דיפרנציאל (רכב)

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית

גלגל העטרה מסתובב ואיתו ה"בית" (בכחול). איתם מסתובב ה- Spider gear (בירוק), אך לא סביב צירו אלא רק בעזרת ה"בית"!. סרני הצד (אדום וצהוב) מסתובבים במהירות זהה (כי האחיזה שלהם בקרקע זהה - או שהרכב בתנועה בקו ישר)
הגדל
גלגל העטרה מסתובב ואיתו ה"בית" (בכחול). איתם מסתובב ה- Spider gear (בירוק), אך לא סביב צירו אלא רק בעזרת ה"בית"!. סרני הצד (אדום וצהוב) מסתובבים במהירות זהה (כי האחיזה שלהם בקרקע זהה - או שהרכב בתנועה בקו ישר)
 הרכב מבצע פניה. הצד השמאלי (באדום) לא זז (או זז לאט),כתוצאה מההפרש במהירות ה- Spider gear (ירוק) מסתובב גם סביב צירו ומעביר את התנועה המוגברת לסרן ימין (צהוב)
הגדל
הרכב מבצע פניה. הצד השמאלי (באדום) לא זז (או זז לאט),כתוצאה מההפרש במהירות ה- Spider gear (ירוק) מסתובב גם סביב צירו ומעביר את התנועה המוגברת לסרן ימין (צהוב)

דיפרנציאל הוא התקן מכני המורכב בעיקר בכלי תחבורה ממונעים בעלי גלגלים. מיקומו של הדיפרנציאל הוא בין זוג הגלגלים המונעים.

כאשר מכונית פונה, הגלגל החיצוני עובר דרך ארוכה יותר בפרק זמן זהה. לכן, מהירותו תהיה גדולה יותר ממהירותו של הגלגל הפנימי. כדי להתגבר על הפרש המהירויות האלו מורכב דיפרנציאל בין הגלגלים. תפקיד נוסף של הדיפרנציאל הוא פיצול הכוח בין שני הגלגלים תוך סיבוב סרני הגלגלים בתשעים מעלות לכיוון כניסת הכוח.

הדיפרנציאל בנוי מ"בית" (Case) מגלגל שיניים עטרת (Ring או Crown) המחובר אליו, מגלגל שיניים סבבת (Pinion) משני גלגלי שיניים צדדים (Side gears) ושני גלגלי שיניים אמצעיים (Spider gears).

בנסיעה רגילה, גל ההינע מסובב את כל בית הדיפרנציאל, ה-Spider gears לא מסתובב סביב צירו אלא רק בעזרת סיבוב הבית. בין הסרנים אין הפרש מהירויות, ולכן, ה-Spider gears וגלגלי השיניים הצדדים נמצאים במנוחה (יחסית אחד לשני). כאשר יש הפרש מהירויות בין הגלגלים (למשל בפניה), נוצרת תנועה בין ה- Spider gears וזו מעבירה את הכוח מצד אחד לשני.

לאחר שהכוח מהמנוע מועבר לתיבת ההילוכים, הוא מועבר לדיפרנציאל, ומשם הוא מפוצל לגלגלים. גם בדיפרנציאל מתבצעת הפחתת מהירות של המנוע. אפשר לחלק בין שלושה סוגי דיפרנציאלים:

1. "דיפרנציאל פתוח", נפוץ ברוב כלי הרכב, כל גלגל יכול לקבל מהירות שונה (למשל בפניה), אך המומנט שיגיע לכל גלגל זהה (כל גלגל מקבל חצי מהמומנט שיוצא מהדיפרנציאל). ולכן, אם גלגל אחד מאבד אחיזה לגמרי, הרי שהמומנט שהוא יכול להעביר לכביש הינו אפס, ולכן, גם בגלגל השני לא יהיה מומנט והרכב לא יזוז. אם גלגל אחד יאבד חלק מהאחיזה, למשל, 50%, אז הוא יוכל לספק רק חצי מהמומנט שלו, כך גם לגבי הגלגל השני, מה שאומר, שהעומס על מערכת העברת הכוח- קטן לחצי.

גל ההינע מעביר תנועה סיבובית לדיפרנציאל (אפור). בית הדיפרנציאל מסתובב (ירוק). התנועה מועברת לשני הסרנים (כתום וצהוב)
הגדל
גל ההינע מעביר תנועה סיבובית לדיפרנציאל (אפור). בית הדיפרנציאל מסתובב (ירוק). התנועה מועברת לשני הסרנים (כתום וצהוב)

2. דיפרנציאל נעול, נמצא בעיקר ברכבי שטח ורכבי ראלי. גם הוא מפצל את התנועה הסיבובית לשני הגלגלים. אבל, כאן המהירות של הגלגלים תהיה תמיד זהה (גם בפניה, מה שעלול לגרום להתהפכות). אבל, המומנט שיגיע לשני הגלגלים הוא שונה, ותלוי באחיזה שהגלגל ליכול לספק, כך, שאם גלגל אחד מאבד אחיזה, כל המומנט מועבר דרך הגלגל השני (אם הוא יצליח לספק מספיק אחיזה כדי להעביר אותו). ישנם רכבים בעלי יכולת שליטה בנעילה (למשל דיפרניצאל של חברת ARB), ישנם דיפרנציאלים שנעולים תמידית ("נעילת זיקה"), ישנם דיפרנציאלים אוטומטים (בצורה מכנית, ללא התערבות הנהג – למשל דיפרניצאל של חברת Detroit-Locker ) וישנם דיפרנציאלים שנשלטים באמצעות מחשב הרכב.

3. דיפרנציאל מוגבל החלקה (LSD - Limited Slip Differential), נמצא בעיקר במכוניות ספורט, וכן במספר רכבי שטח. דיפרנציאלים אלו הם פשרה בין דיפרנציאל נעול לדיפרנציאל פתוח, הם יכולים להעביר כמות מסוימת של מומנט גם אם גלגל אחד איבד אחיזה. אבל, גם הגלגל שבאוויר ימשיך להסתובב.

[עריכה] מערכת 4X4

מערכת הנעה כפולה שונה בדרך כלל בין רכבי כביש לרכבי שטח. ברכבי שטח, מפצל הכוח בין זוג הגלגלים הקדמיים לאחוריים (Transfer) אינו מתפקד כדיפרנציאל, אלא כחיבור קשיח. כמו כן, הדיפרנציאלים בדרך כלל בעלי אפשרות לנעילה. ברכבי כביש, לעומת זאת, הדיפרנציאלים פתוחים בדרך כלל (עם אפשרות לנעילה חלקית בדגמים מסוימים).

המומנט של המנוע מתחלק בין הגלגלים המונעים. לדוגמא, המומנט שיוצא ממערכת העברת הכוח הוא 200 קג"מ (קילוגרם – מטר). ברכב בעל הנעה אחורית כל גלגל יקבל 100 קג"מ, בעוד שברכב בעל הנעה כפולה, כל גלגל יקבל רק 50 קג"מ. כמות המומנט המרבית שכל גלגל יכול להעביר מוגבלת (בגלל כוח החיכוך, המושפע: מהצמיג, מטיב הקרקע וממשקל הרכב). אם כמות המומנט שמתקבלת בגלגל גדולה מהכמות המרבית של המומנט האפשרית (כלומר, מעל האחיזה המקסימאלית של אותו צמיג) – גלגלי הרכב יסתבסבו, וכושר האצה של הרכב יפגע. אחד היתרונות של הנעה כפולה הוא, שהמומנט לכל גלגל קטן יותר (אך סכום המומנט שמגיע לכולם שווה), מה שמאפשר לרכב להאיץ ביעילות גם שמומנט הרכב גדול וגם בנסיעה על מסלולי עפר וכדומה.

אבל, בגלל שכל המומנט מגיע לגלגלים, ואיבוד האחיזה הוא מזערי, העומס נופל על המערכת, מה שיגרום לכשלים בחוליות החלשות: "צלבים" (מפרק אוניברסאלי, נקרא גם מפרק קארדן), תיבת ההילוכים ועוד. במכוניות ללא הנעה כפולה, חלק מהמומנט הולך לאיבוד, וגורם לירידת המומנט במערכת. כי דיפרנציאל פתוח, לא יספק כמות של מומנט מעל המומנט המרבי שהגלגל בעל האחיזה המינימאלית יכול לספק. וכתוצאה מכך, כמות המומנט במערכת תרד. בעוד שבמכוניות עם הנעה כפולה יפעל הרבה מומנט על חלקי המערכת. לכן, ברכבים ללא איבוד מומנט יש צורך בתיבת הילוכים חזקה יותר כגון Dog gear.

[עריכה] קישורים חיצוניים