دیفرانسیل چیست؟

دیفرانسیل از مهم‌ترین اجزای تشکیل دهنده خودرو و تراکتور است. اعضا این قطعه وظیفه تغییر جهت انتقال نیرو را به عهده دارد. به عبارتی دیگر دیفرانسیل دستگاهی است که از چندین چرخ دنده مخروطی تشکیل شده است که نیروی موتور را از جعبه دنده گرفته و برروی چرخ‌ها تقسیم می‌کند تا هر قسمت چرخ‌‌ را به گردش درآورند. درصورتی که ماشین فاقد دیفرانسیل باشد، چرخ‌ها قفل شده و هنگام پیچیدن یک چرخ روی زمین کشیده می‌شود. فرآیند انتقال قدرت بدین شکل است که توان تولید شده در موتور برای تولید گشتاور و سرعت لازم به جعبه دنده منتقل شده و خروجی آن توسط میل گاردان به چرخ ها انتقال می یابد. چرخ هایی که توان به آن ها منتقل می شود چرخ های محرک نامیده می شوند که این چرخ ها وظفه حرکت دادن خودرو به جلو را بر عهده دارند.

البته باید در نظر داشت در وسایل نقلیه ای که چهار چرخ متحرک هستند باید نیرو به هر چهار چرخ منتقل شود. برای این کار نیاز است که بین هر دو چرخ یک دیفرانسیل و یک دیفرانسیل هم 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. تراکتورها برای کار، به دور کم و گشتاور زیاد روی چرخ‌ها نیاز دارند. بنابراین در چندین نقطه دور موتور کاهش و گشــتاور افزایش داده می‌شــود. جعبه دنده اصلی، جعبه دنده کمک، دیفرانسیل و بالاخره کاهنده نهایی، قسمت‌هایی هستند که این کار را انجام می‌دهند.

وظایف دیفرانسیل

1. ایجاد هماهنگی بین چرخ‌ها در درور زدن تراکتور : دیفرانسل نیروی دورانی را دریافت می‌کند و با توجه به وضعیتی که چرخ‌های محرک دارند، بین آن‌ها تقسیم می‌کند. در هنگام حرکت مستقیم چون چرخ‌های محرک وضعیت تقریبا یکسانی دارند با سرعت مساوی می‌چرخند ولی هنگام دور زدن سر پیچ‌ها، مسیری که چرخ داخلی را می‌پیماید کمتر از چرخ بیرونی است. بنابراین دیفرانسیل باید چرخ داخلی را با سرعت کمتر و چرخ خارجی را با سرعت بیشتر بچرخاند. این عمل امکان دور زدن را در سرپیچ‌ها ممکن می‌سازد.
2. ایجاد هماهنگی بین چرخ‌ها در دور زدن تراکتور : موتور روی شاسی تراکتور به صورت طولی قرار می‌گیرد ولی محور چرخ‌ها باید به طور عرضی دوران کند. تغییر مسیر بین محور موتور و محور چرخ‌ها را دیفرانسیل امکان‌پذیر می‌کند.
3. افزایش گشتاور چرخ‌های تراکتور: دیفرانسیل به علت داشتن دو چرخ دنده مخروطی با قطرهای مختلف، گشتاور چرخ‌ها را افزایش داده، سرعت آن‌ها را نسبت به سرعت محور خروجی دنده‌، کاهش می‌دهد.

دسته بندی وسایل نقلیه براساس نوع دیفرانسیل استفاده شده

همانطور که گفته شد. نقش دیفرانسیل در تمامی وسایل نقلیه بسیار مهم است. به طور کلی تمامی تراکتورها و خودروها دارای سه نوع دیفرانسیل هستند که در ادامه به انواع و کاربردهای آن‌ها پرداخته می‌شود.

وسایل نقلیه دیفرانسیل جلو FWD

وسایل نقلیه دیفرانسیل جلو که در سال ۱۹۰۰ در فرانسه تولید شده، سهم بیشتری از بازار را به خود اختصاص داده است. وظیفه دارد که قدرت موتور را به چرخ‌های جلو منتقل کند. این دیفرانسیل در ابتدای سال‌های تولید تنها در ماشین‌های مسابقه‌ای استفاده می‌شد. در وسایل نقلیه دیفرانسل جلو مجموعه محرک -موتور، جعبه‌دنده، دیفرانسیل و چرخ‌های محرک کاملا در بخش جلوی خودرو قرار دارند. مصرف سوخت کمتر از مزایای اصلی این نوع وسایل نقلیه است. 
در صورتی که تراکتور دارای دو محور محرک باشد، یک دیفرانسیل نیز در محور جلو وجود خواهد داشت. در تراکتور MF399 با دو محرک، دیفرانسیل محور جلو با یک اهرم درگیر می‌شود تا تراکتور در وضعیت دو محور محرک قرار گیرد.

وسایل نقلیه دیفرانسیل عقب یا RWD

یکی از قدیمی‌ترین دیفرانسیل‌ها، دیفرانسیل عقب می‌باشد. این دیفرانسیل وظیفه دارد که قدرت موتور را به محور عقب خودرو منتقل کند. اولین خودرو‌ها از این نوع دیفرانسیل استفاده می‌کردند. برخلاف وسایل نقلیه دیفرانسیل جلو، در این نوع دیفرانسیل عقب نیروی موتور بواسطه‌ی محور انقال نیرو (میل گاردان) به دیفرانسیل چرخ‌های عقب منتقل می شود. دیفرانسیل عقب امکان استفاده از قطعات سنگین و حجیم را فراهم می‌آورد. هنگام بارگیری با وزن بالا، کشش بهتری را ایجاد می‌کند. از مزایای مهم این نوع خودروها میتوان به شتاب، هندلیگ و توزیع وزن بهتر اشاره کرد. این نوع خودروها برای کاربری بعنوان ماشین‌های حمل بار که وزن زیادی بر روی چرخ های عقب قرار می گیرد بسیار مناسب هستند.

وسایل نقیله تمام چرخ متحرک

سیستم AWD نیرو را به هرگوشه از خودرو منتقل می‌کند. در AWD ابتدا یک جفت از چرخ‌ها(عقب یا جلو) منتقل می‌کنند، زمانی که لغزش تشخیص داده شد، نیرو به چرخ‌هایی که بیشترین کشش را دارند، ارسال می‌شود. این دیفرانسیل برای شرایط برفی و یخبندان مناسب است.

وسایل نقلیه چهار چرخ محرک (4WD)

 طی دو دهه اخیر، خودروهای مجهز به سیستم دو دیفرانسیل روز به روز در حال محبوب‌تر شدن هستند. قدرت موتور در این دیفرانسیل به هر چهار چرخ منتقل می‌شود. 

انواع دیفرانسیل

دیفرانسیل باز در انواع دیفرانسیل وسایل نقلیه

این نوع از دیفرانسیل‌ها ارزان‌ترین نمونه دیفرانسیل محسوب می‌شوند اما کاربرد گسترده‌ای در بین وسایل نقلیه دارد. عملکرد در دیفرانسیل باز به این نحو است که گشتاور خروجی از پیشرانه را به دو جهت مختلف تقسیم می‌کند که هر کدام از خروجی‌ها توانایی چرخش با سرعت مختلفی را دارند. معایب بزرگ این دسته از دیفرانسیل عدم توانایی کنترل گشتاور خروجی است.

دیفرانسیل قفل‌شونده در انواع دیفرانسیل وسایل نقلیه

این دیفرانسیل‌‌ها سرعت چرخش شفت‌های یک محور را ثابت نگه می‌‌دارد. بنابراین، چرخ راست و چرخ چپ دور یکسانی را طی می‌کنند. این دیفرانسیل‌‌ها باعث می‌شوند که محور دارای کشش و محور فاقد کشش دور یکسانی را دریافت کنند.
سیستم قفل‌کننده خودکار ارزان‌تر است و نیازی به دخالت راننده ندارد. اما عمل قفل و باز شدن در آنها با صدا و ضربه همراه است. شتاب و کارایی یکنواخت و همچنین عملکرد دیفرانسیل باز هنگام فعال نبودن مکانیزم‌های قفل‌کننده از مزایای انواع دیفرانسیل خودرو در این مدل است. در مقابل (علاوه بر سروصدای زیاد)، قفل‌کننده‌ها معمولا فشار زیادی بر شفت‌های محور خودرو اعمال می‌‌کنند. در خودروهای مجهز به این دیفرانسیل‌‌ها، وادار کردن دو چرخ به داشتن دور یکسان گاهی بریدن محور چرخ را به دنبال دارد.

دیفرانسیل لغزش محدود با کنترل‌کننده الکتریکی (LSD)

این دیفرانسیل‌ها بیشتر در خودروهای مسابقه‌ای استفاده می‌شود. دیفرانسیل لغزش محدود در واقع از نمونه‌های پیشرفته دیفرانسیل قفل شونده است. عملکرد این دیفرانسیل همانند دیفرانسیل باز است. در آنها از کلاچ‌‌هایی استفاده شده که به محورهای خودرو متصل است. نیروی خروجی از موتور در این دیفرانسیل هر ثانیه بین چر‌خ‌ها تنظیم می‌شود. دیفرانسیل‌های LSD تمام قدرت را به چرخ‌‌های دارای اصطکاک نمیفرستند بلکه درصدی از قدرت به چرخ‌‌هایی که اصطکاک کمتری دارند، فرستاده می‌شود. کنترل وسایل نقلیه‌ با دیفرانسیل لغزش محدود، آسانتر است. 

دیفرانسیل تقسیم‌کننده گشتاور

این دیفرانسیل را می‌توان پیشرفته‌ترین نمونه‌ی حال حاضر صنعت خودرو دانست که علاوه بر وظایف اصلی دیفرانسیل، به فرمان پذیری و هندلینگ خودرو کمک شایانی می‌کند. دیفرانسیل‌های تقسیم کننده و یا جهت دهنده گشتاور در خودرو‌های چهارچرخ محرک بسیار متداول است. آن‌ها با استفاده از سنسور‌های سرعت و شتاب سنج مدام اقدام به بررسی وضعیت پایداری خودرو می‌کنند و بهترین استراتژی تقسیم نیرو بین چهارچرخ را در این راستا اتخاذ می‌کنند. نحوه‌ی اتخاذ استراتژی به طور ساده بدین شرح است که اگر از بالا به خودرو نگاه کنید، نیرو رو به جلوی تمامی چرخ‌ها حول مرکز جرم خودرو، باعث ایجاد گشتاوری می‌شوند که این گشتاور و زاویه ایجاد شده توسط آن Yaw نام دارد. حال ماژول کنترل خودرو می‌تواند با افزایش گشتاور در هر چرخ و بالطبع نیرو رو به جلو آن، باعث کاهش و یا افزایش این زاویه شود. این نوع از دیفرانسیل‌ها سنگین و گران قیمت هستند. ارتقا آنها در میان انواع دیفرانسیل خودرو نیز چندان ساده نیست.
این دیفرانسیل‌ها ابتدا امنیت راننده را محاسبه می‌کنند و سرعت برای آنها در اولویت دوم قرار دارد. ارتقا آنها در میان انواع دیفرانسیل خودرو نیز چندان ساده نیست. از مزایای این دیفرانسیل دقت و سرعت بالا و عملکرد بهتر است.

دو دیفرانسیل کردن تراکتور

برخی از تراکتورها را برای افزایش توان کششی، به محور محرک جلو نیز مجهز نموده‌اند. یعنی محور جلو نیز دیفرانسیل دارد با اینکار توان موتور به چرخ‌های جلو نیز منتقل می‌شود. دیفرانسیل جلو را باید در کارهایی که نیاز به نیروی کششی زیاد است، به کار گرفته می‌شود. در واقع بیشتر این تراکتورها در کارهای سنگین صنعتی و کشاورزی کاربرد دارند.

تراکتورهای چهار چرخ محرک، بیشتر به یکی از سه صورت زیر ساخته می‌شود:

1. تراکتورهای چهار چرخ محرک با چرخ‌های کوچک جلو متصل به فرمان.
2. تراکتورهای چهار چرخ محرک با چرخ‌های جلو و عقب هم اندازه که رچخ‌های جلو به فرمان متصل می‌شود.
3. تراکتورهای چهار چرخ محرک با چرخ‌های چرخ‌های هم اندازه جلو و عقب و شاسی کمرشکن یا مفصلی.

تراکتورها برای کار، به دور کم و گشتاور زیاد روی چرخ‌ها نیاز دارند. بنابراین در چندین نقطه دور موتور کاهش و گشتاور افزایش داده می‌شود. جعبه دنده اصلی، جعبه دنده کمک، دیفرانسیل و کاهنده نهایی، قسمت‌هایی هستند که این کار را انجام می‌دهند.

اجزای سیستم دیفرانسیل خودرو

دیفرانسیل نیز مانند هر بخشی از قطعات وسایل نقلیه دارای قطعات جداگانه و مجزا است که برای انجام وظایف خود در قالب یک قطعه فعالیت می‌کنند. این اجزا شامل موارد زیر می‌شود:

1. هوزینگ: به تنظیم دور چرخ ها هنگام حرکت و یا دور زدن می‌پردازد. شامل ۴ چرخ دنده است. دو چرخ دنده‌ آن هرزگردها هستند و دو چرخ دنده‌ی دیگر را چرخ دنده‌های سرپلوس می‌نامند. این چرخ دنده‌ها در پوسته‌ی هوزینگ قرار دارند. در بین این قطعات دنده هرزگرد که از اجزای هوزینگ است به عنوان مهمترین جزء مجموعه‌ی دیفرانسیل شناخته می‌شود.
2. چرخ دنده پلوس: در عبور از ناهمواری‌ها و مسیرهای غیر مستقیم به هرزگرد کمک می‌کند تا گشتاور و سرعت را بین چرخ‌ها تقسیم کند.
3. چرخ دنده کرانویل: با پینیون و هرزگرد در ارتباط است و چرخش پینیون را به هرزگرد منتقل می‌کند. این قطعه به هوزینگ پیچ شده و با چرخش آن می‌چرخد. به آن رینگر یا چرخ دنده حلقه‌ای نیز می‌گویند.
4. چرخ دنده پینیون یا کله گاوی: وظیفه‌ انتقال گشتاور از گیربکس به دیفرانسیل را بر عهده دارد .
5. چرخ دنده هرزگرد: وظیفه‌ی تنظیم حرکت چرخ ها و حفظ تعادل خودرو در پیچ‌ها را بر عهده دارد. این چرخ دنده‌های مخروطی با شفت به هوزینگ متصل می‌شوند.
6. چرخ دنده‌های جانبی: این قطعات رینگر را با دوران می چرخانند.آن‌ها را چرخ دنده‌های سر پلوس نیز می‌نامند.
7. چرخ دنده های اسپایدر: حرکت چرخ‌های چپ و راست توسط آن‌ها صورت می‌گیرد.

به طور کلی، دیفرانسیل مجوعه‌ای از چرخ‌دنده‌ها است که در کنار هم ضمن انتقال نیرو، جهت گشتاور را نیز تغییر می‌دهند. هریک از اجزای دیفرانسیل ممکن است بنا به نیاز و نوع سیستم در تعداد متفاوت به کار روند. 
دیفرانسیل شامل دو چرخ دنده مخروطی به نام پینیون و کرانویل است. پینیون با محور خروجی جعبه دنده اصلی یا کمک دنده کرانویل در ارتباط است. این دو چرخ دنده در هنگام کار باعث کاهش دور، افزایش و تغییر جهت گشتاور می‌شوند.  کرانويل به کمک پيچ يا پرچ به پوســته هوزينگ متصل شده است. مجموعۀ هوزينگ از پوســته، چرخ دندههای سر پلوس، چرخ دندههــای هرزگــرد و محــور آنها و واشــرهای ضد اصطکاک تشكيل شــده است. چرخ دنده پینیون کوچکتر از چرخ دنده رینگر است که در نوع انتقال قدرت تاثیر دارد.