آشنایی با دیفرانسیل خودرو و نحوه عملکرد آن

آشنایی با دیفرانسیل خودرو و نحوه عملکرد آن، در وسایل نقلیه چهار چرخ، دیفرانسیل یکی از اجزای مهم و حیاتی محسوب می‌شود که در بخش انتقال قدرت خودرو به چرخ‌ها نقش اساسی ایفا می‌کند. در خودروهای سواری که چرخ‌های جلو یا چرخ‌های عقب محرک هستند، یک دیفرانسیل بر روی محور چرخ‌های محرک قرار می‌گیرد. در خودروهایی که چهار چرخ محرک هستند و با نام دو دیفرانسیل شناخته می‌شوند قاعدتاً از بیش از یک دیفرانسیل استفاده شده است که بسته به نوع خودرو از دیفرانسیل‌های مختلفی بهره گرفته می‌شود.

دیفرانسیل وسیله ای است که در بین چرخ‌های محرک خودرو قرار می‌گیرد و نیرو را از گیربکس از طریق شفت یا میل گاردان دریافت کرده و بین چرخ‌ها تقسیم می‌کند. اما نکته اصلی درباره نحوه کارکرد دیفرانسیل این است که این سیستم در حالی که نیروی مساوی را بین دو چرخ تقسیم می‌کند اما در عین حال اجازه می‌دهد که چرخ‌ها با سرعت‌های متفاوتی نسبت به هم بچرخند.

این عملکرد نشان دهنده ضروری بودن استفاده از دیفرانسیل در خودروهای چهارچرخ می‌باشد زیرا که چرخ‌های خودرو در پیچ‌ها و یا دور زدن‌ها سرعت‌های متفاوتی را دارا می‌باشند که باید به گونه ای بتوان این مسئله را مدیریت کرد که بدین منظور، دیفرانسیل وارد عمل می‌شود. اما قطعات استفاده شده در دیفرانسیل چیست و عملکرد آن چگونه است که چرخ‌های خودرو با دریافت نیروهای مساوی می‌توانند با سرعت‌های متفاوتی نسبت به یکدیگر بچرخند؟ درادامه به بررسی اجزای تشکیل دهنده دیفرانسیل و نحوه عملکرد آن می‌پردازیم.

اجزای تشکیل دهنده دیفرانسیل

یک دیفرانسیل استاندارد از کرانویل، دنده هرزگرد و دنده پینیون و دنده‌های کناری تشکیل شده است. 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.

عملکرد دیفرانسیل چگونه است؟

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 هنگامی‌که خودرو در پیچ قرار بگیرد و یا نیاز به دور زدن باشد عملکرد دیفرانسیل متفاوت می‌شود. برای مثال در نظر بگیرید که خودرو به سمت راست بپیچد. در این حالت چرخ سمت چپ خودرو چون مسیر بیشتری را نسبت به چرخ سمت راست باید طی کند در نتیجه سرعت بیشتری می‌گیرد. اگر در این حالت، دوچرخ خودرو با میله ای صلب به یکدیگر متصل باشند، در سرعت‌های بالا خودرو از مسیر خود خارج می‌شود. اما با وجود دیفرانسیل خودرو به راحت می‌تواند در پیچ‌ها تغییر مسیر دهد. در این حین در دیفراسیل، دنده هرزگرد علاوه بر این که همراه با کرانویل می‌چرخد حول محور خود نیز چرخش دارد.

در هنگام چرخش خودرو به سمت راست، با توجه به بحث‌های مکانیکی و محاسبات چرخ دنده‌ها وقتی که دنده هرزگرد هم به صورت هرزگردی می‌چرخد و هم در حال چرخش با کرانویل است سرعت دنده کناری چپ برابر با مجموع سرعت‌های چرخشی و هرزگردی است و سرعت دنده کناری راست برابر منهای سرعت‌های چرخشی و هرزگردی می‌باشد. با این تفسیر می‌‌توان گفت که در این حالت، سرعت دنده کناری چپ بیشتر از دنده کناری راست می‌باشد و با این عملکرد، دیفرانسیل می‌تواند چرخ‌های خودرو را در مواقع مورد نیاز با سرعت‌های متفاوتی به چرخش در بیاورد.
اما دیفرانسیل علاوه بر اینکه امکان چرخش چرخ‌های خودرو با سرعت‌های مختلف را فراهم می‌کند کاربردهای دیگری نیز دارد. یکی از این کاربردها این است که در سیستم دیفرانسیل به دلیل محیط بیشتر کرانویل نسبت به دنده پینیون، دیفرانسیل سرعت انتقالی به چرخ‌ها را کاهش داده و می‌تواند گشتاور منتقل شده به چرخ‌ها را افزایش دهد.

اما دیفرانسیل استاندارد با تمام مزایای خود دارای یک ایراد عمده نیز است! از آنجاییکه دیفرانسیل نیروی یکسانی را به چرخ‌ها انتقال می‌دهد و می‌تواند چرخ‌ها را با سرعت‌های متفاوت بچرخاند، در صورتیکه خودرو در حالتی قرار بگیرد که یکی از چرخ‌های آن در سطحی با اصطکاک کمتر قرار داشته باشد، دیفرانسیل استاندارد قدرت بیشتری از موتور را به چرخ کم اصطکاک تر منتقل می‌کند و در نتیجه خودرو در چنین مسیری بدلیل لغزش یک چرخ قادر به حرکت به آسانی نخواهد بود.
این مورد یکی از مشکلات اساسی دیفرانسیل‌های استاندارد است و عیب بزرگی در خودرو محسوب می‌شود.اما این مشکل متخصصین و مهندسین خودروسازی را بر آن داشت تا با طراحی و نصب سیستم‌های کنترل الکترونیکی همچون کنترل پایداری و کنترل کشش بر روی خودروها بتواند میزان اصطکاک چرخ‌ها با زمین و نیروی منتقل شده به هرچرخ را کنترل کنند تا بتوانند این مشکل بزرگ سیستم دیفرانسیل استاندارد را مرتفع سازند.