انواع دیفرانسیل و نحوه کار آنها

مانند بسیاری از چیزهای موجود در خودروهای مدرن، دنده ساده ای که به عنوان دیفرانسیل شناخته می شود، مرتباً اصلاح و آزمایش شده است - که منجر به طیف وسیعی از انواع با مزایا و معایب خاص خود می شود.

مفهوم دیفرانسیل - یعنی اجازه دادن به چرخ های سوار بر یک محور برای چرخش مستقل از یکدیگر - یک طرح باستانی است که اولین نمونه شناخته شده استفاده از آن در چین در هزاره اول قبل از میلاد ثبت شده است.

اگرچه این مدت ها قبل از اختراع خودرو بود، گاری ها، واگن ها و ارابه ها همچنان از همان مشکل لیز خوردن یا کشیدن یک چرخ در هنگام پیچیدن، افزایش فرسودگی و آسیب رساندن به جاده ها رنج می بردند.

ظهور موتورهایی که چرخ های جلو یا عقب را به حرکت در می آورند تا یک وسیله نقلیه را صرفاً با اسب بکشانند، مشکل جدیدی را برای غلبه بر آن اضافه کرد - اینکه چگونه می توان چرخش مستقل را امکان پذیر کرد در حالی که هنوز می توان هر دو چرخ را به حرکت درآورد.

اولین خودروها تلاش نمی کردند، آنها فقط یک چرخ را روی یک محور مستقل به حرکت در می آوردند. اما این دور از ایده آل بود، زیرا به این معنی بود که آنها ضعیف بودند و با مشکلات مکرر کشش در هر چیزی غیر از زمین صاف و محکم مواجه می شدند.

در نهایت این منجر به توسعه دیفرانسیل باز شد قبل از اینکه سایر انواع پیچیده تر برای غلبه بر شرایط رانندگی پیچیده تر توسعه داده شوند.

این ویدیو را تماشا کنید که با تصاویر سه بعدی نحوه کار انواع دیفرانسیل زیر را توضیح می دهد:

دیفرانسیل باز:

یک دیفرانسیل در ابتدایی ترین شکل خود شامل دو نیمه از یک محور با یک چرخ دنده در هر انتها است که توسط یک دنده سوم به هم متصل شده اند و سه ضلع مربع را تشکیل می دهند. این معمولاً با یک دنده چهارم برای استحکام بیشتر تکمیل می شود و مربع را کامل می کند.

سپس این واحد پایه با اضافه شدن یک چرخ دنده حلقه ای به جعبه دیفرانسیل که چرخ دنده های اصلی را در خود جای می دهد، بیشتر می شود - و این چرخ دنده حلقه ای به چرخ ها اجازه می دهد تا با اتصال به محور محرک از طریق یک پینیون، نیرو داده شوند.

در این مثال می توانید سه طرف چرخ دنده داخلی را ببینید که مکانیزم هسته را تشکیل می دهند، با چرخ دنده آبی بزرگتر نشان دهنده چرخ دنده حلقه ای است که به محور محرک متصل می شود. تصویر سمت چپ دیفرانسیل را نشان می دهد که هر دو چرخ با سرعت یکسان می چرخند، در حالی که تصویر سمت راست نحوه درگیر شدن دنده های داخلی را هنگامی که یکی از چرخ ها کندتر از دیگری می چرخد، نشان می دهد.

این آرایش چرخ دنده دیفرانسیل نوع باز را تشکیل می دهد و رایج ترین نوع دیفرانسیل خودرویی است که سیستم های پیچیده تری از آن مشتق می شوند.

فواید این نوع عمدتاً به عملکرد اصلی هر دیفرانسیل همانطور که قبلاً توضیح داده شد محدود می شود ، و در درجه اول با اجازه دادن به چرخ در قسمت خارج از نوبت با سرعت سریعتر از چرخ داخلی ، به طور موثرتری محور به گوشه می شود. این زمین بیشتر را پوشش می دهد. همچنین از طراحی اساسی آن برای تولید نسبتاً ارزان بهره می برد.

ضرر این نوع این است که به دلیل اینکه گشتاور به طور مساوی بین هر دو چرخ تقسیم می شود ، میزان قدرت قادر به انتقال از طریق چرخ ها توسط چرخ با کمترین میزان گرفتن است.

پس از رسیدن به حد کشش هر دو چرخ ترکیبی ، چرخ با کمترین میزان کشش شروع به چرخش می کند - این محدودیت را حتی بیشتر کاهش می دهد زیرا حتی مقاومت کمتری از چرخ در حال چرخش نیز وجود دارد.

دیفرانسیل قفل شده:

دیفرانسیل قفل شده یا قفل شده نوعی است که در بعضی از وسایل نقلیه یافت می شود ، در درجه اول آنهایی که از جاده خارج می شوند. این در اصل یک دیفرانسیل باز با توانایی قفل شدن در محل برای ایجاد یک محور ثابت به جای یک مستقل است. این بسته به فناوری موجود در وسیله نقلیه می تواند به صورت دستی یا الکترونیکی اتفاق بیفتد.

فایده یک دیفرانسیل قفل شده این است که قادر است مقدار قابل توجهی بیشتر از کشش نسبت به یک دیفرانسیل باز به دست آورد. از آنجا که گشتاور به همان اندازه 50/50 تقسیم نشده است ، می تواند گشتاور بیشتری را به چرخ منتقل کند که دارای کشش بهتری باشد - و در هر لحظه با کشش پایین چرخ دیگر محدود نمی شود.

از آنجا که بعید به نظر می رسد با سرعت سفر کنید و معمولاً از طریق زمین ناهموار سفر می کنید ، مسئله کشیدن تایر و پوشیدن در اطراف گوشه ها روی یک محور ثابت کمتر مشکل است.

یکی از ضررها از اختلافات قفل شده ، اتصال نامیده می شود ، که زمانی اتفاق می افتد که انرژی چرخشی اضافی (گشتاور) در قطار درایو ایجاد شود و نیاز به آزاد شدن دارد - به طور معمول توسط چرخ ها که از زمین خارج می شوند برای تنظیم مجدد موقعیت حاصل می شوند. یا با آزاد کردن قفل ها پس از اینکه دیگر نیازی به آنها نیست.

تصور کنید یک لوله مقوایی بلند که در هر انتها نگه داشته شده است ، و سپس لوله را در جهت های مخالف پیچانده است تا جایی که لوله دیگر نمی تواند در برابر نیرو مقاومت کند و تاشو و اشک - این الزام آور است. این اتفاق می افتد زیرا چرخ ها با سرعت های مختلفی حرکت می کنند که محورها را پیچانده و فشار بیشتری را روی چرخ دنده ها وارد می کند - اما بار روی چرخ ها و افزایش کشش آنها کافی است تا از لغزش لاستیک ها جلوگیری شود.

دیفرانسیل جوش داده شده/قرقره:

دیفرانسیل های جوش داده شده اساساً مانند دیفرانسیل قفل شده هستند، فقط به طور دائم از یک دیفرانسیل باز به یک محور ثابت جوش داده شده است (همچنین به عنوان تفاوت قرقره نیز شناخته می شود.) این معمولاً فقط در شرایط خاصی انجام می شود که ویژگی های دیفرانسیل قفل شده /محور ثابت، که چرخش همزمان هر دو چرخ را آسان تر می کند، برای مثال در خودروهایی که برای دریفت در نظر گرفته شده اند، مطلوب هستند.

معمولاً توصیه نمی شود زیرا گرمای حاصل از جوشکاری می تواند استحکام قطعه را به خطر بیندازد و خطر خرابی فاجعه بار قطعه را افزایش دهد - به طور بالقوه حتی منجر به منفجر شدن دنده های دیفرانسیل از طریق پوشش دیفرانسیل و ایجاد خطر برای سایر کاربران جاده و عابران پیاده می شود.

دیفرانسیل لغزش محدود:

کار LSD برای ترکیب مزایای دیفرانسیل های باز و قفل شده از طریق یک سیستم پیچیده تر است. دو دسته وجود دارد که از اشکال مختلف مقاومت برای رسیدن به یک اثر استفاده می کنند:

LSD کلاچ مکانیکی:

این نوع ال اس دی همان چرخ دنده ی هسته ای را که در دیفرانسیل باز دیده می شود، با یک جفت حلقه فشار احاطه می کند که روی دو مجموعه از صفحات کلاچ که در کنار چرخ دنده ها قرار گرفته اند، نیرو وارد می کنند. این مقاومت در برابر چرخش مستقل چرخ ها که اثر دیفرانسیل را از باز به قفل تغییر می دهد، ایجاد می کند و باعث افزایش کشش این نوع از دیفرانسیل باز می شود.

در این برش، می توانید حلقه های فشار (همچنین بریده شده) اطراف چرخ دنده های هسته را مشاهده کنید که توسط پین های دنده مرکزی که به سطوح زاویه دار تحت چرخش فشار می آورند، از هم جدا می شوند. این حرکت حلقه های فشار را روی بسته های کلاچ (زرد و آبی) در دو طرف فشار می دهد و مقاومت ایجاد می کند و رفتار محور را از حالت باز به حالت ثابت تغییر می دهد.

ال اس دی های کلاچ مکانیکی نیز به زیرگروه هایی تقسیم می شوند که به روش های کمی متفاوت عمل می کنند و زمانی که فشار روی صفحات کلاچ و حلقه های فشار اعمال می شود، تغییر می کنند:

• در ال اس دی یک طرفه، فشار فقط تحت شتاب اعمال می شود. این بدان معناست که هنگام پیچیدن و خاموش کردن برق، دیفرانسیل به صورت باز عمل می کند و به آن ها اجازه می دهد به طور مستقل بچرخند - اما تحت شتاب، چرخش اجباری دیفرانسیل باعث ایجاد اصطکاک در صفحات کلاچ می شود و آنها را در جای خود قفل می کند تا کشش بیشتری به دست آورد.
• یک LSD دو طرفه آن را یک گام جلوتر می برد و به صفحات کلاچ در هنگام کاهش سرعت نیز فشار وارد می کند، تا در تلاش برای بهبود پایداری در هنگام ترمزگیری در سطوح مختلف جاده ای.
• یک و نیم راه دوباره سعی می کند بهترین های هر دو نوع فرعی را با اعمال فشار بیشتر در هنگام شتاب و مقدار کمتر در هنگام کاهش سرعت ترکیب کند.

نقطه ضعف ال اس دی های مکانیکی این است که برای عملیاتی ماندن نیاز به تعمیر و نگهداری منظم دارند و مستعد فرسودگی کامل هستند که باعث تعویض قطعه گران قیمت می شود.

ال اس دی ویسکوز:

نوع دوم دیفرانسیل لغزش محدود، آنها در عوض از یک مایع غلیظ به جای کلاچ استفاده می کنند تا مقاومت مورد نیاز برای تغییر رفتار دیفرانسیل بین باز و قفل ایجاد شود. به دلیل داشتن قطعات متحرک کمتر نسبت به ال اس دی های مکانیکی، VLSD ها ساده تر هستند اما در مقایسه با آن ها طیف وسیع تری از مزایا و معایب دارند.

در عملکرد اصلی آنها، این اثر در کاربرد نرم تر از ال اس دی های مکانیکی است، زیرا مقاومت هماهنگ با سرعتی که چرخ ها با آن حرکت می کنند در مقایسه با کیس دیفرانسیل ایجاد می شود - افزایش بسیار تدریجی را ایجاد می کند.

VLSD ها همچنین می توانند گشتاور را به طور موثرتری به چرخ هایی که کشش بیشتری دارد هدایت کنند. از آنجایی که سیال تحت سرعت عمل می کند، اگر یک چرخ کشش را از دست بدهد و بچرخد، اختلاف سرعت بین دو چرخ در داخل دیفرانسیل، مقاومت بیشتری در چرخ در حال حرکت کندتر ایجاد می کند - گشتاور بیشتری را از محور محرک به آن هدایت می کند.

VLSD ها با استفاده طولانی مدت کارایی کمتری پیدا می کنند، زیرا سیال گرم می شود، ویسکوز کمتری پیدا می کند و مقاومت کمتری ایجاد می کند. همچنین نمی تواند به اندازه یک LSD مکانیکی قفل شود، زیرا سیال قادر به ایجاد مقاومت مطلق در فضای کافی نیست.

یک نقطه ضعف LSDهای مکانیکی و چسبناک این است که این سیستم همیشه گشتاور را به طور موثر در طول پیچیدن با سرعت بالا هدایت نمی کند، زیرا می تواند چرخ بیرونی سریعتر را به عنوان از دست دادن کشش تفسیر کند. سپس گشتاور را به چرخ داخلی هدایت می کند و در لحظه مخالف زمان مورد نیاز، بیش از حد/کم فرمان ایجاد می کند.

دیفرانسیل تورسن:

دیفرانسیل Torsen (Tor que Sen sing) از چند چرخ دنده هوشمند استفاده می کند تا اثری مشابه یک دیفرانسیل لغزش محدود بدون نیاز به کلاچ یا مقاومت مایع ایجاد کند.

این امر با افزودن یک لایه چرخ دنده حلزونی به دنده سنتی دیفرانسیل باز به دست می آید. این مجموعه چرخ دنده های حلزونی که بر روی هر محور عمل می کنند، مقاومت مورد نیاز برای فعال کردن انتقال گشتاور را فراهم می کنند، که سپس با قرار دادن چرخدنده های حلزونی در شبکه ثابت با یکدیگر از طریق چرخ دنده های خار متصل به دست می آید.

_{تصاویر اول و دوم سه جفت چرخ دنده حلزونی را نشان می دهد که با هر نیمه محور مشبک شده اند - با چرخ دنده های خار در انتهای هر کرم که جفت ها را به هم وصل می کنند. این اتصال است که گشتاور را از یک چرخ به چرخ دیگر منتقل می کند، زمانی که یک محور سریعتر از دیگری شروع به چرخش کند. در حالی که تصاویر اول و دوم از طرح اصلی تورسن هستند، تصویر سوم مربوط به نسخه دوم دیفرانسیل تورسن است. طراحی جدیدتر، چرخ دنده های کرم را به گونه ای تغییر داد که در راستای محورها قرار گیرند، اما همچنان همان عملکرد مکانیکی را انجام می دهند. هر چرخ دنده حلزونی هنوز با جفت خود در تماس است و فقط یک طرف محور دارای فضاهایی در چرخ دنده است که مش را با طرف دیگر جدا می کند.}

مش ثابت بین دو طرف دیفرانسیل مزیت دیگری را برای انتقال فوری گشتاور به همراه دارد و آن را به شدت به تغییر شرایط جاده و رانندگی واکنش نشان می دهد.

در حالی که یک دیفرانسیل باز همیشه باید گشتاور خود را بین هر چرخ 50/50 تقسیم کند، دیفرانسیل تورسن بسته به نسبت دنده ها قادر است درصد بیشتری از گشتاور را از طریق یک چرخ هدایت کند. این محدودیت قدرتی را که دیفرانسیل های باز از آن رنج می برند حذف می کند، زیرا مقدار گشتاور موجود توسط مقدار کشش در هر دو چرخ محدود نمی شود.

علاوه بر این، چرخ دنده را می توان به گونه ای ماشین کاری کرد که در هنگام شتاب گیری و کاهش سرعت، به همان روشی که دیفرانسیل لغزش محدود یک و نیمه انجام می دهد، نسبت مقاومت متفاوتی ایجاد کند.

همه اینها به صورت مکانیکی بدون استفاده از وسایل الکترونیکی یا هر شکلی از قطعات فاسد شدنی که قربانی اصطکاک شده باشد به دست آمد و به طور کلی دیفرانسیل تورسن سیستم مکانیکی برتری است که مزایای اصلی همه انواع دیفرانسیل قبلی ذکر شده را ترکیب می کند.

دیفرانسیل فعال:

بسیار شبیه به دیفرانسیل لغزش محدود، دیفرانسیل فعال هنوز مکانیسم هایی را برای ارائه مقاومت مورد نیاز برای انتقال گشتاور از یک سمت به سمت دیگر به کار می گیرد - اما به جای تکیه بر نیروی کاملاً مکانیکی، این کلاچ ها می توانند به صورت الکترونیکی فعال شوند.

دیفرانسیل فعال می تواند از الکترونیک برای تغییر مصنوعی نیروهای مکانیکی که سیستم از طریق تغییر شرایط رانندگی تجربه می کند استفاده کند. این باعث می شود آنها قابل کنترل و در نتیجه قابل برنامه ریزی باشند و با به کارگیری طیف وسیعی از حسگرها در سراسر وسیله نقلیه، رایانه می تواند به طور خودکار تشخیص دهد که کدام چرخ های محرک نیرو را به چه زمانی و در چه زمانی هدایت کند.

این امر به طرز چشمگیری عملکرد را بهبود می بخشد ، به ویژه در مورد سطوح جاده ای ناقص ، و به ویژه توسط رانندگان تجمع که اتومبیل های آنها به سرعت در حال تغییر شرایط رانندگی است ، مورد علاقه قرار می گیرد و به سیستمی احتیاج دارد که بتواند با تنظیمات مداوم آنها در وسیله نقلیه همراه باشد.

دیفرانسیل بردار گشتاور:

TVD با استفاده از آن برای دستکاری زاویه یا بردار وسیله نقلیه در داخل و خارج از نوبت با تشویق چرخ های خاص برای دریافت گشتاور بیشتر در لحظات کلیدی ، این سیستم الکترونیکی پیشرفته را حتی بیشتر از آن می گیرد.

با فعال کردن کلاچ مخالف به آنچه که یک LSD کاملاً مکانیکی محور به طور معمول درگیر می شود ، می توانید از این اثر برای کمک به فرمان استفاده کنید و ضمن کاهش قدرت بیشتر ، غلبه بر کمبودهای موجود در سیستم LSD.

در هنگام ورود به گوشه ، یک LSD چند طرفه مقاومت در برابر هر دو چرخ را انجام می دهد تا حداقل تا حدی محور را قفل کرده و آن را در زیر ترمز تثبیت کند - که پس از آن با سرعت چرخ رها می شود و وسیله نقلیه به داخل می چرخد و به چرخ ها اجازه می دهد تا چرخانده شوندسرعت های مختلف

با این حال ، به جای آزاد کردن مقاومت در هر دو چرخ ، یک TVD همچنان به فعال کردن کلاچ در چرخ بیرونی ادامه می دهد - افزایش مقاومت تجربه شده توسط آن چرخ و ایجاد کانال سیستم بیشتر از طریق آن. این عدم تعادل قدرت به خارج ، وسیله نقلیه را ترغیب می کند تا به گوشه ای واضح تر تبدیل شود و کمال را کاهش دهد.

با ادامه استفاده از این مقاومت از گوشه و کنار ، زیرا وسیله نقلیه از اوج عبور می کند و شروع به تسریع می کند ، همچنان به یک Multiway LSD معمولی برطرف می شود - که دوباره حرکت سریعتر را به عنوان لغزش و منحرف کردن گشتاور در حین شتاب به سمت شتاب می دهد. در داخل چرخ ، که آن را درک بیشتر می کند.

با استفاده از TVD مقاومت بیشتری بر روی کلاچ چرخ های بیرونی ، سیستم را به سمت منحرف کردن گشتاور بیشتر از طریق آن فریب می دهد - افزایش مقدار مقدار قابل استفاده و کاهش درک کننده ای که در زیر شتاب از گوشه ای تجربه می شود.

_{فلش زرد انتقال گشتاور را که از گوشه و کنار رخ می دهد ، برجسته می کند ، که توسط مقاومت مصنوعی که توسط TVD در چرخ خارج اعمال می شود ، ایجاد می شود. این امر باعث می شود شتاب بیشتری از گوشه و کنار باشد در حالی که نوبت خودرو افزایش می یابد.}

دیفرانسیل بردار گشتاور قادر به هدایت 100 ٪ گشتاور موجود از طریق یک چرخ واحد در صورت نیاز در شدیدترین شرایط است.

نکته منفی سیستم این است که بسیار پیچیده و بسیار گران است و به طور معمول فقط برای برنامه های مسابقه/مسیر برای پتانسیل سرعت بالا در آن استفاده می شود.

هر سیستمی دارای مزایا و معایب است ، و اگرچه سیستم های پیچیده تر به طور کلی برتر هستند ، اما هزینه ضمیمه ای دارند که بسیار فراتر از سیستم های ساده تر است.

همانطور که با همه چیز خودرو ، چقدر از هر سیستم سود می برید به آنچه دقیقاً با وسیله نقلیه خود انجام می دهید و آنچه را که به دیفرانسیل خود نیاز دارید ، کاهش می یابد. شما نمی خواهید هنگام بازدید از سوپر مارکت محلی ، به یک دیفرانسیل بردار گشتاور نیاز زیادی داشته باشید ، مگر اینکه خود را در WRC بعدی فانتزی کنید و می توانید جریمه ها را تحمل کنید - اما اگر اتفاق می افتد در یک مکان روستایی زندگی می کنید ممکن است یک دیفرانسیل قفل بخواهیددسترسی بهتر توسط یک وسیله نقلیه خارج از جاده.< SPAN> نکته منفی سیستم این است که بسیار پیچیده و بسیار گران است ، و به طور معمول فقط برای برنامه های مسابقه/مسیر برای پتانسیل سرعت بالا در آن استفاده می شود.