مهدی محمدزاده
جزوه آموزشی – جزوه جامع دیفرانسیل و پلوس خودرو
تهیه و تدوین: مهدی محمدزاده، کارشناس فنی و مدرس مکانیک
مقدمه
دیفرانسیل و پلوس از اجزای حیاتی سیستم انتقال قدرت خودرو هستند. وظیفه اصلی آنها انتقال نیرو از گیربکس به چرخها و تنظیم سرعت چرخش آنها در شرایط مختلف حرکت است.
در این جزوه با جزئیات عملکرد، نحوه طراحی و انواع دیفرانسیل و پلوس، همچنین روشهای عیبیابی و نگهداری آنها آشنا میشوید تا بتوانید بهصورت دقیقتر مشکلات را تشخیص داده و اقدامات تعمیر و نگهداری را بهطور مؤثر انجام دهید.
هدف از این مجموعه، ارائه پایههای علمی به همراه نکات تخصصی برای مهندسان مکانیک، تکنسینهای سرویس و دانشجویان علاقهمند به مباحث انتقال قدرت خودرو است.
1. دیفرانسیل
تعریف
دیفرانسیل مکانیزمی است که گشتاور موتور را بین دو چرخ تقسیم میکند و اجازه میدهد هر چرخ با سرعت متفاوت بچرخد؛ این موضوع برای حرکت در پیچها ضروری است.
بهطور کلی در خودروهای محور عقب و محور میانی، دیفرانسیل وظیفه توزیع گشتاور چرخها را بین چرخهای محور محرک دارد. هنگام حرکت در خطوط مستقیم، چرخهای راست و چپ با سرعت یکسان کار میکنند، اما هنگام گذر از پیچها که چرخ داخلی مسیر کوتاهتری را طی میکند، تفاوت سرعت بین چرخها ضروری است تا اصطکاک مناسب و کنترل دقیق حفظ شود.
اصول فنی عملکرد
-
کاهش یا افزایش سرعت چرخها نسبت به گشتاور ورودی از گیربکس با استفاده از نسبتهای دندانی.
-
امکان حرکت هر چرخ با سرعت متفاوت به دلیل وجود سیستم قرقره و چرخدندههای داخلی.
-
جلوگیری از کشیده شدن تسمهها یا شکستگی شفتها در پیچهای شدید با فراهم کردن انحرافهای موقعیتی مناسب.
-
حفظ ثبات خودرو و کنترل پایداری در شرایط لغزنده یا ناهموار با ارائه توزیع گشتاور متغیر.
اجزای اصلی
-
کرانویل (Ring Gear): چرخدنده بزرگ که نیروی پینیون را میگیرد و به شافت خروجی منتقل میکند. این چرخدنده با سطح داخلی خود درگیر تیغههای دیگر است و نقش مرکزی در انتقال گشتاور دارد.
-
پینیون (Pinion Gear): چرخدنده کوچک متصل به شفت خروجی گیربکس که با کرانویل در تماس است و گشتاور را از گیربکس به دیفرانسیل منتقل میکند.
-
هرزگرد (Spider Gears): مجموعهای از چرخدندههای کوچکتر با محورهای مختلف که بین دو چرخ هممحور و غیرهممحور امکان توزیع گشتاور را فراهم میکنند. این جزء معمولاً در دیفرانسیل باز (Open Differential) وجود دارد و در برخی طراحیها برای عملکرد LSD (دیفرانسیل با لغزش محدود) بهصورت ویژه تنظیم میشود.
-
پوسته دیفرانسیل (Housing): محفظه یا قاب بیرونی که تمام اجزا را در بر میگیرد و از آنها در برابر آلودگی محیطی محافظت میکند. همچنین نقش مکانیسمی برای روغنکاری داخلی ایفا میکند و روغن دیفرانسیل را بین اجزای داخلی پخش میکند.
-
گیربکس خروجی خارجی و شفت خروجی: رابط بین دیفرانسیل و پلوسها که گشتاور را بهصورت مستقیم به پلوسها منتقل میکند.
-
سیستم روغنکاری و اتیون: روغن دیفرانسیل برای کاهش اصطکاک، خنککاری و جلوگیری از فرسایش اجزای داخلی دیفرانسیل بهکار میرود. معمولاً با نام گریس یا روغن گیربکس در یک محفظه با سوراخهای درزپوش استفاده میشود.
اجزای فرعی و سیستمهای مرتبط
-
سپرهای تشریحی برای گرمای دیفرانسیل: دیفرانسیل هنگام کار دمای بالایی تولید میکند؛ به همین دلیل وجود سیستم خنککننده مانند میلههای خنککننده، فینهای پوسته یا رادیاتور روغن برای جلوگیری از گرمای بیش از حد ضروری است.
-
سیستم تهویه روغن داخلی: برای جلوگیری از اکسیداسیون و افزایش طول عمر روغن در مقابل حرارت بالا و رطوبت.
-
اتصالات شاسی و یاتاقانها: نگهداری دقیق به منظور کاهش نشتی و حفظ موقعیت دقیق چرخدندهها.
-
ریزقطعات خروجی و نگهدارندهها: پیچها، خارها، بستها و واشرهای مربوط به پوسته و اتصالات که از ایمنی مناسب برخوردار باشند.
انواع دیفرانسیل
-
ساده (Open Differential): رایجترین نوع، گشتاور موتور را به دو چرخ با نسبت ثابت تقسیم میکند. در شرایط لغزنده، اگر یکی از چرخها لغزنده شود، گشتاور به همان چرخ میرود که اصطکاک کمتری دارد و مانور در سطح لغزنده دشوار میشود.
-
قفلدار (Locking Differential): امکان قفلشدن دیفرانسیل برای جلوگیری از تفاوت سرعت دو چرخ، معمولاً در خودروهای آفرود یا خودروهای با کاربردهای سنگین استفاده میشود. قفل میتواند بهصورت مکانیکی یا الکترونیکی فعال شود.
-
دیفرانسیل لغزش محدود (LSD – Limited Slip Differential): محدودکننده لغزش است تا در صورت لغزش یکی از چرخها، سهم گشتاور به چرخ دیگر نیز منتقل شود، بدون نیاز به قفل کامل. انواع LSD شامل مکانیکی و مستقیم با استفاده از صفحات شیاردار یا دیسکهای کلاچ الکتریکی یا هیدرولیکی است.
-
دیفرانسیل با کنترل الکترونیکی: برای خودروهای مدرن با سیستمهای کنترل دینامیک است تا بهصورت هوشمند نسبت گشتاور را بین چرخها با توجه به حالات فرمان، پایداری، سرعت و شیب تغییر دهد. این سیستمها معمولاً با کمک حسگرهای ترمز، سرعت، سطح لغزندگی و دیگر سنسورها تصمیم میگیرند.
2. پلوس
تعریف
پلوس شفتی است که نیروی خروجی از دیفرانسیل را به چرخها منتقل میکند. پلوسها از اجزای مهم در انتقال قدرت هستند و به دلیل حرکت چرخها در طول زمان، باید دارای انعطافپذیری نسبت به تغییر زاویه و طول باشند تا فشار و کشش ناشی از حرکات تعویضی را تحمل کنند.
اجزای پلوس
-
مفصل داخلی (CV – Constant Velocity Joint): مفصلی با طراحی مخصوص که حرکت پلوس را در محورهای داخلی خودرو امکانپذیر میکند و از طریق حرکت زاویه و ولتاژ، گشتاور را به چرخ منتقل میکند. معمولاً به شفت دیفرانسیل متصل است.
-
شفت پلوس (Shaft): لوله یا میلهایی که گشتاور را از دیفرانسیل به مفصلها و در نهایت به چرخها منتقل میکند. این شفت باید طول و انعطاف مناسبی برای تغییر زاویه و طول حرکتی داشته باشد.
-
مفصل خارجی (Outer CV Joint): مفصل خروجی که به طرف چرخ متصل میشود و اغلب از نوع مزدوج یا گویتیوه است که به چرخ اجازه میدهد در طول حرکت در زاویههای مختلف بچرخد.
-
گردگیر پلوس (Boot): پوشش الاستیکی یا ترکیبی برای حفاظت از مفصل CV در برابر گرد و غبار، آب و آلودگی و همچنین حفظ روانکاری مفصل.
-
خار و بستها: قطعاتی برای نگه داشتن گردگیر، اتصالهای داخلی و جلوگیری از جدا شدن اجزا در طول کارکرد.
انواع پلوس
-
پلوس ساده: عمدتاً دارای مفصل داخلی و خارجی با طراحی ساده و طول ثابت است و برای خودروهای با نیاز حرکتی کمتر مناسب است.
-
پلوس با مفصل دوگانه: دارای دو مفصل CV داخلی و خارجی با طراحی دوگانه که انعطافپذیری بیشتر در حرکات زاویهای و طولی را فراهم میکند.
-
پلوس با طول متغیر: طول آنها در حین حرکت تغییر میکند تا بتواند با تغییر موقعیت و زاویههای شدیدتر برخورد کند، معمولاً در خودروهای محور محرک یا خودروهای با سیستم تعلیق پیچیده استفاده میشود.
3. عیبیابی و نگهداری
علائم خرابی دیفرانسیل
-
صدای زوزه یا ناله هنگام شتابگیری یا کاهش سرعت: نشاندهنده مشکلات ناشی از چرخدندهها، سطح روغن یا یاتاقانهای داخلی است.
-
لرزش یا ضربه در هنگام حرکت: میتواند به دلیل سطح ناهموار پوسته، فرسودگی هرزگرد یا آسیب در دیفرانسیل باشد.
-
روغنریزی از پوسته دیفرانسیل: نشتی روغن از واشرها یا درزها که میتواند منجر به کاهش سطح روغن و افزایش فرسایش شود.
-
کاهش عملکرد در پیچها: توزیع گشتاور نامتعادل یا صدای اضافی هنگام عبور از پیچها که نشاندهنده مشکلات در LSD یا دیفرانسیل قفلشونده است.
-
گرمای بیش از حد دیفرانسیل در طول سفرهای طولانی یا با بار سنگین.
علائم خرابی پلوس
-
صدای تقتق یا ضربه در هنگام پیچیدن: معمولاً به دلیل فرسودگی مفصل CV یا خرابی گردگیر است.
-
پارگی گردگیر و نشت گریس: عمر مفصل را کاهش میدهد.
-
لرزش خودرو در سرعتهای بالا یا در اثر بارگذاری ناهموار.
-
لقی یا حرکات ناهموار در محور راست و چپ: نشاندهنده مشکلات در مفصل داخلی یا خارجی یا عدم تعادل در شفت است.
نکات نگهداری
-
بررسی و تعویض بهموقع روغن دیفرانسیل.
-
بررسی منظم گردگیر پلوس و تعویض در صورت پارگی.
-
استفاده از قطعات و گریس با کیفیت.
-
نگهداری سیستم تهویه روغن دیفرانسیل.
-
بررسی یاتاقانها و اتصالات پوسته.
-
بررسی سیستمهای کنترل الکترونیکی (در خودروهای دارای LSD یا دیفرانسیل با کنترل هوشمند).
4. نحوه کارایی سیستم انتقال قدرت با دیفرانسیل و پلوس
-
در سرعتهای پایین و هنگام شتاب اولیه، دیفرانسیل گشتاور را به چرخهای جلو یا عقب منتقل میکند.
-
در پیچها، دیفرانسیل با طراحی داخلی به تفاوت سرعت بین چرخها پاسخ میدهد و از انقباض ناخواسته گشتاور جلوگیری میکند.
-
پلوسها با مفصلهای CV امکان انتقال گشتاور در زاویههای مختلف را فراهم میکنند.
-
در خودروهایی با LSD یا قفل دیفرانسیل، قابلیت حفظ تماس با سطح جاده و جلوگیری از لغزش افزایش مییابد.
5. نکات طراحی و مهندسی
-
طراحی اتصالات و محورهای دیفرانسیل باید تحمل نیروهای گشتاور بالا را داشته باشد.
-
سطح تماس دندانی چرخدندهها باید بهخوبی منطبق باشد.
-
روغن دیفرانسیل باید شاخص دمایی مناسب و مقاومت در برابر اکسیداسیون داشته باشد.
-
سیستمهای کنترل الکترونیکی باید حساسیتها را دقیق پردازش کنند.
-
طراحی پلوسهای CV باید حرارت کمتر ایجاد کرده و عمر مفصل را افزایش دهد.
-
گزینههای قفلکننده در دیفرانسیلهای قفلشونده باید با ایمنی و آرامی فعال شوند.
6. جداول و نمودارهای کلیدی
-
نسبتهای گشتاور دیفرانسیل در مدلهای مختلف خودرو و تأثیر آنها بر مصرف سوخت و عملکرد ترمز.
-
نمودارهای حرارتی عملکرد دیفرانسیل و روغن در مصرف طولانی و شیبهای مختلف.
-
نمودارهای موقعیت مفصلهای CV و نحوه توزیع گشتاور در پلوسهای مختلف.
-
جدول مواد و ترکیبات گردگیر پلوسها و ناحیههای دچار فرسودگی.
7. تمرینهای کاربردی
-
محاسبه نسبت گشتاور دیفرانسیل Open برای دو چرخ با گشتاور ورودی 300 Nm و نسبت 3:1.
-
تحلیل اثر LSD بر توزیع گشتاور در پیچ با شعاع معین و سطح لغزنده.
-
بررسی تأثیر طول پلوس و مفاصل CV بر رفتار دینامیک خودرو.
-
طراحی نگهداری دورهای دیفرانسیل و پلوس با توجه به شرایط اقلیمی و جادهها.
8. نکات ایمنی
-
استفاده از ابزار ایمنی مناسب: دستکش، عینک ایمنی و کفش مقاوم.
-
خودداری از برداشتن پوشش پوسته دیفرانسیل در حالی که گرمای داخلی بالا است.
-
روغن دیفرانسیل را در محیط تهویه مناسب استفاده کنید و مواد آتشزا را دور نگه دارید.
-
در صورت مشاهده نشت روغن یا صدا یا لرزش غیرعادی، خودرو را به تعمیرکار معتبر نشان دهید.
9. منابع و مراجعی برای مطالعه بیشتر
-
کتابها و منابع تخصصی درباره دیفرانسیل و پلوس خودرو و طراحی سیستمهای انتقال قدرت.
-
مقالات فنی در زمینه LSD و قفلهای دیفرانسیل و نحوه کنترل الکترونیکی در خودروهای مدرن.
-
دفترچههای خدمات و راهنمای تعمیرات تولیدکنندگان خودرو برای مدلهای مختلف.
خالصه نکات کلیدی
-
دیفرانسیل وظیفه توزیع گشتاور موتور بین چرخها با امکان حرکت هر چرخ با سرعت متفاوت را دارد.
-
پلوسها گشتاور را از دیفرانسیل به چرخها منتقل میکنند و با استفاده از مفصلهای CV اجازه تغییر زاویه و طول را فراهم میکنند.
-
نگهداری منظم روغن دیفرانسیل، بررسی گردگیر پلوس، استفاده از قطعات باکیفیت و بررسی سیستم کنترل الکترونیکی از اصول حفظ عمر و عملکرد این سیستمها است.
-
در خودروهای مدرن، دیفرانسیلهای LSD و سیستمهای کنترل هوشمند به بهبود پایداری و قابلیتهای حرکت در شرایط لغزندگی کمک میکنند.
❤️❤️❤️
عالی بودن
خیلی خوب بود
❤️❤️❤️👏👏
❤️❤️❤️
خیلی مفید ♥️♥️😍😍😍♥️
استاد عزیز تشکر ♥️