ترس تفاضلي محدود الانزلاق

يحتوي نوع القابض على مجموعة من أقراص القابض الرقيقة، نصفها موصول بأحد أعمدة الدوران، والنصف الآخر موصول بحامل التروس العنكبوتية. قد توجد مجموعات القابض على كلا عمودي الدوران، أو على أحدهما فقط. في حالة وجودها على عمود دوران واحد فقط، يتم ربط عمود الدوران المتبقي بعمود الدوران المقابض عبر التروس العنكبوتية. أما في نوع المخروط، فتُستبدل القوابض بزوج من المخاريط المضغوطة معًا لتحقيق نفس التأثير.

إحدى طرق توليد قوة التثبيت هي استخدام مجموعة كامة-منحدر، كما هو الحال في نظام الترس التفاضلي المحدود الانزلاق من نوع سالزبوري/المنحدر. تُركّب تروس العنكبوت على عمود الترس المخروطي الذي يستقر في فتحات مائلة تُشكّل منحدرات كامة. لا يشترط أن تكون هذه المنحدرات متناظرة. فإذا كانت متناظرة، يكون نظام الترس التفاضلي المحدود الانزلاق ثنائي الاتجاه. أما إذا كانت مسننة (أي أن أحد جانبي المنحدر عمودي)، فيكون أحادي الاتجاه. وإذا كان كلا الجانبين مائلين ولكنهما غير متناظرين، فيكون أحادي الاتجاه ونصف.

يتمثل البديل في استخدام قوة الفصل الطبيعية لأسنان التروس لتحميل القابض. ومن الأمثلة على ذلك الترس التفاضلي المركزي في سيارة أودي كواترو RS 5 موديل 2011. ^{[ 10 ]}

عندما يحاول عزم الدوران الداخل من عمود الإدارة تدوير مركز الترس التفاضلي، تُدفع حلقات الضغط الداخلية (المجاورة لمجموعة القابض) جانبيًا بفعل عمود الترس المخروطي الذي يحاول الصعود على المنحدر، مما يؤدي إلى ضغط مجموعة القابض. وكلما زاد ضغط مجموعة القابض، زادت قوة اقتران العجلات. ولا ينتج عن تلامس أسطح المنحدر الرأسي (بزاوية 80-85 درجة عمليًا لتجنب التلف) في ترس تفاضلي محدود الانزلاق أحادي الاتجاه عند التجاوز أي تأثير للكامة أو ضغط مماثل لمجموعة القابض.

توجد ثلاث حالات لعزم الدوران المُدخل: الحمل، وعدم الحمل، والتجاوز. في حالة الحمل، كما ذُكر سابقًا، يكون الاقتران متناسبًا مع عزم الدوران المُدخل. في حالة عدم وجود حمل، ينخفض ​​الاقتران إلى الاقتران الساكن. أما في حالة التجاوز (وخاصةً عند تحرير دواسة الوقود فجأةً) فيُحدد ما إذا كان نظام الترس التفاضلي محدود الانزلاق أحادي الاتجاه، أو أحادي الاتجاه ونصف، أو ثنائي الاتجاه.

يتميز الترس التفاضلي ثنائي الاتجاه بنفس عزم الدوران المحدد (Trq _d) في كلٍ من الاتجاهين الأمامي والخلفي. وهذا يعني أن الترس التفاضلي سيوفر مستوىً من التحكم في قوة الجر عند استخدام فرامل المحرك. صُممت وحدة باكارد توين تراكشن المبكرة للعمل بهذه الطريقة، والتي رُوِّج لها لتحقيق فائدة أخرى: إذا ارتفعت إحدى عجلات الدفع الخلفية عن الأرض للحظات عند اصطدامها بمطبٍّ مع وجود حمل على الترس التفاضلي، فلن تدور العجلة المرتفعة بحرية ولن تتسبب في فقدان السيارة للتماسك عند ملامستها الأرض مرة أخرى. ^{[ 4 ]}

يُؤدي الترس التفاضلي أحادي الاتجاه وظيفته في تحديد عزم الدوران في اتجاه واحد فقط. وعند تطبيق عزم الدوران في الاتجاه المعاكس، يتصرف كترس تفاضلي مفتوح. وفي حالة سيارات الدفع الأمامي، يُعتبر هذا النوع أكثر أمانًا من الترس التفاضلي ثنائي الاتجاه. ^{[ 11 ]} ويكمن جوهر هذه الحجة في أنه في حال عدم وجود وصلة إضافية عند تجاوز السرعة المحددة، أي في حالة الترس التفاضلي أحادي الاتجاه، فبمجرد أن يرفع السائق قدمه عن دواسة الوقود، ينفك قفل الترس التفاضلي ويتصرف بشكل مشابه للترس التفاضلي المفتوح التقليدي. وهذا هو الأفضل أيضًا لسيارات الدفع الأمامي، حيث يسمح للسيارة بالانعطاف عند رفع القدم عن دواسة الوقود، بدلًا من الاندفاع للأمام. ^{[ 11 ]}

يشير مصطلح التفاضل ذو الاتجاه الواحد والنصف إلى تفاضل تكون فيه قيم عزم الدوران المحدد للسرعة الأمامية والخلفية (Trq _{d_fwd, d_rev} ) مختلفة، ولكن لا تساوي أي منهما الصفر كما هو الحال في التفاضل المحدود الانزلاق أحادي الاتجاه. يشيع استخدام هذا النوع من التفاضل في سيارات السباق، حيث يُسهم عزم الدوران المحدد القوي في تعزيز الثبات أثناء كبح المحرك.

تستخدم التروس التفاضلية الميكانيكية محدودة الانزلاق الحساسة لعزم الدوران تروسًا دودة وتروسًا مستقيمة لتوزيع طاقة الإدخال وتفريقها بين عجلتي القيادة أو المحورين الأمامي والخلفي. يختلف هذا التصميم تمامًا عن تصميمات التروس العنكبوتية المخروطية الأكثر شيوعًا في معظم تطبيقات السيارات. عند تطبيق عزم الدوران على التروس، تُدفع باتجاه جدران غلاف الترس التفاضلي، مما يُولد احتكاكًا. يُقاوم هذا الاحتكاك الحركة النسبية للمخرجات ويُولد عزم الدوران المحدد Trq _d .

على عكس تصميمات التروس التفاضلية محدودة الانزلاق الأخرى القائمة على الاحتكاك، والتي تجمع بين ترس تفاضلي مفتوح شائع ومكونات احتكاك زنبركية تعيق التفاضل، فإن تصميم استشعار انحياز عزم الدوران متأصل في هذا التصميم، وليس إضافة لاحقة، ولكنه يظل من نوع التروس التفاضلية محدودة الانزلاق (حيث يتم اختيار تصميم ذي تروس غير فعالة). والنتيجة هي ترس تفاضلي لا يتعطل مثل بعض أنواع التروس التفاضلية محدودة الانزلاق والأنواع القابلة للقفل، ولكنه مع ذلك يوفر قدرة أكبر على الطريق في مختلف الظروف.

ومن الأمثلة على ذلك:

• تورسن T-1 هو الاسم التجاري للترس التفاضلي الأصلي من نوع غليسمان، الذي اخترعه فيرنون غليسمان حوالي عام 1949 (براءة اختراع أمريكية رقم 2,559,916، تم تقديم طلبها عام 1949، وحصلت عليها عام 1951). ^{[ 12 ]} بيع تصميم غليسمان الأصلي لشركة غليسون ووركس (التي سُميت لاحقًا شركة غليسون )، والتي بدأت تسويقه عام 1982. كان طراز T-1 الأصلي غير متوافق مع محاور الدفع ذات مشبك التثبيت C، مما حدّ من استخدامه في العديد من السيارات والشاحنات الصغيرة في ذلك الوقت. مع ذلك، استُخدم الترس التفاضلي الأصلي من نوع تورسن في سباقات السيارات من قِبل ماريو أندريتي وبول نيومان بنجاح كبير. ^{[ 13 ]} جميع تصاميم التروس التفاضلية المحدودة الانزلاق ذات التروس الدودية اللاحقة مُشتقة من الترس التفاضلي الأصلي من نوع غليسمان. يُعدّ T-1 من المعدات الأصلية في سيارات أودي كواترو ، وسوبارو إمبريزا WRX STI، وتويوتا ميغا كروزر، و AM General HMMWV " هامفي ". ^{[ 14 ]}
• كان نظام Torsen T-2 تصميمًا جديدًا من شركة Gleasman حوالي عام 1984 (طلب براءة اختراع أمريكية WO1984003745 A1) ^{[ 15 ]} ، وهو متوافق مع محاور C-clip. وقد ساهم هذا التصميم الجديد، إلى جانب اندماج شركتي Zexel وGleason USA، في زيادة توفر أنظمة Torsen لتطبيقات مصنعي المعدات الأصلية (OEM) وسوق ما بعد البيع. تشمل الأنواع T-2R، الذي يتضمن مجموعة قابض Positraction التي توفر التحميل المسبق لأغراض السباقات؛ وT-3، وهو تفاضلي مزدوج مصمم لتطبيقات الدفع الرباعي. يُعد T-2 من المعدات الأصلية في العديد من سيارات الأداء العالي وشاحنات البيك أب. ^{[ 14 ]}
• يُباع ترس تفاضلي من نوع Quaife تحت اسم Automatic Torque Biasing Differential (ATB Differential®)، وهو محمي ببراءة اختراع أوروبية رقم 130806A2. يُعدّ إصدار Quaife الأكثر شيوعًا في أوروبا والأسواق الأخرى غير الولايات المتحدة، حيث يوفر دعمًا واسع النطاق لما بعد البيع لسيارات العلامات التجارية الأوروبية واليابانية، وخاصةً سيارات الدفع الأمامي والدفع الرباعي . استخدمت سيارتا فورد فوكس RS من الجيلين الأول والثاني (اختياري في الجيل الثالث اللاحق) ترس Quaife ATB Differential® كتجهيز أصلي. ^{[ 16 ] [ 17 ]}
• شركة إيتون هي أحدث مالك لترس تفاضلي Truetrac ، الذي يُنتج منذ سنوات عديدة. تصميمه مشابه لتصميم Torsen T-2 (مع انحياز أقل لعزم الدوران)، وهو قطعة غيار متوفرة في السوق للعديد من المحاور الصلبة الأمريكية الصنع الشائعة لشاحنات البيك أب ذات الدفع الخلفي والرباعي . يُستخدم Truetrac غالبًا في المحور الأمامي لشاحنات البيك أب الرباعية المُخصصة للطرق الوعرة، بالاشتراك مع تروس تفاضلية مركزية وخلفية قابلة للقفل. وكما هو الحال مع جميع تصميمات التروس التفاضلية محدودة الانزلاق، لا يُؤثر Truetrac سلبًا على التوجيه، على عكس معظم تصميمات التروس التفاضلية محدودة الانزلاق الأخرى و"الأقفال".

يُعدّ النوع اللزج أبسط عمومًا لأنه يعتمد على الاحتكاك الهيدروديناميكي الناتج عن السوائل عالية اللزوجة . غالبًا ما تُستخدم الزيوت القائمة على السيليكون . في هذا النوع، تدور حجرة أسطوانية مملوءة بسائل، تحتوي على مجموعة من الأقراص المثقبة، مع الحركة الطبيعية لأعمدة الإخراج. يرتبط السطح الداخلي للحجرة بأحد أعمدة الدوران، بينما يرتبط السطح الخارجي بحامل التروس التفاضلية. نصف الأقراص متصل بالعمود الداخلي، والنصف الآخر بالعمود الخارجي، بالتناوب بين الداخلي والخارجي في المجموعة. تجبر الحركة التفاضلية الأقراص المتداخلة على التحرك عبر السائل باتجاه بعضها البعض. في بعض الوصلات اللزجة، عند الحفاظ على السرعة، يتراكم السائل حرارةً نتيجة الاحتكاك. تتسبب هذه الحرارة في تمدد السائل، وبالتالي تمدد الوصلة، مما يؤدي إلى تقارب الأقراص، مُحدثًا احتكاكًا غير لزج بين الصفائح وانخفاضًا حادًا في فرق السرعة. تُعرف هذه الظاهرة بظاهرة الحدبة، وهي تسمح لجانب الوصلة بالانغلاق تدريجيًا. على عكس النوع الميكانيكي، فإن آلية الحد هذه أكثر سلاسة وتناسبًا مع الانزلاق، مما يجعلها أسهل في التعامل بالنسبة للسائق العادي. وقد استخدمت شركة نيو بروسيس جير وصلة لزجة من نوع فيرغسون في العديد من علب نقل الحركة الخاصة بها ، بما في ذلك تلك المستخدمة في سيارة إيه إم سي إيجل .

تُعدّ التروس التفاضلية محدودة الانزلاق اللزجة أقل كفاءة من الأنواع الميكانيكية، أي أنها تفقد جزءًا من قوتها. وعلى وجه الخصوص، يؤدي أي حمل مستمر يتسبب في ارتفاع درجة حرارة السيليكون إلى فقدان مفاجئ ودائم لتأثير الترس التفاضلي. ^{[ 18 ]} لكنها تتميز بقدرتها على التعطل تدريجيًا، حيث تعود إلى سلوك الترس التفاضلي شبه المفتوح. عادةً ما يعمل الترس التفاضلي اللزج الذي قطع مسافة 97,000 كيلومتر أو أكثر بشكل أساسي كترس تفاضلي مفتوح. يُغلق زيت السيليكون في المصنع في حجرة منفصلة عن زيت التروس المحيط ببقية أجزاء الترس التفاضلي. هذا الجزء غير قابل للصيانة؛ فعندما يتدهور أداء الترس التفاضلي، يجب استبدال مركز الترس التفاضلي محدود الانزلاق اللزج. 

يعمل هذا النوع من الترس التفاضلي محدود الانزلاق باستخدام مضخة جيروتور لضغط قابض هيدروليكيًا، ما ينقل عزم الدوران إلى العجلة الأبطأ. تستخدم مضخة الجيروتور حامل الترس التفاضلي أو قفصه لتشغيل الدوار الخارجي للمضخة، وعمود محور واحد لتشغيل الدوار الداخلي. عند وجود فرق في سرعة العجلتين اليمنى واليسرى، تضغط المضخة السائل الهيدروليكي، ما يؤدي إلى ضغط القابض، وبالتالي نقل عزم الدوران إلى العجلة الأبطأ. تتميز هذه الأنظمة القائمة على المضخات بحدود دنيا وعليا للضغط المطبق، ما يسمح للترس التفاضلي بالعمل كترس تفاضلي تقليدي أو مفتوح حتى يظهر فرق كبير في السرعة بين العجلتين، بالإضافة إلى نظام تخميد داخلي لتجنب التباطؤ . يتميز أحدث نظام قائم على مضخة الجيروتور بإخراج مُنظّم حاسوبيًا لمزيد من المرونة وانعدام التذبذب.