التفاضلي (جهاز ميكانيكي)

أثناء الانعطاف، يجب أن تقطع العجلات الخارجية للمركبة مسافة أطول من العجلات الداخلية (نظرًا لأنها تدور على نصف قطر أكبر). يسهل التعامل مع هذا الأمر عندما تكون العجلات غير متصلة ، إلا أنه يصبح أكثر صعوبة بالنسبة لعجلات القيادة ، حيث تكون كلتا العجلتين متصلتين بالمحرك (عادةً عبر ناقل الحركة). تستخدم بعض المركبات (مثل سيارات الكارتينج والترام ) محاور بدون ترس تفاضلي، وبالتالي تعتمد على انزلاق العجلات عند الانعطاف. مع ذلك، ولتحسين قدرات الانعطاف، تستخدم العديد من المركبات ترسًا تفاضليًا، يسمح للعجلتين بالدوران بسرعات مختلفة.

تتمثل وظيفة الترس التفاضلي في نقل قوة المحرك إلى العجلات مع السماح لها بالدوران بسرعات مختلفة عند الحاجة. يوضح الشكل أدناه مبدأ عمل الترس التفاضلي ذي الحلقة والترس المخروطي.

يُستخدم تصميم بسيط نسبيًا للترس التفاضلي في المركبات ذات الدفع الخلفي ، حيث يتم تدوير ترس حلقي بواسطة ترس صغير متصل بناقل الحركة. وتتمثل وظائف هذا التصميم في تغيير محور الدوران بمقدار 90 درجة (من عمود الدفع إلى نصفي المحور) وتوفير تخفيض في نسبة التروس .

مكونات الترس التفاضلي الحلقي والترس المخروطي الموضحة في الرسم التخطيطي على اليمين هي: 1. أعمدة الإخراج ( المحاور ) 2. ترس القيادة 3. تروس الإخراج 4. التروس الكوكبية 5. الحامل 6. ترس الإدخال 7. عمود الإدخال ( عمود القيادة )

يستخدم الترس التفاضلي ذو التروس الكوكبية تروسًا كوكبية لتوزيع نسب محددة من عزم الدوران على المحور الأمامي والمحور الخلفي في المركبات ذات الدفع الرباعي . ومن مزايا هذا التصميم عرضه الصغير نسبيًا (عند النظر إليه على طول محور عمود الإدخال).

يحتوي الترس التفاضلي ذو التروس المستقيمة على تروس مستقيمة متساوية الحجم في كل طرف، ويرتبط كل منها بعمود خرج. ^{[ 8 ]} يُطبَّق عزم الدوران الداخل (أي من المحرك أو ناقل الحركة) على الترس التفاضلي عبر الحامل الدوار. ^{[ 8 ]} تقع أزواج التروس الصغيرة داخل الحامل وتدور بحرية على دبابيس مدعومة به. تتعشق أزواج التروس الصغيرة فقط في الجزء من طولها بين الترسين المستقيمين، وتدور في اتجاهين متعاكسين. يتعشق الجزء المتبقي من كل ترس صغير مع الترس المستقيم الأقرب إليه على محوره. يربط كل ترس صغير الترس المستقيم المقابل له بالترس المستقيم الآخر (عبر الترس الصغير الآخر). عند دوران الحامل (بفعل عزم الدوران الداخل)، تكون العلاقة بين سرعات عمود الإدخال (أي الحامل) وسرعات عمود الخرج مماثلة لأنواع التروس التفاضلية المفتوحة الأخرى.

تشمل استخدامات التروس التفاضلية ذات التروس المحفزة سيارة أولدزموبيل تورونادو الأمريكية ذات الدفع الأمامي. ^{[ 8 ]}

تتميز التروس التفاضلية القابلة للقفل بقدرتها على التغلب على القيد الرئيسي للتروس التفاضلية المفتوحة التقليدية، وذلك من خلال "قفل" العجلتين على المحور معًا كما لو كانتا على عمود مشترك. وهذا يُجبر العجلتين على الدوران في وقت واحد، بغض النظر عن قوة الجر (أو انعدامها) المتاحة لكل عجلة على حدة. وعند عدم الحاجة إلى هذه الوظيفة، يمكن "فك قفل" الترس التفاضلي ليعمل كترس تفاضلي مفتوح عادي.

تُستخدم التروس التفاضلية القابلة للقفل في الغالب في المركبات المخصصة للطرق الوعرة، للتغلب على الأسطح ذات التماسك المنخفض والمتغير.

من الآثار الجانبية غير المرغوب فيها للترس التفاضلي المفتوح أنه قد يرسل معظم القوة إلى العجلة ذات التماسك الأقل. ^{[ 9 ] [ 10 ]} في الحالات التي تقل فيها قوة تماسك إحدى العجلات (مثلاً بسبب قوى الانعطاف أو سطح ذي تماسك منخفض أسفل إحدى العجلات)، قد يتسبب الترس التفاضلي المفتوح في دوران العجلة ذات التماسك الأقل، بينما تتلقى العجلة ذات التماسك الأكبر قوة ضئيلة جدًا لدفع السيارة للأمام. ^{[ 11 ]}

ولتجنب هذا الوضع، يتم استخدام تصميمات مختلفة للتروس التفاضلية محدودة الانزلاق للحد من الفرق في الطاقة المرسلة إلى كل عجلة.

تقنية توجيه العزم هي تقنية تُستخدم في تروس تفاضلية السيارات، حيث تُتيح تغيير العزم المُوَزَّع على كل نصف عمود باستخدام نظام إلكتروني؛ أو في مركبات السكك الحديدية التي تُحقق نفس الغرض باستخدام عجلات مُحَرَّكة بشكل فردي. في حالة السيارات، تُستخدم هذه التقنية لتعزيز ثبات المركبة وقدرتها على المناورة عند المنعطفات.

ربما كانت العربات الصينية التي تشير إلى الجنوب من أوائل التطبيقات لآلية التفاضل. كانت العربة مزودة بمؤشر يشير باستمرار إلى الجنوب، بغض النظر عن اتجاه دورانها أثناء سيرها. ولذلك، كان من الممكن استخدامها كنوع من البوصلة . يُعتقد على نطاق واسع أن آلية التفاضل كانت تستجيب لأي فرق في سرعة دوران عجلتي العربة، وتُدير المؤشر وفقًا لذلك. مع ذلك، لم تكن الآلية دقيقة بما يكفي، وبعد بضعة كيلومترات من السير، قد يُشير المؤشر إلى الاتجاه الخاطئ.

أول استخدام موثق للتفاضل كان في ساعة صنعها جوزيف ويليامسون عام ١٧٢٠. استخدمت هذه الساعة تفاضلًا لإضافة معادلة الوقت إلى التوقيت المحلي المتوسط ، كما تحدده آلية الساعة، لإنتاج التوقيت الشمسي ، الذي كان مطابقًا لقراءة الساعة الشمسية . خلال القرن الثامن عشر، كانت الساعات الشمسية تُعتبر مؤشرًا على الوقت "الصحيح"، لذا كان من الضروري إعادة ضبط الساعة العادية بشكل متكرر، حتى لو كانت تعمل بدقة، بسبب التغيرات الموسمية في معادلة الوقت. أما ساعة ويليامسون وغيرها من ساعات المعادلة، فكانت تُظهر التوقيت الشمسي دون الحاجة إلى إعادة ضبط. في الوقت الحاضر، نعتبر الساعات "صحيحة" والساعات الشمسية غير دقيقة في الغالب، لذا تحمل العديد من الساعات الشمسية تعليمات حول كيفية استخدام قراءاتها للحصول على توقيت الساعة.

تم استخدام أجهزة التحليل التفاضلي ، وهي نوع من أجهزة الكمبيوتر التناظرية الميكانيكية، من حوالي عام 1900 إلى عام 1950. وقد استخدمت هذه الأجهزة سلاسل التروس التفاضلية لإجراء عمليات الجمع والطرح.

استخدمت مركبتي المريخ الجوالتين "سبيريت" و "أوبورتيونيتي" (اللتان أُطلقتا عام 2004) تروسًا تفاضلية في نظام التعليق الخاص بهما للحفاظ على توازن هيكل المركبة أثناء حركة العجلات على الجانبين الأيمن والأيسر صعودًا وهبوطًا على التضاريس غير المستوية. ^{[ 13 ]} بينما استخدمت مركبتي "كيوريوسيتي" و " بيرسيفيرانس" قضيبًا تفاضليًا بدلًا من التروس لأداء الوظيفة نفسها. ^{[ 14 ]}