همه چیز درباره دیفرانسیل خودرو و نحوه کار آن

در خودروهای درون‌سوز برای انتقال قدرت از پیشرانه، گیربکس و در برخی موارد از میل‌گاردان به چرخ‌ها، از مجموعه چرخ‌دنده‌هایی استفاده می‌شود که می‌تواند جهت انتقال نیرو و ضریب دنده‌های متفاوتی داشته باشد. محل قرارگیری و روش انتقال قدرت از پیشرانه و گیربکس و یا میل‌گاردان به چرخ‌ها توسط مجموعه دیفرانسیل، بسته به نوع طراحی می‌تواند محرک جلو، محرک عقب و یا هردو باشد. در این مطلب سعی شده بیشتر تمرکزمان بر روی خودروهای محور عقب باشد.

مجموعه دیفرانسیل چیست؟

دیفرانسیل به مجموعه قطعات و چرخ‌دنده‌هایی گفته می‌شود که وظیفه انتقال درست توان متناسب با شرایط از میل‌گاردان یا شفت خروجی گیربکس به پلوس‌ها و چرخ‌ها را دارد. این قطعات برای عمر بالاتر و کاهش دما براثر اصطکاک و همچنین روان کاری، از روغن مخصوص خود استفاده می‌کنند.

وظیفه مجموعه دیفرانسیل

در ابتدا، مسیر انتقال قدرت خودروهای دیفرانسیل عقب از میل‌گاردان تا پلوس‌ها را با هم به‌طور ساده بررسی می‌کنیم. ابتدا فلانچ انتهایی میل‌گاردان سپس دنده پینیون و دنده کرانویل بعد از آن هوزینگ دیفرانسیل و در انتها پلوس.

وظایف مشترک هر دیفرانسیل: افزایش گشتاور و کاهش دور برای افزایش قدرت خودرو، انتقال نیرو از میل‌گاردان یا شفت خروجی گیربکس به پلوس و چرخ‌ها، تغییر مجزا دور هر چرخ محرک در مسیرهای منحنی و پیچ‌ها برای پایداری بهتر (چرخ داخل پیچ همیشه مسافت کمتری نسبت به چرخ خارج پیچ طی می‌کند بنابراین نیاز به مکانیزم هماهنگ‌کننده سرعت چرخ‌ها داریم). همچنین دیفرانسیل عقب به‌طور مجزا وظیفه تغییر ۹۰ درجه نیروی دورانی از میل‌گاردان به چرخ‌ها را دارد اما اکثر خودروهای محرک جلو به دلیل موازی بودن پیشرانه و جعبه دنده با پلوس و چرخ‌ها، نیازی به تغییر ۹۰ درجه‌ای نیرو نیست.

البته باید گفت خودروهای تمام برقی با ۱ موتور در جلو یا عقب هم دارای دیفرانسیل هستند اما مدل‌های برقی مانند ریماک نورا که یک موتور بر روی هر چرخ دارند، به دلیل نداشتن سیستم دیفرانسیل، فقط با ضریب final drive و reduction gear مخصوص خود به‌طور هوشمند و با توجه به زاویه فرمان سرعت موتورها را تنظیم می‌کنند.

نگاهی به اجزا مجموعه دیفرانسیل

کرانویل و پینیون: این دو قطعه عمل کاهش دور و افزایش گشتاور را انجام می‌دهند. چرخ‌دنده محرک کوچک‌تر پینیون و چرخ‌دنده بزرگ‌تر متحرک کرانویل نام دارد. ترکیب این دو چرخ‌دنده یک نسبت دنده به نام ضریب دیفرانسیل یا final drive را به وجود می‌آورد. چرخ‌دنده‌های پینیون و کرانویل دیفرانسیل عقب اغلب از نوع پرکاربرد منحنی و هیپوئیدی هستند که مرکز پینیون پایین‌تر از مرکز کرانویل قرار می‌گیرد؛ این موضوع باعث می‌شود طول میل‌گاردان کاهش یابد و راحتی سرنشینان افزایش و درگیری دندانه‌ها به نسبت مدل ساده نرم‌تر و بی‌صداتر شوند. از نقاط ضعف چرخ‌دنده هیپوئیدی می‌توان به اتلاف توان بیشتر نسبت به نمونه ساده اشاره کرد. در اکثر خودروهای دیفرانسیل جلو به دلیل هم‌راستا و موازی بودن دوران پیشرانه و چرخ‌های محرک و عدم نیاز به تغییر ۹۰ درجه نیرو، چرخ‌دنده‌های کرانویل و پینیون از نوع چرخ‌دنده موازی مارپیچی هستند.

(توصیه می‌شود هنگام خرید این دو قطعه، هردو را با هم و به‌صورت یک مجموعه خریداری کنید تا با هم همخوانی بیشتری داشته باشند زیرا هنگام ساخت هر کرانویل و پینیون، این دو با هم به‌صورت هماهنگ تولید می‌شوند).

مجموعه هوزینگ: این مجموعه که وظیفه هماهنگ کردن سرعت چرخ‌ها را دارد و متشکل از دنده ابتدا پلوس (دنده اسپایدر)، دنده هرزگرد، رولبرینگ‌ها و واشرهای مخصوص خود و میل دنده هرزگرد است. مجموعه هوزینگ با مکانیزم خود می‌تواند سرعت چرخ‌های محرک را بسته به نوع شرایط تغییر دهد تا خودرو اصولی‌تر بپیچد و خطر واژگونی و ناپایداری خودرو کاهش یابد.

از دیگر قطعات مجموعه دیفرانسیل می‌توان به رولبرینگ ها، شیم ها، واشرهای آب‌بندی و پیش بار، کاسه نمدها و… اشاره کرد.

دیفرانسیل لغزش محدود یا (limit-slip differential) LSD چیست؟

این نوع دیفرانسیل برخلاف دیفرانسیل‌های معمولی، هنگام کاهش اصطکاک یکی از چرخ‌های محرک با زمین، از لغزش چرخ محرک دیگری جلوگیری می‌کند. برای مثال اگر یکی از چرخ‌های محرک به هر دلیلی مانند حرکت در برف یا گِل، اصطکاک خود را از دست بدهد، مکانیزم دیفرانسیل لغزش محدود، نیرو را به چرخ محرک با اصطکاک بیشتر ارسال می‌کند تا خودرو پایدارتر شود و مانع از لغزش چرخ‌ها بشود.

این نوع دیفرانسیل دارای یک کلاچ چندصفحه‌ای فولادی بر روی هر یک از دنده پلوس‌ها است و به‌صورت هزار خار به دنده پلوس متصل می‌شود. این صفحه‌های فولادی دارای زبانه‌هایی هستند که در محفظه هوزینگ قرار گرفته و زمانی که کلاچ درگیر می‌شود، صفحه‌ها به یکدیگر نیرو وارد می‌کنند و درنهایت هوزینگ و دنده پلوس قفل می‌شود و نیرو به پلوس و چرخ‌ها ارسال می‌گردد و دنده پلوس با هوزینگ یکپارچه می‌شود. دراین‌بین فنرهایی هم برای قفل سریع‌تر وجود دارند.

ضریب دیفرانسیل یا final drive چیست؟

هنگامی‌که کرانویل یک دور کامل میزند، پینیون بیشتر از یک دور حول محور خود دور میزند. تعداد دورهای پینیون و کرانویل، بر روی گشتاور و سرعت چرخ‌ها تأثیرگذار است. کرانویل و پینیون درمجموع دارای دو عدد هستند یکی تعداد دورهای کرانویل و دیگری تعداد دورهای پینیون. برای مثال دیفرانسیلی که ضریب ۱۱-۳۹ دارد یعنی هنگامی‌که پینیون ۳۹ دور و کرانویل ۱۱ دور بزند، این دو قطعه درست در مکان اولیه خود نسبت به یکدیگر قرار می‌گیرند. برای به دست آوردن نسبت دنده دیفرانسیل که با نماد i شناخته می‌شود باید عدد کرانویل را به عدد پینیون تقسیم کنیم. عدد به‌دست‌آمده هرچه به عدد ۱ نزدیک‌تر باشد دیفرانسیل و سرعت نهایی چرخ‌ها سریع‌تر و هرچه عدد به‌دست‌آمده بزرگ‌تر باشد، دیفرانسیل و چرخ‌ها گشتاور بیشتری دارند اما بر روی حداکثر سرعت تأثیر منفی می‌گذارد.

در مطالب آینده عملکرد پلوس‌ها را با هم بررسی می‌کنیم.

نویسنده: مهدی عیدی