مقالات خودروهای سنگین

مشخصات انواع دیفرانسیل کامیون

مشخصات انواع دیفرانسیل کامیون

مشخصات انواع دیفرانسیل کامیون

با پیشرفت روزافزون صنعت خودروسازی هر ساله شاهد ارائه تجهیزات پیشرفته‌تر و جایگزینی قطعات با مشخصه فنی بهتر هستیم. این امر در صنعت کامیون‌سازی به دلیل حساسیت بیشتر به نسبت خودروهای سواری، پیچیدگی بیشتری دارد.

قطعات کامیون به دلیل کاربری خاص و حمل تناژ بالا با تکنولوژی پیچیده‌تری طراحی و ساخته می‌شوند. این قطعات دارای وظایف خاص‌تر و جنس متفاوت نسبت به خودروهای عادی هستند.

یکی از اجزای مهم و حیاتی در کامیون‌ها دیفرانسیل است. دیفرانسیل کامیون وظیفه انتقال قدرت موتور و گیربکس به چرخ‌ها را دارد. در واقع یک کامیون اگر در موتور و گیربکس قدرتمند طراحی شود اما در قسمت دیفرانسیل ضعیف باشد، عملا کاربری خاصی نخواهد داشت.

در این نوشتار سعی می‌شود به مشخصات این بخش مهم پرداخته شود.

دیفرانسیل کامیون چیست؟

دیفرانسیل کامیون بخشی از سیستم انتقال قدرت است که سر راه گیربکس و چرخ‌ها قرار می‌گیرد. وظیفه دیفرانسیل تقسیم قدرت ورودی از سمت گیربکس بین چرخ‌هاست.

در برخی کامیون‌ها علاوه بر محور عقب شاهد به‌کارگیری دیفرانسیل در محور جلو نیز هستیم. دیفرانسیل اگر در محور عقب باشد بعد از میل گاردان جای می‌گیرد و اگر در محور جلو باشد پس از گیربکس قرار خواهد گرفت.

مشخصات دیفرانسیل کامیون

نحوه اتصال و قرارگیری دیفرانسیل به گونه‌ای است که دوران عمودی تولید شده توسط موتور را به صورت جداگانه و افقی به چرخ‌ها منتقل می‌کند. اهمیت این موضوع هنگام رانندگی در پیچ بیش از پیش مشخص می‌شود، زیرا هنگامی که کامیون در حال تردد در پیچ باشد چرخی که به سمت داخل پیچ است به نسبت چرخی که به سمت خارج در حال چرخش است، تعداد دوران کمتری دارد.

این موضوع را هنگام حمل چندین تن بار تجسم کنید! اهمیت طراحی و کار دیفرانسیل کامیون در این موارد مشخص می‌شود.

اجزای دیفرانسیل کامیون

دیفرانسیل کامیون از اجزای زیادی تشکیل می‌شود که به صورت دقیق روی هم سوار و با هم هماهنگ شده‌اند.

اجزای تشکیل‌دهنده دیفرانسیل کامیون

هدف از به‌کارگیری این تعداد اجزا، گرفتن بهترین عملکرد در حرکت کامیون است. کامیون‌‌ها و کشنده‌ها تحت شرایط مختلفی قرار می‌گیرند، به عنوان مثال هنگامی‌ که در اتوبان در حال تردد هستند لازم است به میزان کافی سرعت خود را افزایش دهند و در مواقعی که در حال جابه‌جایی تناژهای سنگین در راه‌های شیب‌دار هستند لازم است گشتاور و قدرت تولیدی گیربکس و موتور را به صورت کامل به چرخ‌ها برسانند.

پس لازم است برای دست‌یابی به هر دو ویژگی بالا، اجزای دیفرانسیل با فناوری و دقت بالا ساخته و مونتاژ شوند.

اجزایی که می‌توان در دیفرانسیل کامیون مشاهده کرد را در زیر می‌بینید:

  • هوزینگ (Housing)
  • دنده پلوس
  • کرانویل و پینیون (Crown-wheel & Pinion)
  • رینگر
  • خورشیدی
  • چرخ‌دنده حلقه‌ای
  • چرخ‌دنده جانبی
  • اسپایدر
  • کله‌گاوی
  • هرزگردها
  • بلبرینگ

در نهایت قدرت از طریق انتقال نیرو توسط بخش‌های بالا به پلوس‌ها می‌رسد و به چرخ منتقل می‌شود. مسیر انتقال نیرو از لحظه تولید تا رسیدن به چرخ‌ها به شکل زیر است:

موتور>فلایویل>کلاچ>گیربکس>دیفرانسیل>پلوس>چرخ‌ها

نحوه کارکرد دیفرانسیل کامیون

در این روند نیروی تولیدی از گیربکس به دیفرانسیل کامیون می‌رسد، اولین قطعه از دیفرانسیل که درگیر می‌شود پینیون است. پینیون به علت دارا بودن چرخ‌دنده مرتبط با کرانویل آن را نیز به حرکت درمی‌آورد. در ادامه کرانویل نیز باعث چرخش هرزگردها می‌شود.

این مرحله از انتقال نیرو، تنظیم‌کننده میزان و نوع چرخش چرخ‌هاست. بدین صورت که اگر کامیون در مسیر مستقیم در حال حرکت باشد میزان نیروی خروجی به پلوس‌ها برابر خواهد بود. در غیر این‌صورت هرزگردها در خلاف جهت دوران چرخ‌دنده‌های پلوس می‌چرخند و میزان گشتاور خروجی به چرخ‌ها بر اساس شدت پیچ تنظیم می‌شود.

مشخصات فنی دیفرانسیل کامیون

بر اساس توضیحاتی که در بالا ذکر شد، کارکرد و وظیفه هرکدام از اجزای دیفرانسیل را به صورت جداگانه برای شما توضیح خواهیم داد:

  • کرانویل و پینیون: انتقال گشتاور از گیربکس به دیفرانسیل
  • رینگر: دریافت نیرو از پینیون
  • چرخ‌دنده جانبی: انتقال گشتاور و چرخاندن چرخ‌دنده حلقه‌ای
  • اسپایدر: چرخاندن چرخ‌دنده‌های چپ و راست

همان‌طور که در مطالب بالا ذکر شد یکی از کارهای دیفرانسیل تبدیل گشتاور طولی به نیروی عرضی و انتقال آن به چرخ‌هاست. اما دیفرانسیل چگونه این کار را انجام می‌دهد؟

وظیفه این کار بر عهده کرانویل و پینیون است. در ادامه به معرفی این قطعه و بررسی انواع آن می‌پردازیم.

کرانویل و پینیون (Crown-wheel & Pinion)

کرانویل و پینیون در واقع دو چرخ‌دنده عمود بر هم هستند که ضریب دیفرانسیل را معین می‌کنند. این عدد نشان‌دهنده اختلاف اندازه این دو قطعه یعنی قطعه کوچک‌تر پینیون و قطعه بزرگ‌تر کرانویل است.

این قطعات از طراحی‌های مختلفی برخوردارند و هر کدام عملکرد ویژه‌ای را به دیفرانسیل می‌دهند.

در ادامه انواع کرانویل و پینیون را نام برده و به بررسی آن‌ها می‌پردازیم.

  • Straight bevel gears
  • Spiral bevel gears
  • Hypoid gears

حال به بررسی هر کدام از موارد بالا خواهیم پرداخت.

Straight bevel gears

در این حالت چرخ‌دنده‌های روی کرانویل و پینیون ساده هستند. این سادگی یک مزیت و یک نقص بزرگ را برای این نوع کرانویل و پینیون به همراه دارد.

مزیت آن سهولت در ساخت و قیمت ارزان آن است، اما نقص بزرگ آن به دلیل ساده بودن چرخ‌دنده‌هاست، این نوع چرخ‌دنده به طور پیوسته روی هم سوار نیستند و ممکن است از روی هم در رفته یا خلاص شوند. همین امر باعث کوبش و سر و صدای دیفرانسیل می‌شود.

Spiral bevel gears

این نوع کرانویل و پینیون در واقع نمونه اصلاح شده Straight bevel gears است. در این قطعه چرخ‌دنده‌ها به صورت اریب (مارپیچی) طراحی شده است. این طراحی موجب عملکرد نرم‌تر و بی‌صداتر دیفرانسیل می‌شود.

Hypoid gears

ساختار چرخ‌دنده این نوع کرانویل و پینیون مانند نمونه قبلی است، اما در ساختار قطعات کرانویل و پینیون دارای تفاوت‌هایی هستند. در ساختار این قطعه کرانویل پایین‌تر از قطر پینیون روی چرخ‌دنده سوار می‌شود.

این نوع کرانویل و پینیون طراحی بهینه به نسبت دو طرح قبلی دارد، زیرا امکان طراحی برای فضای آزاد حول قطعه وجود دارد و هم‌چنین به دلیل تعداد بیشتر چرخ‌دنده‌های درگیر در این نوع طراحی امکان تولید و انتقال گشتاور بیشتری به نسبت دو مدل قبلی مقدور است.

انواع کرانویل و پینیون در دیفرانسیل کامیون

برندهای تولید کننده دیفرانسیل

با توجه به توضیحات بالا طراحی و ساخت دیفرانسیل کامیون امری پیچیده است و لازم به تکنولوژی پیشرفته‌ای دارد. به همین شرکت‌هایی که در دنیا این محصول را تولید می‌کنند محدود هستند. در ادامه برندهای معروف تولیدکننده دیفرانسیل کامیون را مشاهده خواهید کرد.

  • مریتور (راک‌ول) /Meritor (Rockwell)
  • ایتون کلارک (Eaton Clark)
  • جنرال موتورز (General Motors)
  • اسپایسر (Spicer)
  • دایملر-مرسدس (Daimler-Mercedes Benz)
  • دانا (Dana)
  • مان (MAN)
  • نیو پراسس (New Process)
  • اینترنشنال (International)
  • نویستار (Navistar and Planetary)
  • بمباردیه (Bombardier Planetary)

شرکت‌های فوق از معروف‌ترین برندهای سازنده دیفرانسیل هستند و برای کارخانجات کامیون‌سازی مختلفی مانند ماک (Mack)، کنورث (Kenworth)، پیتربیلت (Peterbilt)، ولوو (VOLVO Trucks) و غیره دیفرانسیل طراحی و تولید می‌کنند.

سیستم‌های کمکی دیفرانسیل کامیون

دیفرانسیل کامیون با وجود قدرت و استحکام بالایی که دارد، در شرایطی ممکن است کارایی خود را به دلیل شرایط محیطی از دست بدهد. سازندگان دیفرانسیل کامیون سعی کردند با اضافه کردن سیستم‌های کمکی این نواقص را تا حدودی برطرف کنند.

از جمله سیستم‌های کمکی کاربردی دیفرانسیل کامیون قفل‌کن و جفت‌کن است. این سیستم‌ها به حرکت کامیون در شرایط ناپایدار کمک می‌کنند.

در ادامه بررسی این دو سیستم و فرق‌های آن‌ها می‌پردازیم.

قفل‌کن دیفرانسیل

تصور کنید کشنده‌ای با چندین تن بار در سربالایی شدید یا در گل‌و‌لای در حال حرکت است. مسلما در حالت عادی ادامه حرکت در این شرایط حتی با سنگین‌ترین دنده نیز مقدور نیست.

سیستم قفل‌کن دیفرانسیل کامیون (Diff-Lock System) در شرایطی که محورهای متحرک کامیون در حال هرزگردی یا اصطلاحا بکسواد هستند، موثر است.

در واقع دیفرانسیل در حالت هرزگردی به اشتباه در حال انتقال نامساوی گشتاور بین چرخ‌هاست و همین مسئله موجب گیر کردن کامیون می‌شود. قفل دیفرانسیل در چنین شرایطی باعث رفع این موضوع می‌شود.

با فعال کردن دف‌لاک دیفرانسیل از مدار خارج می‌شود و تقسیم نیرو به صورت 50-50 صورت می‌پذیرد. این امر موجب چرخش تمام لاستیک‌ها شده و حالتی شبیه به چنگ زدن را ایجاد می‌کند که کامیون را وادار به حرکت می‌کند.

برندهای سازنده دیفرانسیل کامیون

البته در سیستم‌های جدید ارائه شده از سوی شرکت‌های کامیون‌سازی، امکان تقسیم غیرمساوی انتقال نیرو نیز وجود دارد. بدین صورت که راننده می‌تواند درصد بیشتری از گشتاور را برای چرخ مرده بفرستد که این امر موجب خلاصی از گیرکردن در مدت زمان کوتاه‌تری ‌می‌شود.

نکته مهم در استفاده از قفل‌کن این است که این سیستم صرفا باید در شرایط خیلی خاص و در مدت زمان کوتاهی استفاده شود و به محض حرکت کامیون باید غیرفعال شود. زیرا این نوع انتقال نیرو صرفا برای شرایط سخت طراحی شده و حرکت مداوم با آن می‌تواند به سیستم کلاچ و دیفرانسیل صدمات جدی وارد کند.

جفت‌کن دیفرانسیل

جفت‌کن دیفرانسیل کامیون سیستمی است که در کشنده‌ها و کامیون‌های سه محوره (6X4) دیده می‌شود.

در کامیون‌های سه‌محوره یا اصطلاحا جفت، دو دیفرانسیل تعبیه شده است. دیفرانسیل محور جلویی به میل گاردان متصل است و وظیفه انتقال نیرو را بر عهده دارد، اما دیفرانسیل محور عقب اصطلاحا Standby Diff نام دارد و به دیفرانسیل جلویی اتصال دارد.

در صورت نیاز و حرکت ناپایدار کامیون در سطوح غیرعادی، با فعال کردن این سیستم دیفرانسیل عقب نیز وارد مدار می‌شود و از نیروی گشتاور دیفرانسیل جلویی تغذیه می‌شود. در این حالت هر دو محور کامیون شروع به چرخش  می‌کنند که این مساله سطح انتقال نیرو به زمین را افزایش داده و باعث حرکت کامیون می‌شود.

 

ویژگی‌های انواع دیفرانسیل کامیون

به دلیل ساختار کاری که این سیستم انجام می‌دهد (حرکت دو محور عقبی) به آن جفت‌کن گفته می‌شود. نکته قابل توجه در استفاده از این سیستم این است که جفت‌کن فقط در دنده‌های سنگین باید وارد مدار شود. به دلیل تغذیه دیفرانسیل استندبای، موتور برای تولید گشتاور بیشتر مجبور می‌شود فشار بیشتری متحمل شود، به همین دلیل استفاده از این سیستم در حرکت عادی موجب صدمه جدی به ساختار موتور می‌شود.

بعد از بررسی عملکرد قفل‌کن و جفت‌کن دیفرانسیل باید بدانید تمام کامیون‌های دو محور که اصطلاحا تک نامیده می‌شوند دارای قفل‌کن هستند، اما جفت‌کن فقط در کامیون‌های سه محور یا جفت دیده می‌شود.

با فعال شدن قفل‌کن، دیفرانسیل یا به بیان دیگر هرزگردهای دیفرانسیل از مدار خارج می‌شوند. در این حالت امکان فرمان‌دهی یا گردش به چپ و راست کامیون وجود ندارد و مسیر حرکت آن مستقیم است.

سخن پایانی

سازندگان دیفرانسیل کامیون از گذشته تاکنون سعی داشته‌اند با طراحی کارآمدتر و بهتر عملکرد محصولات خود به حد بهینه برسانند. استفاده از سیستم‌های جدیدتر به منظور تولید سروصدای کمتر، حرکت نرم‌تر، انتقال گشتاور بهتر و اتلاف نیروی کمتر در دیفرانسیل‌های جدید موجب شده است دغدغه رانندگان کامیون به حداقل برسد.

سیستم‌های الکترومکانیکی جدید باعث عملکرد بهینه دیفرانسیل کامیون شده است. این امر حاصل تحقیقات و پیشرفت‌های حوزه صنعت کامیون‌سازی بوده و مطمئنا در آینده شاهد کارآمدی بیشتر از این قطعات حیاتی خواهیم بود.

منابع :

https://www.ril-ctcam.com/en/mechanical-services-for-heavy-and-light-trucks/differential/

https://www.matfoundrygroup.com/News%20and%20Blog/Types_of_Differential_and_How_They_Work

دیدگاهتان را بنویسید