور محوری جابه جا می شود؛ بنابراین، به مقدار بخشی از طول آن ها که بین دو چرخ دنده مستقیم قرار گرفته است، درگیر می شوند و در جهت مخالف یکدیگر می چرخند.

طول به جای مانده هرکدام از پینیون ها با نزدیک ترین چرخ دنده مستقیم خود درگیر می شود؛ بنابراین، هرکدام از پینیون ها چرخ دنده مستقیم نزدیک خود را به پینیون مقابل متصل می کند و آن هم به نوبه خود، چرخ دنده مستقیم نزدیک تر را می چرخاند.

روشی مناسب برای تشخیص دادن چرخ دنده ها در دیفرانسیل دنده مستقیم

پس، هنگامی که محور محرک جعبه دنده قفسه را می چرخاند، ارتباط آن با تک تک محورهای چرخ دقیقا شبیه دیفرانسیل باز مجهز به دنده مورب است.

دیفرانسیل دنده مستقیم از دو مجموعه دنده اپی سیکلیک یا سیاره ای یکسان و هم محور ساخته شده است که روی قفسه واحدی نصب شده اند و دنده های سیاره ای آن ها باهم درگیر هستند.

دیفرانسیل دنده مستقیم مجموعه سیاره ای تشکیل می دهد که در آن قفسه ثابت شده و نسبت دنده آن ها R = -1 است. در این حالت، فرمول اصلی برای مجموعه دنده سیاره ای به شکل زیر محاسبه می شود:

بنابراین، سرعت زاویه ای قفسه (c) دیفرانسیل دنده مستقیم میانگین سرعت زاویه ای چرخ دنده های خورشیدی (a) و رینگی (a) است.

در بحث درباره دیفرانسیل دنده مستقیم، استفاده از عبارت چرخ دنده رینگی (Annular Gear) روشی مناسب برای تشخیص دادن چرخ دنده های خورشیدی دو مجموعه دنده اپی سیکلیک یا سیاره ای است.

دنده خورشیدی دوم کاربرد مشابهی با دنده رینگی یک مجموعه دنده سیاره ای ساده دارد؛ اما به وضوح جفتِ چرخ دنده داخلی ندارد که در دنده رینگی معمولی دیده می شود.

سیستم کنترل چسبندگی

یکی از عوارض جانبی و نامطلوب دیفرانسیل باز این است که می تواند چسبندگی را در شرایطی که حالت ایدئال وجود ندارد، محدود کند.

گشتاور اعمال شده به هریک از چرخ های محرک خودرو نتیجه تلاش پیشرانه و جعبه دنده و محور محرک برای اعمال نیروی دَوَرانی دربرابر مقاومت چسبندگی روی چرخ است.

در دنده های پایین تر و درنتیجه سرعت های کمتر، مگر اینکه بار فوق العاده بسیار زیاد باشد، سیستم انتقال قدرت می تواند گشتاور موردنیاز را فراهم کند. درنتیجه، عامل محدودکننده در این شرایط چسبندگی زیر هر چرخ خواهد بود؛ بنابراین، بهتر است چسبندگی را به عنوان مقدار نیرویی تعریف کنیم که می تواند بین سطح تایر و جاده منتقل شود، قبل از اینکه چرخ شروع به لغزش کند.

اگر گشتاور اعمال شده به یکی از چرخ های محرک بیش از آستانه چسبندگی باشد، آن چرخ دَوَران خواهد کرد و درنتیجه، گشتاور فقط برای چرخ دیگر فراهم می شود؛ گشتاوری که با اصطکاک موجود در چرخ لغزنده برابری می کند.

چسبندگی خالص کاهش یافته هنوزهم برای حرکت آرام خودرو کافی خواهد بود.

دیفرانسیل باز (بدون قفل یا سیستم کنترل چسبندگی) همیشه گشتاور تقریبا برابری برای هر سمت خودرو فراهم می کند.

چگونه می توان گشتاور اعمال شده به چرخ های محرک را محدود کرد؟

برای اینکه بفهمید چگونه می توان گشتاور اعمال شده به چرخ های محرک را محدود کرد، خودرو محرک عقب بسیار ساده ای را در نظر بگیرید که یکی از چرخ های آن روی آسفالت (چسبندگی خوب) و دیگری روی یخ (چسبندگی بسیار ضعیف) قرار گرفته است.

در این شرایط، دیفرانسیل مانند همیشه گشتاور را به طور یکنواخت بین چرخ های دو سمت تقسیم می کند؛ اما چرخی که روی یخ قرار گرفته است، به دلیل چسبندگی کمتر نمی تواند گشتاور دریافت کند و شروع به لغزش خواهد کرد.

این در حالی است که چرخ روی آسفالت با وجود چسبندگی زیاد، گشتاور یکسانی دریافت می کند؛ البته این مقدار گشتاور یکسان صفر خواهد بود و درنتیجه، خودرو اصلا حرکت نمی کند.

براساس بار، شیب و…، خودرو به مقدار گشتاور خاصی برای حرکت کردن به سمت جلو نیاز دارد.

ازآنجاکه دیفرانسیل باز مقدار گشتاور کلی اعمال شده به هر دو چرخ محرک را به مقدار دو برابر استفاده شده چرخ دارای چسبندگی کمتر محدود می کند، وقتی یکی از چرخ ها روی سطحی لغزنده قرار بگیرد، گشتاور کلی اعمال شده به چرخ های محرک کمتر از حداقل گشتاور موردنیاز برای حرکت دادن خودرو خواهد بود.

روش جایگزین که برای توزیع قدرت بین چرخ ها

یکی از روش های جایگزین که برای توزیع قدرت بین چرخ ها پیشنهاد شده، استفاده از مفهوم دیفرانسیل بدون دنده است که پروواتیدیس (Provatidis) آن را معرفی کرد.

بااین حال، پیکربندی های مختلفی که پیشنهاد شده اند، به نظر می رسد شباهت زیادی به نوع پین کشویی و بادامک، مانند ZF B-70 موجود در مدل های اولیه فولکس واگن یا نوع دیفرانسیل توپی دارند.

بسکمک از خودروهای تازه از سیستم کنترل چسبندگی بهره مندند.

در این خودروها، از دیفرانسیل باز همراه با سیستم ترمز ضدقفل استفاده می شود که با متوقف یا محدود کردن سرعت چرخ دارای لغزش، گشتاور اعمال شده به چرخ مخالف را افزایبش می دهد.

درنتیجه، عملکرد دیفرانسیل باز نیز بهبود می یابد و می تواند در شرایط مختلف به خوبی عمل کند.

درحالی که این نوع سیستم کنترل چسبندگی به مقدار دیفرانسیل های لغزش محدود یا قفل شونده مؤثر نیستند، بهتر از دیفرانسیل مکانیکی ساده بدون سیستم کنترل چسبندگی هستند.

دیفرانسیل فعال

یکی از فناوری های نسبتا تازه دیفرانسیل فعال کنترل الکترونیکی است.

واحد کنترل الکترونیکی (ECU) از ورودی های چند حسگر و زاویه ورودی فرمان و شتاب جانبی استفاده می کند تا بتواند گشتاور را به خوبی بین چرخ های محرک تقسیم کند و درنتیجه، باعث کاهش رفتارهای نامطلوب فرمان پذیری مانند کم فرمانی شود.

دیفرانسیل های فعال کاملا یکپارچه در خودروهایی ازجمله فراری F430، میتسوبیشی لنسر ایوولوشن، لکسوس RC F و GS F استفاده می شوند و مدل به کار رفته در چرخ های عقب را می توان در آکورا RL مشاهده کرد.

نسخه تولیدشده ZF نیز در شاسی B8 آئودی S4 و آئودی A4 ارائه می شود.

فولکس واگن گلف GTI نسل هفتم نیز در تیپ پرفورمنس خود به قفل دیفرانسیل عرضی روی محور جلو با کنترل الکترونیکی مجهز است که با نام VAQ شناخته می شود.

کاربردهای غیرخودرویی دیفرانسیل

ارابه های جنوب نمای چینی ممکن است اولین کاربرد بسیار مهم دیفرانسیل باشند. ارابه های یادشده عقربه ای داشتند که دائما به سمت جنوب اشاره می کرد و مهم نبود که ارابه هنگام حرکت چگونه می چرخید.

بنابراین، چینی ها می توانستند از این عقربه و مکانیزم دیفرانسیل به عنوان نوعی قطب نما استفاده کنند.

دانشمندان حدس می زنند که مکانیزم دیفرانسیل به کار رفته در ارابه به هرگونه تفاوت بین سرعت چرخش دو چرخ واکنش نشان و عقربه را به درستی در جهت جنوب حرکت می داد.

بااین حال، چنین مکانیزمی به مقدار کافی دقیق نبود و پس از چند کیلومتر حرکت کردن، عقربه می توانست حتی به جهت مخالف نیز اشاره کند.

بیشتر بدانید:

اولین استفاده کاملا تأییدشده از دیفرانسیل در ساعت ساخت جوزف ویلیامسون در سال 1720 صورت گرفت.

ویلیامسون از این دیفرانسیل برای اضافه کردن معادله زمان به زمان اصلی محلی به منظور ایجاد زمان خورشیدی استفاده کرد. چنین کاربردی دقیقا شبیه خواندن ساعت آفتابی بود.

در طول قرن هجدهم، از ساعت های آفتابی برای نشان دادن زمان صحیح استفاده شد؛ به طوری که ساعت های معمولی حتی اگر به خوبی هم کار می کردند، باید به طور مداوم تنظیم می شدند.

دلیل این کار، تغییرات فصلی معادله زمان بود که باعث نشان دادن زمان غیرواقعی در ساعت های معمولی آن دوران می شد. ساعت ویلیامسون و سایر ساعت های معادله ای زمان ساعت آفتابی را بدون نیاز به تنظیم مجدد نشان می دادند.

ورود تحلیلگرهای دیفرانسیلی به دنیای مکانیک

امروزه، زمان نشان داده شده با ساعت های معمولی را صحیح و معمولا ساعت های آفتابی را نادرست می دانیم.

بنابراین، دستورالعمل های زیادی برای چگونگی خواندن زمان واقعی این ساعت ها ارائه می شود و به کمک این دستورالعمل ها، افراد می توانند زمان واقعی را از روی ساعت آفتابی بخوانند.

در نیمه اول قرن بیستم، رایانه های آنالوگ مکانیکی موسوم به تحلیلگرهای دیفرانسیلی (Differential Analyzers) ساخته شدند.

رایانه های آنالوگ مکانیکی از مجموعه دنده دیفرانسیلی برای انجام اعمال ریاضی ازجمله جمع و تفریق استفاده می کردند.

رایانه کنترل شلیک اسحله Mk1 نیروی دریایی ایالات متحده آمریکا حدود 160 دیفرانسیل از نوع دنده مورب بهره می برد.

مجموعه دنده دیفرانسیلی می تواند برای مقدار گیری اختلاف بین دو محور ورودی استفاده شود. ماشین ها اغلب از چنین چرخ دنده هایی برای اعمال گشتاور به محور مدنظر استفاده می کنند.

از این نوع دیفرانسیل ها معمولا در ساعت سازی استفاده می شود تا دو سیستم تنظیم مجزا را با هدف میانگین گیری خطاها به هم وصل کند.

گروبل فورسی از دیفرانسیل برای اتصال دو سیستم گردابی دوگانه در گرداب چهارگانه دیفرانسیلی (Quadruple Differential Tourbillon) آن ها استفاده کرد.

خودرو دیفرانسیل جلو چیست؟

حال که با تقسیم بندی انواع دیفرانسیل در خودرو آشنا شدیم، یکی از اصطلاحات متداولی را تعریف می کنیم که البته کمتر در مجامع علمی به کار می رود. به خودرو محرک جلو (FWD) که دیفرانسیل آن در محور جلو قرار گرفته است، خودرو دیفرانسیل جلو یا محور جلو می گویند. در این میان، فرقی ندارد که نوع دیفرانسیل به کار رفته در محور جلو چه باشد. همچنین، به خودرو محرک عقب (RWD) که دیفرانسیل آن در محور عقب قرار گرفته است، خودرو دیفرانسیل عقب یا محور عقب گفته می شود.

خودرویی که هر دو محور آن محرک می شوند یا به عبارت دیگر، روی هر دو محور جلو و عقب آن دیفرانسیل وجود داشته باشد، چهارچرخ محرک (AWD/4WD) می گویند؛ البته نوع چهار چرخ محرک (4WD) با نوع تمام چرخ محرک (AWD) تفاوت کوچکی باهم دارند.

تفاوت آن ها این است که خودرو تمام چرخ محرک به صورت استاندارد هر دو محور آن درگیر و محرک هستند؛ اما نوع چهارچرخ محرک در حالت عادی فقط یک محور (معمولا محور عقب) محرک است و در شرایط سخت محیطی مانند رانندگی در جهتهای خارج از جاده، محور دیگر هم درگیر می شود.

دیفرانسیل ماشین های ایرانی

در بازار ایران، با دو نوع خودرو ساخت داخل و خودرو وارداتی سروکار داریم که نوع دیفرانسیل آن ها باهم تفاوت خیلی زیادی ندارد.

بیشتر خودروهای داخلی در سال های اخیر از نوع دیفرانسیل جلو یا محرک جلو هستند؛ ازجمله محصولات سایپا (انواع پراید، تیبا، ساینا و…) و محصولات ایران خودرو (خانواده پژو، خانواده سمند، سورن و دنا).

از میان خودروهای قدیمی ساخت داخل هم می توان به پیکان اشاره کرد که از دیفرانسیل در محور عقب بهره می برد.

در میان خودروهای وارداتی نیز، انواع خودروهای کره ای و ژاپنی از دیفرانسیل جلو استفاده می کنند؛ البته بعضی مدل های شاسی بلند و آف رود نیز در بازار وجود دارند که از سیستم چهارچرخ محرک بهره می برند.

معروف ترین خودروی چهارچرخ محرک در بازار ایران

آشناترین نمونه از خودروهای چهارچرخ محرک در بازار ایران، نیسان پاترول است که شرکت پارس خودرو مونتاژ و به بازار عرضه می کرد.

به طورکلی، خودروهای دیفرانسیل جلو یا محور جلو با توجه به حذف بعضی قطعات ازجمله میل گاردان، باعث صرفه جویی در هزینه های سازنده و کاهش وزن نهایی خودرو می شوند و همین عوامل باعث می شود تا خودروسازان به استفاده از سیستم محرک جلو تمایل بیشتری داشته باشند.

هرچند ظهور فناوری های تازه و استفاده از سیستم های الکترونیکی در صنعت خودرو باعث شده است تا معایب و مسائل دیفرانسیل های صرفا مکانیکی قدیمی در سال های اخیر تا حدودی برطرف شود.

قیمت دیفرانسیل خودرو در ایران

در زمان نگارش این مطلب (مهر 1400) قیمت قطعات خودرو ثبات چندانی ندارد و همانند سایر محصولات مرتبط، با نوسان قیمتی همراه است.

به عنوان مثال، دیفرانسیل خودرو پیکان در شرایط کنونی با قیمت حدود 3 میلیون تومان، دیفرانسیل پژو روآ با قیمت 3 میلیون و 250 هزار تومان، دیفرانسیل پژو آردی 3 میلیون و 100 هزار تومان، دیفرانسیل وانت آریسان 3 میلیون و 400 هزار تومان، دیفرانسیل نیسان 5 میلیون و 500 هزار تومان و دیفرانسیل پراید معمولی حدود 700 هزار تومان است.

توجه کنید که قیمت های ذکر شده مربوط به تاریخ انتشار مقاله است و احتمال دارد در آینده با تغییراتی روبه رو شود.

منبع: زومیت