دیفرانسیل خودرو چیست و چگونه کار می کند؟

یکی از مهمترین اجزای خودرو را دیفرانسیل تشکیل می‌دهد. این جز مهم وظیفه تغییر جهت انتقال نیرو را به‌ عهده دارد. در واقع دیفرانسیل خودرو نیروی موتور را به قسمت‌های مساوی تقسیم می‌کند تا هر قسمت چرخ را به گردش درآورند.

اگر ماشین دیفرانسیل نداشته باشد چرخ‌ها قفل می‌شوند و هنگام پیچیدن یک چرخ روی زمین کشیده می‌شود. دیفرانسیل نقش مهمی در خودرو دارد. درباره دیفرانسل‌های مختلف چه می‌دانید؟ این مقاله از کیان باتری هر آنچه که باید درباره دیفرانسیل ماشین بدانید، در اختیارتان قرار می دهد. با ما همراه باشید!

قدرت موتور از طریق یک میل‌گاردان از خروجی گیربکس به چرخ‌ها منتقل می‌شود. چرخ‌هایی که قدرت موتور به آنها منتقل می‌شود و باعث حرکت خودرو رو‌به‌جلو می‌شوند چرخ‌های محرک نامیده می‌‌شوند. وظیفه اصلی دنده دیفرانسیل این است که اجازه دهد چرخ‌های محرک سرعت چرخش متفاوتی داشته باشند با اینکه قدرت موتور به هر دوی آنها منتقل می‌شود.

دیفرانسیل ماشین چیست و چگونه کار می کند؟

فیلم عملکرد دیفرانسیل خودرو:

دیفرانسیل یکی از خلاقانه ترین و مهمترین اجزای خودرو است که تاکنون اختراع شده است و از بخش های جدایی ناپذیر سیستم انتقال نیرو خودرو محسوب می شود، دیفرانسیل در زیر خودرو بین دو چرخ جلو یا عقب که قدرت موتور را بین دو چرخ تقسیم می‌کند. یک خودرو ممکن است یک یا دو دیفرانسیل داشته باشد.

قدرت موتور از طریق یک میل‌گاردان از خروجی گیربکس به چرخ‌ها منتقل می‌شود و باعث حرکت خودرو رو‌به‌جلو می‌شوند. وظیفه اصلی دنده دیفرانسیل این است که اجازه دهد چرخ‌های محرک سرعت چرخش متفاوتی داشته باشند با اینکه قدرت یکسانی از موتور به هر دوی آنها منتقل می‌شود.

 دیفرانسیل ماشین یعنی چه؟ دیفرانسیل خودرو وسیله‌ای است که گشتاور انتقالی از موتور را به دو قسمت تقسیم می‌کند تا هر قسمت به صورت مجزا چرخی را به گردش در آورد.

اهمیت عملکرد دیفرانسیل خودرو

وقتی یک خودرو دور میزند، چرخ های آن با سرعت های متفاوتی می چرخند. چرخهایی که به سمت داخل پیچ هستند مسافت کمتری نسبت به چرخهایی که سمت خارج پیچ هستند طی می کنند. اگر اتومبیل دیفرانسیل نداشته باشد چرخ ها به یکدیگر قفل می شوند و با سرعت یکسانی می چرخند و چرخش اتومبیل با دشواری مواجه می شود.

در اینصورت یکی از چرخ ها باید در جای خود بلغزد. که می دانیم برای این کار نیروی زیادی لازم است. این نیرو از طریق اکسل از یک چرخ به چرخ دیگر منتقل می شود و فشار زیادی بر اجزای اکسل وارد می کند. علاوه بر این موجب سایش تایر ها می شود به علاوه با افزایش سرعت از مرز ۵۰ کیلومتر در سر پیچ‌ها با خطر واژگونی مواجه خواهد شد، همچنین پیچیدن در شعاع‌های کم تقریبا غیرممکن می‌شود.

وظایف دیفرانسیل چیست؟

دیفرانسیل سه کار را انجام می‌دهد:

1. نیروی موتور را تغییر جهت داده و به چرخ ها می رساند.
2. بعنوان آخرین مرحله تغییر دور و گشتاور عمل کرده و دور را کاهش می دهد.
3. نیرو را به شکلی به چرخ ها می رساند که هر کدام بتوانند با سرعتهای متفاوت بچرخند.

• کاهش دور و افزایش گشتاور

برای افزایش قدرت گشتاور خودرو، دیفرانسیل باید گشتاور دریافتی را افزایش دهد که این کار در دیفرانسیل توسط پینیون و کرانویل انجام می‌شود. تعداد دنده‌های کرانویل نسبت به پینیون بیشتر است. نسبت تبدیل دیفرانسیل در خودروهای سواری حدود ۵/۳ تا ۵/۴ می‌باشد.

• تغییر جهت نیرو در دیفرانسیل خودرو 
  

چون خط نیروی محرک و محور خروجی گیربکس در امتداد طول خودرو قرار گرفته‌اند و محورهای محرک چرخ‌های عقب در امتداد عرض هستند و باید نیرو تحت زاویه ۹۰ درجه به چرخ‌های متحرک منتقل شود، این کار توسط درگیری پینیون و کرانویل انجام می‌شود.

• تنظیم دور هنگام دور زدن سرپیچ‌ها

حرکت خودرو در پیچ‌ها باعث دوران دنده‌های هرزگرد حول محورشان می‌شود، در این حالت سرعت دورانی پولوس‌ها مساوی نخواهد بود و هنگام پیچیدن چرخ داخلی پیچ تحت نیروی ثقل خودرو و نیروی که در اثر این عوامل به آن وارد می‌شود کمتر دوران می‌کند و چرخ خارجی که آزادی بیشتری دارد دوران بیشتری از چرخ داخلی دارد.

آموزش تکنیک های رانندگی آفرود

کاربرد های دیفرانسیل ماشین چیست؟

1. کاهش دور و افزایش گشتاور خروجی گیربکس، جهت دستیابی به سرعت و نیروی محرک مورد نیاز خودرو
2. تغییر 90 درجه ای صفحه دوران، درخودروهایی که موتور در جهت طول خودرو نصب شده است.
3. ایجاد اختلاف دور مناسب بین چرخ داخل پیچ و چرخ بیرون پیچ، به جهت دستیابی به پایداری مطلوب حرکت خودرو در سر پیچ
4. ایجاد اختلاف دور مناسب بین چرخ های عقب و جلو خودرو در خودروهای چهارچرخ محرک. این وظیفه برعهده دیفرانسیل مرکزی یا دیفرانسیل سوم می‌باشد.

اجزای تشکیل دهنده دیفرانسیل ماشین

دیفرانسیل از ۶ قسمت تشکیل شده است که عبارتند از: هوزینگ، واشر مسی، دنده پلوس، هرزگرد، پینیون و کرانویل؛ هر کدام از این قطعات بخشی از وظایف مکانیکی دیفرانسیل را بر عهده دارند.

• هوزینگ
• واشر مسی
• دنده پلوس
• هرزگرد
• پینیون
• کرانویل

قدرت موتور از طریق دنده پینیون به کرانویل منتقل می‌شود و کرانویل که متصل به دنده هرزگرد می‌باشد شروع به چرخش می‌کند.

دنده هرزگرد در دیفرانسیل با دو دنده کناری مرتبط است که نیرو را به چرخ‌ها منتقل می‌کند. و وقتی کرانویل قدرت موتور را از طریق دنده پینیون دریافت می‌کند به دلیل ارتباط با دنده هرزگرد این نیرو به دنده‌های کناری و سپس به چرخ‌ها انتقال می‌یابد.

می‌‌توان گفت دنده هرزگرد در میان اجزای دیفرانسیل یک قطعه حیاتی قلمداد می‌شود. چرا که این قطعه می‌تواند هم همراه با دنده کرانویل چرخش داشته باشد و هم می‌تواند به تنهایی به صورت هرزگرد حول محور خودش بچرخد.

طرز کار دیفرانسیل خودرو در شرایط مختلف

هنگامی‌که خودرو در مسیر مستقیم حرکت می‌کند، دنده هرزگرد با کرانویل می‌چرخد و حرکتی حول محور خود ندارد. بنابراین دنده‌های کناری متصل به دنده هرزگرد با سرعت یکنواخت می‌چرخند. این یعنی وقتی خودرو در یک مسیر مستقیم در حال حرکت است کرانویل و دنده هرزگرد به صورت یکسان و با هم می‌چرخند و به این دلیل هر دو چرخ سرعت یکسانی را در این حالت دارند.

اما هنگام طی مسیر منحنی یا دور زدن چون چرخ داخلی مسیر کمتری را طی می‌کند، باید دور کمتری نسبت به چرخ خارجی بزند، در این حالت هرزگرد مربوط به دنده پلوس نمی‌تواند تمامی دنده را به دور جعبه دنده هوزینگ منتقل کند، سرعتش کم می‌شود، روی آن می‌لغزند و حول محور خود به دوران در می‌آید. این حرکت اضافی به دنده پلوس دیگر منتقل می‌شود و آن را با دور بیشتری می‌چرخاند.

چرخ خارجی که دور بیشتر و مسافت بیشتری را طی می‌کند، یادآور می‌شود که دنده هرزگرد فقط زمان طی مسیرهای منحنی یا دور زدن عمل نمی‌کند بلکه در مواقعی که به نحوی اصطکاک بین دو چرخ متفاوت باشد یا بار یکی از لاستیک‌ها از دیگر کمتر باشد عمل می‌کند، مانند زمانی که یکی از چرخ‌ها روی یخ قرار دارد.

هرگاه مثلا چرخی در سطح متفاوت زمین یخ زده قرار گیرد و چرخ دیگر در سطح خشک در این حال چرخ با اصطکاک کم تا دو برابر دور جعبه هوزینگ می گردد در حالی که چرخ دیگر حرکتی ندارد و در این حال وسیله نقلیه قدرت حرکت را نخواهد داشت زیرا نیروی اصطکاک موجود در چرخ در حال بکسواد کافی برای اتومبیل نیست.

برای این گونه موارد در بعضی از وسایل نقلیه سنگین از قفل کن دیفرانسیل استفاده می کنند قفل کن دیفرانسیل دو پلوس را با یکدیگر یک پارچه می کند و اتومبیل را در مکان برفی و غیره ممکن می سازد.

انواع دیفرانسیل خودرو

به طور کلی همه خودروهای دارای سه نوع دیفرانسیل جلو، ‌ عقب و چهار هستند که در ادامه به انواع و کاربرد آن‌ها پرداخته شده است.

• دیفرانسیل جلو یا FWD

این دیفرانسیل که در سال ۱۹۰۰ در فرانسه تولید شد وظیفه دارد قدرت موتور را به چرخ‌های جلو منتقل کند. این دیفرانسیل در ابتدای سال‌های تولید تنها در ماشین‌های مسابقه‌ای به استفاده می‌شد.

• 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.

• دیفرانسیل تمام چرخ AWD
  

در خودروهای تمام چرخ محرک (All Wheel Drive) روی هر اکسل یک دیفرانسیل و میان دو اکسل نیز یک دیفرانسیل وجود دارد. دلیل دیفرانسیل سوم حل مشکل سرعت‌های متفاوت چرخ‌های اکسل جلو و عقب هنگام پیچیدن است.

• دیفرانسیل 4 چرخ محرک 4WD

در خودروهای چهار چرخ محرک (4WD) که در مواقع لزوم هر چهار چرخ محرک می‌شوند، دیفرانسیل سوم وجود ندارد و به جای آن در هنگام رانندگی در حالت چهار چرخ محرک، اکسل جلو و عقب به یکدیگر قفل می‌شوند و این به آن معنا است که سرعت متوسط چرخ‌های جلو و عقب باید یکسان باشد. به همین دلیل است که در هنگام رانندگی در حالت چهار چرخ محرک پیچیدن روی سطوح با اصطکاک بالا بسیار دشوار می‌شود.

مقاله پیشنهادی: معرفی انواع کلاس بندی خودرو ها

انواع تکنولوژی دیفرانسیل خودرو

این سیستم با تکنولوژی های متفاوتی ساخته می شود:

1- دیفرانسیل باز

این نوع دیفرانسیل یکی از ارزانترین دیفرانسیل‌های بازار محسوب می‌شود. دیفرانسیل باز نیروی خروجی از موتور را به دو جهت تقسیم می‌کند. هر کدام از این جهت‌ها توانایی چرخش با سرعت متفاوتی را دارند.

یکی از معایب این دیفرانسیل عدم توانایی کنترل نیروی خروجی است مثلا اگر چرخی روی زمین نباشد تمام نیروی موتور به آن چرخ منتقل می‌شود و چرخی که روی زمین است بدون استفاده می‌ماند و قادر به حرکت نیست.

این مشکل دیفرانسیل باز با استفاده از سیستم‌های باز کنترل شده است. این دیفرانسیل در بیشتر خودرو‌ها به جز آفرود و اسپرت بسیار پرکاربرد است. از مزایای این دیفرانسیل هزینه پایین و مناسب برای جاده‌های معمولی است. از معایب آن نیز می‌توان به انتقال قدرت به چرخی که کمترین کشش را دارد اشاره کرد.

2- دیفرانسیل قفل شونده

دیفرانسیل قفل شونده بیشتر در خودروهای آفرود به کار می‌رود. چرخ‌های متصل به این دیفرانسیل هنگام قفل شدن با سرعت برابر می‌چرخند و این به خودرو در عبور از مسیرهای سخت و ناهموار کمک می‌کند. سیستم‌های قفل شونده خودکار نیازی به دخالت راننده ندارند و زمانی که گشتاور کافی دریافت کنند به طور خودکار قفل می‌شوند.

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. انواع دیفرانسیل در خودروهای 4×4 از سیستم قفل­‌کننده خودکار یا دستی بهره می‌­برند که در قابلیت هدایت­‌پذیری متفاوت هستند.

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. در مقابل، سیستم دستی در مقایسه با نوع خودکار عملکرد بهتری دارد؛ اما هزینه آن بالاتر است. این سیستم تنها یک سوئیچ است که به‌­طور هیدرولیکی یا الکتریکی قفل دیفرانسیل را کنترل می­‌کند. بیشتر خودروهای آفرود از این مکانیزم استفاده می­‌کنند.

مزایا و معایب: یکی از معایب قفل کننده‌های خودکار سر و صدای زیاداست. سیستم‌هایی که قفل دستی دارند معمولا بهتر عمل می‌کنند و هزینه آن نیز بالاتر است. برای قفل و باز شدن آن یک سوئيچ وجود دارد که به صورت هیدرولیکی یا الکتریکی قفل دیفرانسیل را کنترل می‌کند. در خودروهای آفرود از این سیستم استفاده شده است. از مزایای این دیفرانسیل می‌توان به شتاب و کارایی یکنواخت اشاره کرد.

3- دیفرانسیل لغزش محدود

عملکرد این دیفرانسیل مانند دیفرانسیل باز است اما پس از اینکه تشخیص دهد خودرو در لغزش است، ‌ دیفرانسیل به طور خودکار قفل می‌شود. این دیفرانسیل از نمونه‌های پیشرفته دیفرانسیل‌های قفل شونده محسوب می‌شود.

دیفرانسیل لغزش محدود با کنترل الکتریکی

نیروی خروجی از موتور در این دیفرانسیل هر ثانیه بین چر‌خ‌ها تنظیم می‌شود. این دیفرانسیل از نمونه‌های پیشرفته است. کنترل خودروهایی که این نوع دیفرانسیل را دارند آسانتر است. از مزایای این دیفرانسیل دقت و سرعت بالا و عملکرد بهتر است.

دیفرانسیل‌­های الکترونیکی امروزه بسیار رایج هستند. این دیفرانسیل­‌ها با سیستم کنترل پایداری خودرو ارتباط دارند و با در نظر گرفتن سرعت خودرو، درجه گردش فرمان، موقعیت دریچه گاز، شتاب، نرخ انحراف از مسیر، و فشار ترمز، میزان قفل شدن محورها را در یک هزارم ثانیه تعیین و اعمال می­‌کنند.

اما 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.

مزایا و معایب: دقت و سرعت بالاتر، و عملکرد بهتر از مزایای این مدل است. اما امکان بروز عیب در سیستم الکترونیکی دیفرانسیل، طراحی و عملکرد پیچیده در مقایسه با دیفرانسیل­­‌های مکانیکی، و هزینه بالای تعمیرات و تولید از نکات منفی آن است.

4- دیفرانسیل تقیسم کننده گشتاور

این دیفرانسیل پیشرفته‌ترین دیفرانسیل در صنعت خودروسازی است. این دیفرانسیل‌ در خودروهای چهار چرخ محرک با استفاده از سنسور سرعت و شتاب سنج وضعیت پایداری خودرو را بررسی می‌کنند تا تقسیم نیرو بین چرخ‌ها به بهترین نحو احسنت صورت گیرد. این دیفرانسیل به فرمان‌پذیری و هندلینگ ماشین کمک می‌کند.

در ادامه به چند سوال رایج و پرتکرار در مبحث انواع دیفرانسیل خودرو پاسخ می‌­دهیم:

کدام دیفرانسیل بهتر است؟

دیفرانسیل‌های دارای قفل غیر اتوماتیک برای خودروهای آفرود بهتر است. با توجه به هزینه پایین دیفرانسیل‌های قفل خودکار و ضد لغزش این دو در بین افراد دارای محبوبیت است.

با توجه به اینکه خودرو‌ها در مسیرهای صاف و هموار حرکت می‌کنند، ‌ دیفرانسیل ضد لغزش محدود در بیشتر آنها به کار رفته است. خودروهای ۴WD نیز اغلب به دیفرانسیل‌های ضد لغزش محدود مجهز هستند.

ماشین‌های سنگین چه دیفرانسیلی دارند؟

در ماشین‌های سنگین معمولا از دیفرانسیل‌های تمام چرخ متحرک استفاده شده است. این دیفرانسیل در ماشین‌های سنگین قدرت موتور را به چهار چرخ منتقل می‌کند تا اصطکاک آن کمتر شود.

ماشین دو دیفرانسیل چیست؟

اما ماشین دو دیفرانسیل چیست؟ به طور خلاصه، ماشین دو دیفرانسیل یعنی در یک خودرو جهت به قدرت رساندن هر چهار چرخ و عملکرد بهتر حرکتی، از دو دیفرانسیل برای انتقال نیرو به چرخ‌های جلو و عقب استفاده می‌کنند.

نشانه های خرابی دیفرانسیل خودرو چیست؟

صدای زوزه در خودرو یکی از نشانه‌های خرابی دیفرانسیل است که دلایل آن می‌تواند ناشی از لق بودن کرانویل و پینیون یا خرابی بلبرینگ‌ها باشد. این اتفاق زمانی می‌‌افتد که روانکاری نامناسب انجام گرفته باشد یا فشار زیای یه دیفرانسیل وارد شده باشد.

گرم کردن دیفرانسیل یکی دیگر از نشانه‌های خرابی آن است. گیر کردن گل و لای و وجود آلودگی در دیفرانسیل می‌تواند یکی از دلایل گرم کردن آن باشد.

اگر در دیفرانسیل ضربه زدن احساس می‌کنید؛ می‌تواند به دلیل ساییده شدن قطعات درونی یا خرابی بلبرینگ باشد که باید تعویض یا تعمیر شود. به خاطر داشته باشید اگر فشار زیادی به پلوس وارد شود می‌تواند سبب بریدگی دیفرانسیل شود چراکه پلوس به طور مستقیم با دیفرانسیل در ارتباط است. اگر با فشار به پلوس دیفرانسیل دچار بریدگی شود خودرو حرکت نخواهد کرد.