قفل دیفرانسیل چیست و چه کاربردی دارد

دیفرانسیل چیست

پیش از اینکه با قفل دیفرانسیل آشنا شوید بهتر است که با خود دیفرانسیل ،نحوه عملکردش و فلسفه وجودی آن آشنا شوید . واژه دیفرانسیل  نشات  گرفته از ریشه تفاوت و تفاضل است لذا دلیل نام گذاری این مکانسیم در خودرو دقیقا به نوع عملکردش  ربط دارد که نقش مهمی در اختلاف ارسال گشتاور به چرخ های را بر عهده دارد. در حقیقت گشتاور تولیدی پیشرانه قبل رسیدن به چرخهای خودرو به دیفرانسیل وارد می شود تا بین دو چرخ بر اساس نیازشان تقسیم شود . در همه حال این تقسیم عادلانه نبوده و گشتاور بصورت 50-50 بین چرخهای طرفین تقسیم نمی شود .اما شاید این سئوال برایتان پیش آید که چرا باید  گشتارو ارسالی به چرخها در برخی مواقع متفاوت باشد. در جواب این سئوال باید گفت همیشه چرخهای طرفین محور محرک نباید از گشتاور برابری استفاده نمایند چرا که در این صورت مشکلات عدیده ای ایجاد خواهد شد.

دلیل مهم تقسیم غیر عادلانه گشتاور ،به سرعت چرخیدن چرخها باز می گردد. برای فهم این موضع خودرویی را فرض کنید که در یک پیچ در حال حرکت است. در این حالت چرخهای خودرو هر کدام به بروی محیط دایره فرضی در حال حرکت هستند که میزان قطرشان با هم متفاوت است. در حقیقت چرخ درونی پیچ بر روی محیط دایره کوچکتر قرار دارد و چرخ بیرونی به بر روی محیط دایره ای با قطر بزرگتر در حال حرکت است .از آنجایی خودروی جسم صلبی است چرخهای طرفین باید در یک زمان به پایان پیچ برسند از این رو چرخها بیرونی پیچ که مسافت بیشتری را طی نماید باید از سرعت بیشتر برخوردار خواهد بود تا همزمان از با چرخ داخلی به پایان پیچ برسد. اما این سرعت بیشتر به چه شکل رخ خواهد داد. اینجاست که وظیفه اصلی دیفرانسیل نمود پیدا می کند. مکانسیم داخلی دیفرانسیل باعث می گردد میزان گشتاور ارسالی به چرخ خارج پیچ بیشتر از گشتاور ارسالی به چرخ داخل پیچ گردد همین امر موجب افزایش سرعت چرخ خارجی پیچ خواهد شد.

پیش از این که بدانید قفل دیفرانسیل چیست باید بدانید که اگر همیشه و در همه حال میزان گشتارو ارسالی به چرخها برابر بود چه اتفاقی می افتاد. در شرایطی  که خودرو در یک مسیر مستقیم بر روی جاده آسفالت حرکت می کند گشتاور بطور مساوی بین طریفین تقسیم می شود اما در زمانی که در پیچ وارد می شود اگر همچنان گشتاور ارسالی برابر باشد چرخها از سرعت یکسانی برخوردار خواهند بود درنتیجه خودرو براحتی منحرف می شود چرا که میزان مسافت طی شده توسط چرخها برابر نخواهد بود و فرمان پذیری خودرو به شدت کاهش خواهد یافت. همچنین در این صورت فشار زیادی بر محور محرک و دیگر مکانسیم های خودرو نظیر پیشرانه ،سیستم تعلیق و غیره وارد می گردد که موجب خسارات سنگینی خواهد .

قابل ذکر است نحوه عملکرد دیفرانسیل ها بسیار ساد بوده و از قطعات حساس و پیشرفته خبری نیست . برای اطلاع از نحوه دقیق عملکرد نیاز به مطالعه بیشتری و دانش کافی است که در این مقوله نمی گنجد اما همین پس که بدانید مکانسیم دیفرانسیل ها مکانیکی بود و با توسط به انرژی جنبشی چرخها گشتاور را بین طرفین تقسیم می کند.

قفل دیفرانسیل چیست

مهمترین وظیفه دیفرانسیل دقیقا پاشنه آشیل این مکانیسم در شرایط خاص است چرا که در زمانی که نباید گشتاور را بطور نامساوی ارسال کند ،اینکار انجام می دهد. برای فهم بیشتر مثال می زنیم. هنگامی که در یک مسیر بیراهه در حال حرکت هستید ممکن است چرخ خودرو بدلیل اختلاف سطح جاده از زمین جدا شود. در این حالت چون ترکشن چرخ خودرو در گیر با زمین بیشتر از چرخ آزاد است ساکن خواهد بود و از انرژی جنبشی کمتری برخوردار خواهد بود همین امر موجب می گردد  چرخی  طرف مقابل که نیروی مقاومتی در مقابل آن نیست کم کم سرعتش بیشتر شود و این پیغامی اشتباه به دیفرانسیل است که باید گشتاور را به چرخ معلق در هوا ارسال کند.هرچه میزان سرعت این چرخ بیشتر شود میزان گشتاور بیشتری را طلب می کند و عملا در نهایت چرخ درگیر با زمین گشتاوری را دریافت نمی کند و به یک چرخ مرده تبدیل می گردد . از همین رو خودرو در مهلکه ای افتاده است که خارج شدن از آن بسیار مشکل است.

اینجاست که قفل دیفرانسیل مانند یک قهرمان وارد بازی می شود. در حقیقت زمانی که راننده قفل دیفرانسیل را فعال می کند باعث می گردد محور چرخهای طرفین با دیفرانسیل قفل گردد و گشتاور بصورت مساوی بین چرخها تقسیم گردد . در این حالت چرخ روز زمین نیز گشتاور را دریافت کرده و نیروی جلوبرنده لازم را خواهد یافت .البته برخی از قفل های دیفراسنیل هوشمند قابلیت تنظیم را دارند که گشتاور به چه میزان تقسیم گردد برای مثال راننده می تواند تعیین کند 80 درصد توان موتور به چرخ دریگر با زمین ارسال گردد و تنها 20 درصد به چرخ لنگ در هوا برسد.

این حالت برای زمین های باتلاقی و پر از گل و لای  و زمین های یخ زده می تواند کاربرد داشته باشد چرا که امکان دارد برای لحظه ای یکی از چرخها در مسیر خیس و گل آلود قرار داشته باشد  اما چرخ دیگر همچنان در مسیر خشک باشد. در چنین حالتی هم نیز قفل دیفرانسیل می تواند کاملا در خدمت راننده باشد.

انواع قفل دیفرانسیل

قفل های دیفرانسیل دارای چندین نوع محتلف به شرح ذیل است

قفل های غیر اتوماتیک

این دسته از قفل‌ها با توجه به نحوه‌ی درگیر شدن قفل شامل انواع زیر هستند:
- نیوماتیک (هوای فشرده یا پنوماتیک)
- سیمی مشابه سیم کلاچ (مکانیکی)
- برقی

در تمامی سه مدل فوق فعال و غیر فعال کردن مکانیسم قفل دیفرانسیل توسط راننده باید صورت گیرد. در خودروهای مجهز به این راننده در زمان لازم توسط کلید تعبیه شده در خودروهای جدید با راه های دیگر در خودروهای قدیمی اقدام به فعال کردن می کند .اما بایدهمیشه بخاطر بسپارید که پس از خروج از وضعیت بحرانی ،قفل دیفرانسیل را باز نمایید چرا که در غیر اینصورت با مشکل مواجه خواهید شد.

قفل‌های اتوماتیک

این دسته از قفل‌ها نیازمند دخالت راننده در فرآیند درگیر شدن و آزاد شدن قفل نیستند. و خود به دو دسته همیشه درگیر و همیشه آزاد تقسیم می‌شوند.

قفل های اتوماتیک همیشه درگیر

این قفل‌ها معمولا در خودروهای مسابقه (علی‌الخصوص مسابقات درگ) و خودروهای    OFF ROAD که پیمایش بسیار کمی را در جاده دارند استفاده می شود. قفل‌های همیشه درگیر مکانیزم بسیار ساده و ابتدایی، درعین حال کاربردی و با دوام بالا هستند. در این نوع قفل ها از یک فنر در سمت راست و چپ برای درگیر کردن چرخ‌دنده‌ها یعنی همان قطعه دندانه دار انتهای پولوس به کرانویل استفاده می‌شود. ساختار ذکر شده موجب می‌شود چرخ‌های دو سمت به تبع پولوس‌ها دائماً به هم متصل باشند ولی سختی و طول فنر به نوعی طراحی می‌شود که در هنگام دور زدن فنر متصل به چرخ بیرون پیچ، نمی‌تواند نیروی کافی جهت حفظ شتاب جانب مرکز قطعه دندانه‌دار را تأمین کند و در نتیجه به چرخ متصل به این دندانه نیرویی وارد نمی‌شود.
همانطور که گفته شد این سیستم مناسب خودروهای مسابقه و تماماً آفرود است و برای یک خودروی جاده‌ای نیازمند دور زدن و پارک کردن با سرعت بسیار کم مناسب نمی‌باشد.

قفل دیفرانسیل همیشه آزاد

در اینگونه خودروهای فقل دیفرانسیل در شرایط عادی آزاد است اما زمانی که به هر دلیل نیاز به قفل دیفرانسیل احساس شود این مکانسیم بصورت کاملا اتوماتیک وارد مدار می شود تا خودرو در وضعیت بحرانی گیر نکند. تفاوت فاحش این سیستم با یک سیستم قفل دار برقی که امروزه در  بسیاری  از شاسی بلند‌ها وجود، دارد تمام اتوماتیک و تماماً مکانیکی بودن آن است که ضریب اطمینان را بسیار بالا برده و به علاوه از آسیب‌های شدید بعدی  ناشی از فراموشی در غیر فعال کردن قفل برقی جلوگیری می‌شود زیرا به محض رهائی از شرایط نامناسب خود بخود غیر فعال می‌شود.
به بیانی دیگر در این حالت خودرو دارای یک دیفرانسیل هوشمند مکانیکی است که در هر زمانی بسته به شرایط به بهترین نحو ممکن عمل کرده و حتی یک راننده معمولی نیز می‌تواند از آن نهایت استفاده را داشته باشد. لازم به ذکر است امروزه اکثراً خودروسازهای آمریکایی جهت محصولات دو منظوره (جاده‌ای و آفرود)  و حتی تماماً آفرود از این نوع دیفرانسیل استفاده می‌کنند.

دیفرانسیل‌های لغزشی محدود (LSD)چیست

در بین دیفرانسیل های مرسوم نوعی خاصی با نام دیفرانسیل لغزشی محدود وجود دارد که از کارکردی شبیه به قفل های دیفرانسیل برخوردار است اما کمی هوشمند تر عمل می کند. به عبارتی در این گونه از دیفرانسیل ها با توجه به فنر تعبیه شده باعث می گردد دیفرانسیل چرخی که دارای هرزگردی یا همان لغزش است را شناسایی کند و به تناسب لغزشش گشتاوری کمتری را به آن ارسال نماید. مکانسیم این دیفرانسیل ها کاملا مکانیکی است و می تواند بدون دخالت راننده ،خودرو را از وضعیت بحرانی خارج نماید.