دیفرانسیل مجموعه‌ای از چرخ‌دنده‌ها است که در کنار هم ضمن انتقال نیروی گیربکس به چرخ‌ها، جهت گشتاور خودرو را نیز تغییر می‌دهند. در واقع دیفرانسیل یا محور متحرک، یکی از بخش‌های سیستم انتقال نیرو در خودرو است. دیفرانسیل همچنین ضمن ارسال نیروی گشتاور موتور و قوای محرکه‌ی گیربکس به چرخ‌ها، این نیرو را به تناسب نیاز هر یک از چرخ‌ها بین‌شان تقسیم می‌کند. بنابراین به کمک دیفرانسیل چرخ‌ها با سرعت متفاوت اما با نیروی برابر می‌چرخند. به بیان دقیق‌تر قطعات موجود در مسیر انتقال قدرت از موتور به چرخ‌ها به ترتیب شامل فلایویل ،کلاچ، گیربکس، دیفرانسیل، پلوس و چرخ می‌شود. بنابراین حرکت چرخ‌ها روی محور میل پلوس منتقل شده و وظیفه اصلی دیفرانسیل، تقسیم قدرت موتور متناسب با نیاز چرخ‌ها، بین آنها است. در این بین پینیون و کرانویل دو چرخ دنده مهم دیفرانسیل هستند که در انجام برخی از وظایف آن نقش اصلی را ایفا می‌کنند.
چرخ دنده چیست؟
از آنجا که پینیون، کرانویل و به طور کلی اجزای اصلی دیفرانسیل انواع مختلف چرخ دنده‌ها هستند، برای توضیح کامل و دقیق عملکرد و چیستی آنها بهتر است کمی از ماهیت چرخ‌دنده بگوییم. چرخ دنده‌ها قطعاتی دایره شکل هستند که روی محیط آنها دندانه‌هایی با فاصله مساوی ایجاد می‌شود. این قطعات برای انتقال یا تغییر جهت نیرو بین دو محور به کار می‌روند. به این ترتیب که آنها را در کنار یکدیگر قرار داده و با درگیر شدن دندانه‌های چرخ دنده‌های مجاور، که هر یک روی یک محور مجزا هستند، نیروی دو محور بین‌شان منتقل می‌شود.
چرخ‌دنده‌ها انواع زیادی دارند. برخی از انواع پرکاربرد آنها عبارتند از ساده، مارپیچ، شانه‌ای، حلزونی و مخروطی. محاسبه دقیق نیروی انتقال یافته از طریق چرخ دنده‌ها نیازمند شناخت کامل انواع آن است. در واقع انتقال نیرو توسط چرخ دنده‌ها به عواملی مانند ابعاد، تعداد و زاویه دنده‌ها و سایز و فرم چرخ‌دنده بستگی دارد.چرخ دنده مارپیچ یکی از انواع رایج چرخ دنده‌ها است. دندانه‌ها در این نوع که بدنه‌ای استوانه‌ای دارد، به صورت مارپیچ طراحی می‌شوند. نوعی دیگر از چرخ دنده‌ها ظاهری مخروط دارند که معمولا در محورهای متقاطع با زاویه ۹۰ درجه مورد استفاده قرار می‌گیرند. دندانه‌های این چرخ‌دنده می‌توانند مستقیم یا مارپیچ باشند. چرخ دنده‌های هیپنوئیدی، ترکیبی از انواع مارپیچ و مخروطی هستند، که توان انتقال نیروی بیشتری دارند و صدای کمتری نیز تولید می‌کنند. این کمتر بودن صدا در سرعت‌های متوسط و بالا اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. همچنین به دلیل درگیر بودن دندانه‌های بیشتر در هر چرخش، نیروی وارد به هر دندانه کمتر شده، ظرفیت چرخ دنده بالاتر می‌رود. ضمن اینکه، به دلیل شکل مارپیچی دندانه‌ها، هنگام درگیر شدن چرخ‌دنده‌ها انتقال نیرویکنواخت‌تر بوده و ارتعاشات و سایش هم کمتر اتفاق می‌افتد.
پینیون چیست؟
پینیون یا کله گاوی محور رابط دیفرانسیل و گیربکس است که در یک سر خود چرخ‌دنده مخروطی مارپیچ دارد. این چرخ‌دنده هیپنوئیدی با کرانویل در دیفرانسیل مرتبط است و به صورت عمود با آن درگیر می‌شود. در واقع پینیون از طریق این ارتباط و درگیری، گشتاور جعبه دنده را به دیفرانسیل منتقل می‌کند. در خودروهای دیفرانسیل عقب، پینیون با گاردان در ارتباط است و انتقال گشتاور از گاردان به دیفرانسیل صورت می‌گیرد. جنس پینیون معمولا از چدن خاکستری یا آلیاژهای فواد است.
کرانویل چیست؟
این قطعه نوعی چرخ‌دنده مارپیچ بشقابی است که به شکل یک دیسک دندانه‌دار با دندانه‌های موج‌دار دیده می‌شود. کرانویل در یک وجه خود دندانه‌دار و در وجه دیگر صاف و مسطح است. به همین دلیل به آن چرخ‌دنده حلقه‌ای هم گفته می‌شود. کرانویل رابط بین پینیون و دنده هرزگرد دیفرانسیل است و گشتاور دریافتی از پینیون را به هرزگرد منتقل می‌کند. کرانویل به هوزینگ دیفرانسیل پیچ شده است و تنظیم اتصال آن در عملکردش تاثیر چشمگیری دارد. جنس این قطعه از آلیاژ فولاد کم کربن است.
حتما بخوانید: با بدفروش‌ترین ماشین‌های زیر ۳۰۰ میلیون آشنا شوید
نحوه درگیری پینیون و کرانویل
در سیستم کرانویل و پینیون دیفرانسیل، دنده هیپنوئیدی پینیون با زاویه ۹۰ درجه روی کرانویل قرار می‌گیرد. محور پینیون حرکت دورانی را در بخش انتهایی خود از گیربکس گرفته در قسمت دنده مارپیچی این حرکت را به کرانویل منتقل می‌کند. بنابراین اساس عملکرد سیستم کرانویل پینیون در واقع چرخش ۹۰ درجه ای مسیر گشتاور انتقالی مورد نیاز چرخ‌ها به سمت آنها است. این سیستم در واقع راندمان دیفرانسیل و گیربکس را بالا می‌برد. در این ارتباط هرچه تعداد دنده‌های کرانویل بیشتر باشد قدرت بیشتری انتقال یافته و هر چه کمتر باشد سرعت گشتاور انتقالی افزایش می‌یابد. دلیل استفاده از حالت دنده‌های مارپیچ در کرانویل و پینیون در عین مخروطی‌بودن آنها، به این خاطر است که درگیری در این دنده‌ها به خاطر حالت مارپیچی آنها و داشتن طول دنده بالاتر، بیشتر است. بنابراین در انتقال نیروی زیاد و گشتاور بالایی که به آنها می‌رسد، مناسب‌ترعمل می‌کنند. البته این خاصیت کاهش صدای درگیری دنده‌ها را نیز به همراه خواهد داشت.
نحوه کار دیفرانسیل
دیفرانسیل، یکی از اجزای سیستم انتقال نیرو در خودرو و در واقع آخرین عضو از این مجموعه محسوب می‌شود. در تعریف وظایف آن علاوه‌بر انتقال نیرو، تغییر زاویه گشتاور و تنظیم آن بین چرخ‌ها نیز مطرح می‌شود. به این معنی که دیفرانسیل موظف است در پیچ‌ها سرعت دوران هر چرخ را متناسب با زاویه حرکت هریک، تنظیم کند. در این بین انتقال متناسب گشتاور از گیربکس به دیفرانسیل به عهده پینیون، تغییر زاویه آن به عهده کرانویل و تنظیم گشتاور چرخ‌ها و زاویه آنها به عهده هرزگرد هوزینگ است. به این ترتیب حرکت دورانی آغاز شده از میل‌لنگ موتور، از گیربکس به (گاردان در خودروهای دیفرانسیل عقب) پینیون رسیده و در دیفرانسیل از طریق کرانویل به هرزگرد (دنده دیشلی)، پلوس‌ها و چرخ‌ها منتقل شود.
اهمیت نسبت دوران دیفرانسیل
یکی از نکات مهم در عملکرد دیفرانسیل، نسبت تعداد دوران پینیون و کرانویل است که نقشی مهم در تعیین سرعتی یا قدرتی بودن محور محرک خودرو دارد. همچنین این عدد هنگام تعویض قطعات دیفرانسیل از اهمیت بالایی برخوردار است. نسبت پینیون به کرانویل به عنوان یک مشخصه دیفرانسیل توسط کمپانی سازنده روی آن درج می‌شود. این عدد برای مثال به شکل ۱۳.۴۶ است که در آن ۴۶ بیانگر تعداد دروان پینیون و ۱۳ نشان دهنده تعداد چرخش کرانویل است. به این معنی که در هر ۴۶ چرخش پینیون ۱۳ بار کرانویل می‌گردد. بیشتر بودن تعداد دوران پینیون به این دلیل است که این قطعه محوری است که روی چرخ دنده بزرگ یک سویه کرانویل قرار گرفته بنابراین گردش سریع‌تری دارد. حال هرچه عدد حاصله از تقسیم این نسبت بزرگ‌تر باشد بیانگر قدرتی بودن دیفرانسیل است و کوچکتر بودن آن نشان از سرعتی بودن دیفرانسیل دارد. به این معنا که دیفرانسیلی با نسبت پینیون ۱۳.۴۳ دارای ضریب ۳.۳ خواهد بود و دیفرانسیلی با نسبت ۱۳.۴۶ ضریب ۳.۵۴ دارد. بر اساس قاعده ذکر شده، دیفرانسیل اول سریعتر و دومی قوی‌تر است. به این دلیل که در نوع اول برای ۱۳ بار گردش کرانویل یعنی ۱۳ بار گردش چرخ‌ها، نیاز به ۴۶ بار چرخش پینیون است. حال اینکه در نوع دوم برای همین تعدا چرخش کرانویل و چرخ‌ها تنها کافی است تا پینیون ۴۳ بار بگردد.
حتما بخوانید: مقایسه ساندرو اتوماتیک، پژو ۲۰۷ اتوماتیک و تندر ال۹۰ اتوماتیک
نسبت دوران و اهمیت آن در خودروهای۴×۴
ضریب دروان یا نسبت دوران پینیون به کرانویل در هر دو دیفرانسیل خودروهای ۴×۴ باید یکی باشد. در غیر اینصورت، پس از به حرکت درآمدن خوردو، یکی از محورها در فاصله‌ای کوتاه قفل خواهد شد. به این معنا که اگر در یک خودروی دو‌دیفرانسیل، نسبت دوران در محور جلو عدد ۳.۳ و در محور عقب برابر با ۳.۵ باشد این مشکل ایجاد خواهد شد. چرا که در این خودروها گاردان هنگامی که دو محور به صورت هم‌زمان درگیر هستند، دوران یکسانی به پینیون‌ها منتقل می‌کند. حال اگر نسبت پینیون و کرانویل دو دیفرانسیل باید یکی نباشد، چرخ‌های یک محور دورهای بیشتری می‌زنند که عملا منجر به قفل شدن محور دیگر خواهد شد.
بسیار مفید و آموزنده ??????