يعمل الترس التفاضلي في السيارة على إنجاز المهام الثلاث التالية:
- يقوم الترس التفاضلي بنقل قوة المحرك إلى عجلات السيارة.
- يتخذ الخطوة الأخيرة في تقليل عدد الثورات على العجلات (نتذكر أن صندوق التروس يأخذ الخطوة الأولى من هذا القبيل) ، وبالتالي زيادة عزم الدوران المنقول إلى نفس عجلات القيادة.
- من خلال نقل الطاقة إلى عجلات القيادة (دائمًا عدد زوجي من العجلات على نفس المحور: إما اثنان أو أربعة) ، يسمح التفاضل لكل منها بالدوران بسرعات مختلفة (وهو بالضبط ما حصل التفاضل على اسمه).
في هذه المقالة ، ستتعرف على سبب احتياج سيارتك إلى سرعات مختلفة للعجلات ، وكيف يتم توفيرها ، وما هو التفاضل ، وكيف يعمل التفاضل وما هي عيوبه الرئيسية. سننظر أيضًا في العديد من أنواعه.
ما هو الفرق؟
عجلات السيارة تدور بسرعات مختلفة خاصة عند الدوران. يمكنك أن ترى في الرسم المتحرك أدناه أن كل عجلة تقطع مسافة مختلفة تمامًا عندما تدور السيارة ، وأن العجلات الداخلية تقطع مسافة أقصر بكثير من العجلات الخارجية. نظرًا لأن السرعة تساوي المسافة مقسومة على الوقت المطلوب لقطع تلك المسافة ، فقد اتضح أن العجلات التي تقطع مسافة أقصر تدور بسرعة أقل: وبالتالي ، عند الانعطاف يسارًا ، ستدور العجلات اليسرى أبطأ من العجلات اليسرى. الصحيحة والعكس صحيح. وتجدر الإشارة أيضًا إلى أن العجلات الأمامية تقطع مسافة مختلفة عن المسافة التي تقطعها العجلات الخلفية.
انقر لعرض الرسوم المتحركة
بالنسبة للسيارات ذات الدفع على محور واحد فقط للعجلات - سواء كانت على العجلات الخلفية أو في الأمام - فإن الاختلاف في دوران العجلات الأمامية إلى الخلفية ليس مشكلة. لا يوجد اتصال بينهما ، لذا فهي تدور بشكل مستقل. لكن عجلات القيادة مترابطة بحيث يجب أن يقود محرك وناقل الحركة كلتا العجلتين ، في حين أن سرعات دورانهما مختلفة. ولكن ماذا لو كان لدينا محرك واحد فقط ؟! إذا لم تكن سيارتك مزودة بفرق تفاضلي ، فيجب أن يتم قفل العجلات معًا ، وإجبارها على الدوران بنفس السرعة. هذا من شأنه أن يجعل مناورات الانعطاف - حتى في الزوايا الصغيرة - صعبة: في مثل هذه السيارات ، من أجل التمكن من الدوران ، يجب بالضرورة أن ينزلق أحد الإطارات ، أو يجب أن يدور الآخر. وباستخدام الإطارات والطرق الإسفلتية الحديثة ، سيتطلب ذلك الكثير من الجهد. يجب أن تنتقل هذه القوة عبر المحور من عجلة إلى أخرى ، مما يضع عبئًا ثقيلًا للغاية على مكونات المحور.
مع هذه المشكلة يتكيف التفاضل بشكل لا تشوبه شائبة.
ما هو التفاضل؟
التفاضليهو جهاز يقسم عزم دوران المحرك إلى مسارين مع مخرجات ، مما يسمح لكل مخرج بالدوران بسرعة مختلفة.
الترس التفاضلي متاح في جميع السيارات والشاحنات الحديثة ، وكذلك في العديد من المركبات ذات الدفع الرباعي. علاوة على ذلك ، يجب أن يكون لجميع سيارات الدفع الرباعي فرق بين كل مجموعة من عجلات القيادة على نفس المحور ، بالإضافة إلى أنها تحتاج إلى تفاضل بين أزواج من العجلات الأمامية والخلفية (تذكر بداية المقال - لأن الجبهة تتحرك العجلات لمسافة مختلفة ، على عكس العجلات الخلفية عندما تتحرك السيارة في اتجاه آخر غير الخط المستقيم؟).
ومع ذلك ، فإن بعض سيارات الدفع الرباعي لا يوجد بها فرق بين العجلات الأمامية والخلفية ، وبدلاً من ذلك ، فإن أزواج العجلات هذه مرتبطة بإحكام بحيث يجب أن تدور العجلات الأمامية والخلفية بنفس السرعة. هذا هو السبب في أن الشركات المصنعة لا توصي بالقيادة على الأسطح الصلبة في وضع الدفع الرباعي في مثل هذه السيارات ، ولكن تشغيلها على الطرق الوعرة فقط.
الآن دعنا نتعرف على المكان الذي يوجد فيه التفاضل عادة في السيارة ، اعتمادًا على نوع محرك السيارة:
كيف يعمل التفاضل؟
سنبدأ بأبسط نوع من التفاضل ، يسمى تفاضل مفتوح. لكن علينا أولاً أن نتعلم بعض المصطلحات - انظر إلى الشكل أدناه ، ستجد المكونات الرئيسية للعملية التفاضلية هناك:
وبالتالي ، يتكون الفرق من الأجزاء الرئيسية التالية:
- عمود القيادة - ينقل عزم الدوران ، ويقوده من علبة التروس إلى بداية الترس التفاضلي
- ترس محرك عمود الإدارة عبارة عن ترس حلزوني صغير على شكل مخروطي يستخدم للاقتران مع الآلية التفاضلية
- الترس الحلقي هو الترس المُدار ، وأيضًا على شكل مخروط ، والذي يتم تحريكه (تدويره) بواسطة ترس القيادة. يتم استدعاء التروس الدافعة والقيادة ، مجتمعة القيادة النهائيةوهي بمثابة المرحلة الأخيرة من تقليل سرعة الدوران ، والتي ستصل في النهاية إلى العجلات (يكون الترس الدائري دائمًا أصغر من ترس القيادة ، مما يعني أن ترس القيادة سيتعين عليه إجراء العديد من الثورات في حين أن التروس المدفوعة تحدث ثورة واحدة فقط حول نفسها).
- تروس المحور هي التروس الأخيرة في الطريق لنقل الدوران من عمود القيادة إلى العجلات.
- الأقمار الصناعية هي آلية كوكبية تلعب فقط دورًا رئيسيًا في ضمان الاختلاف في دوران العجلة عند الدوران.
- أعمدة نصفية - أعمدة تنتقل من الترس التفاضلي مباشرة إلى العجلات.
والآن دعنا ننتقل إلى الفهم الأساسي والأكثر أهمية لكيفية عمل التفاضل ، ونلقي نظرة على الرسوم المتحركة أدناه ، كيف تعمل المكونات المذكورة أعلاه للتفاضل المفتوح في حالتين:
- عندما تكون السيارة تسير بشكل مستقيم.
- عندما تدور السيارة.
انظر بنفسك - كل شيء بسيط للغاية:
انقر فوق الزر "Turn" لمعرفة كيفية عمل التفاضل أثناء الانعطاف ، و "الذهاب مباشرة" لمعرفة كيفية تحرك مكوناته أثناء خط مستقيم
كما نرى ، عندما نقود سيارتنا بشكل مستقيم ، في الواقع ، تدور الآلية التفاضلية بأكملها بنفس السرعة: سرعة دوران عمود الإدخال تساوي سرعة دوران أعمدة المحور ، وبالتالي سرعة الدوران من العجلات. ولكن بمجرد أن ندير عجلة القيادة قليلاً ، يتغير الوضع ، وتتولى الأقمار الصناعية الآن دورها الرئيسي ، والتي يتم فتحها بسبب الاختلاف في الحمل على العجلات (عندما تحاول عجلة واحدة الدوران ، وتدور بشكل أسرع) ، وكل قوة المحرك تمر الآن من خلالهم. ونظرًا لحقيقة أن قمرين صناعيين عبارة عن ترسين مستقلين ، فقد اتضح أنهما ينقلان سرعات دوران مختلفة إلى المحاور شبه ، كما لو كان يشعبها ، لكن لا يقسم كل القوة بالتساوي ، بل ينقل أكبر قدر من القوة إلى العجلة يتحرك على طول الحافة الخارجية في وقت دوران السيارة ، وبالتالي يدور أكثر (يزيد من عدد دوراتها). والفرق في القوة المرسلة هو الأقوى ، وكلما زادت حدة الانحدار (على نحو أكثر دقة ، كلما كان نصف قطر الدوران لهذه السيارة أصغر).
ما هو العيب الرئيسي للتفاضل؟
ينقل الترس التفاضلي المفتوح الدوران إلى عجلة أو أخرى بأي نسبة تقريبًا ، بما في ذلك النسبة 100٪ / 0٪ - عندما تأخذ إحدى عجلات القيادة كل عزم الدوران. في الوقت نفسه ، يحدث توزيع مثل هذا الدوران بين العجلات عندما يتغير الحمل على هذه العجلات (ومعها على عمود المحور) - أي أن العجلة ذات الحمل المنخفض في المنعطف تتلقى مزيدًا من الدوران. ولكن هنا يكمن عيب واحد مهم ، يحدث في ظل ظروف معينة ، أي عندما تكون كلتا عجلتي القيادة في الوحل أو الثلج أو الجليد ، وتبدأ السيارة في الانزلاق - في هذه الحالة ، ستحصل العجلة ذات القبضة الأقل على نصيب الأسد من دوران. ببساطة ، إذا كنت ، على سبيل المثال ، عالقًا في الثلج ، جالسًا "على بطنك" - عندما تتعامل إحدى العجلات مع سطح الثلج ، والعجلة الثانية معلقة في الهواء على الإطلاق ، فستحصل هذه العجلة على القوة بسبب التوزيع المناسب على طول أعمدة المحور للتفاضل ، وهو الوزن ، وهو الذي سوف يدور بلا حول ولا قوة في الهواء. هذه المشكلة حادة بشكل خاص بالنسبة لسيارات الدفع الرباعي والمركبات الصالحة لجميع التضاريس.
ما هي أنواع الفروق الموجودة؟
الحل لهذه المشاكل فارق الانزلاق المحدود(تسمى أيضًا LSD فارق الانزلاق المحدود). تستخدم تفاضلات الانزلاق المحدودة آليات مختلفة لضمان العمل التفاضلي المناسب في ظل ظروف القيادة المختلفة. عندما تنزلق العجلة ، يسمح هذا الترس التفاضلي بنقل المزيد من عزم الدوران إلى العجلة غير المنزلقة.
في سيارات الدفع الرباعي والمركبات التي تعمل بجميع التضاريس ، تُستخدم أيضًا الفوارق مع فك الارتباط اليدوي ، والتي غالبًا ما تكون غير محمية من التعطيل أو التعطيل العرضي في الوقت الخطأ بسبب الجهل - والحقيقة هي أن القدرة على فصل التفاضل في الذهاب ينطوي على انهيار محتمل ، وهذه المشكلة الشائعة.
ما هو اقتران لزج (اقتران لزج)؟
غالبًا ما توجد أدوات التوصيل اللزجة في جميع مركبات الدفع الرباعي. وإذا قرأت مقالًا حول مبدأ تشغيل محول عزم الدوران ، فعليك أن تعلم أن أداة التوصيل اللزجة لها مخطط تشغيل مماثل. يستخدم على نطاق واسع لتوصيل العجلات الخلفية بالعجلات الأمامية بحيث عندما تبدأ مجموعة من العجلات في الانزلاق ، سيتم نقل عزم الدوران إلى المجموعة الأخرى ، وبالتالي حل مشكلة العجلة المنزلقة الموضحة أعلاه.
يحتوي القابض اللزج على مجموعتين من الألواح داخل غلاف مغلق مملوء بسائل لزج (أكثر لزوجة قليلاً من زيت التروس ، على سبيل المثال). مجموعة واحدة من اللوحات متصلة بكل عمود إخراج. في ظل الظروف العادية ، تتحرك كلتا مجموعتي الصفائح وجزءهما من السائل اللزج بنفس السرعة. ولكن عندما يحاول أحد المحاور أن يدور بشكل أسرع ، ربما لأنه ينزلق ، فإن العديد من اللوحات المقابلة لعجلات ذلك المحور تدور بشكل أسرع من المحاور الأخرى. يحاول السائل اللزج الموجود بين الألواح اللحاق بالأقراص الأسرع ، مما يؤدي بالأقراص البطيئة إلى نفس الشيء. هذا ينقل المزيد من عزم الدوران إلى عجلات الدوران الأبطأ ، والتي لا تنزلق فقط.
جهاز اقتران لزج
عندما تدور السيارة ، فإن الفرق في السرعة بين العجلات على نفس المحور لا يكون كبيرًا كما هو الحال عندما تنزلق إحدى العجلات ببساطة. كلما زادت سرعة دوران الألواح بالنسبة لبعضها البعض ، زاد عزم الدوران المطبق على القابض. لا يمنع القابض الملفات من الدوران لأن كمية العزم المنقولة أثناء الدوران صغيرة.
ستساعد تجربة البيض البسيطة في شرح سلوك أداة التوصيل اللزج. إذا وضعت بيضة على طاولة المطبخ ، فلن تتحرك القشرة والأبيض والصفار. ولكن عندما تبدأ في تدوير البيضة ، فإن قشر البيض سيتحرك بسرعة أعلى من سرعة البياض ، ويكون البياض أسرع قليلاً ، ويأكل الصفار ، لكن الصفار سيلحق بسرعة. بالمناسبة ، للتحقق من هذه الكلمات ، قم بإجراء تجربة بمجرد أن يكون لديك بيضة: قم بتدويرها بسرعة كافية ، ثم أوقفها ، ثم حرر البيضة فقط ، وستبدأ في الدوران مرة أخرى (حسنًا ، أو على الأقل ارتعاش) في اتجاه الدوران السابق). في هذه التجربة ، استخدمنا الاحتكاك بين القشرة والأبيض والصفار ، مع تطبيق القوة فقط على القشرة. أولاً ، قمنا في الواقع بفك القشرة ، وبسبب بعض التأخير خلف القشرة ، بسبب الاحتكاك ، بدأ البروتين في الاسترخاء ، ثم صفار البيض. وعندما أوقفنا القشرة ، نفس الاحتكاك - بين الصفار الذي لا يزال يتحرك ، والأبيض والقشرة - طبق القوة على القشرة ، مما أدى إلى تسريعها. لذلك في حالة الاقتران اللزج ، تنتقل القوة بين السائل ومجموعات الصفائح بنفس الطريقة بين الصفار والبروتين والقشرة.
ما هو فارق تورسن؟
تفاضل Torsen هو جهاز ميكانيكي بحت: فهو غير مرتبط بأي من القوابض أو السوائل اللزجة ، وفي جوهره آلية بسيطة إلى حد ما ، تشبه إلى حد بعيد التفاضل المفتوح.
يعمل Torsen بنفس طريقة عمل الترس التفاضلي المفتوح عندما يكون مقدار العزم بين عجلتي الدفع متساويًا. ولكن بمجرد أن تبدأ إحدى العجلات في فقد قوة الجر ، يؤدي الاختلاف في عزم الدوران إلى تثبيت التروس في الترس التفاضلي Torsen معًا.
غالبًا ما يستخدم هذا الترس التفاضلي في سيارات الدفع الرباعي القوية والقوية جدًا. مثل أداة التوصيل اللزجة ، غالبًا ما تستخدم لنقل القوة بين العجلات الأمامية والخلفية. وفي هذا التطبيق ، يتفوق الترس التفاضلي Torsen على اللزوجة لأنه يوفر عزم دوران للعجلات بطريقة مستقرة قبل أن يبدأ الانزلاق فعليًا. ومع ذلك ، إذا فقدت مجموعة واحدة من العجلات قوة الجر تمامًا ، فلن يتمكن الترس التفاضلي Torsen من نقل عزم الدوران إلى مجموعة العجلات الأخرى نظرًا لتصميمها وكيفية عمل هذا التفاضل.
هذا ما يبدو عليه فارق تورسن الحديث
بالمناسبة ، تستخدم جميع سيارات هامر تقريبًا ترس تفاضلي Torsen بين المحاور الأمامية والخلفية. ومع ذلك ، يقدم دليل مستخدم Hummer حلاً جديدًا لمشكلة فقدان عجلة واحدة للجر تمامًا: اضغط على دواسة الفرامل. من خلال الضغط على الفرامل ، يتم تطبيق عزم الدوران على العجلات الموجودة في الهواء ، ثم يتم نقلها إلى العجلات ، والتي يمكنها سحب السيارة من "العصيدة".