Diferenciál vozidla. Odrůdy a vlastnosti fungování

Diferenciál je mechanismus, který přenáší točivý moment z jednoho zdroje na dva spotřebiče. Jeho klíčovou vlastností je schopnost přerozdělit výkon a poskytnout různé úhlové rychlosti otáčení spotřebičů. S ohledem na silniční vozidlo to znamená, že kola mohou přes diferenciál přijímat různý výkon a otáčet se různými rychlostmi.

Diferenciál je důležitým prvkem automobilové převodovky. Zkusme přijít na to proč.

Proč se neobejdete bez diferenciálu

Přísně vzato se obejdete bez diferenciálu. Ale jen do té doby, dokud se auto pohybuje po bezchybné dráze, aniž by kdekoli odbočovalo a jeho pneumatiky jsou stejné a rovnoměrně nahuštěné. Jinými slovy, pokud všechna kola ujedou stejnou vzdálenost a otáčejí se stejnou rychlostí.

Ale když auto vjede do zatáčky, kola musí ujet jinou vzdálenost. Je zřejmé, že vnější oblouk je delší než vnitřní oblouk, takže kola na něm se musí otáčet rychleji než kola na vnitřním oblouku. Když náprava nevede a kola na sobě nezávisí, není problém.

Další věcí je vedoucí most. Pro normální ovládání se rotace přenáší na obě kola. S jejich pevným spojením by měly stejnou úhlovou rychlost a měly by tendenci urazit stejnou vzdálenost v zatáčce. Zatáčení by bylo obtížné a mělo by za následek prokluzování, zvýšené opotřebení pneumatik a nadměrné namáhání . Část výkonu motoru by šla prokluzovat, což znamená, že by se plýtvalo palivem. Něco podobného, ​​i když ne tak samozřejmého, nastává i v jiných situacích – při jízdě po nerovných cestách, nerovnoměrném zatížení kol, nerovnoměrném tlaku v pneumatikách, různém stupni opotřebení pneumatik.

Tady jde o záchranu. Přenáší rotaci na obě nápravové hřídele, ale poměr úhlových rychlostí otáčení kol může být libovolný a rychle se měnit v závislosti na konkrétní situaci bez zásahu řidiče.

Typy diferenciálů

Diferenciály jsou symetrické a asymetrické. Symetrická zařízení přenášejí stejný kroutící moment na obě hnané hřídele, při použití asymetrických zařízení jsou přenášené krouticí momenty různé.

Funkčně lze diferenciály použít jako mezikolové a mezinápravové diferenciály. Interwheel přenáší točivý moment na kola jedné nápravy. U vozu s pohonem předních kol je umístěn v převodovce, u vozu s pohonem zadních kol ve skříni zadní nápravy.

U vozu s pohonem všech kol jsou mechanismy umístěny v klikových skříních obou náprav. Pokud je pohon všech kol trvalý, je v rozdělovací převodovce namontován také středový diferenciál. Přenáší rotaci z převodovky na obě hnací nápravy.

Nápravový diferenciál je vždy symetrický, ale nápravový diferenciál bývá nesymetrický, typické procento točivého momentu mezi přední a zadní nápravou je 40/60, i když se může lišit. 

Možnost a způsob blokování určuje další klasifikaci diferenciálů:

• zdarma (bez blokování);

• s ručním ovládáním;

• s automatickým zámkem.

Blokování může být úplné nebo částečné.

Jak funguje diferenciál a proč jej blokovat

Ve skutečnosti je diferenciál mechanismem planetového typu. V nejjednodušším symetrickém mezinápravovém diferenciálu jsou čtyři kuželová kola – dvě poloaxiální (1) plus dva satelity (4). Obvod pracuje s jedním satelitem, ale druhý se přidává, aby bylo zařízení výkonnější. V kamionech a SUV jsou instalovány dva páry satelitů.

Miska (tělo) (5) funguje jako nosič pro satelity. V něm je pevně upevněno velké hnané kolo (2). Přebírá točivý moment z převodovky přes ozubené kolo rozvodovky (3).

Na rovné silnici se kola, a tedy i jejich kola, otáčejí stejnou úhlovou rychlostí. Satelity se otáčejí kolem os kol, ale neotáčejí se kolem své vlastní osy. Otáčejí tedy boční ozubená kola a dávají jim stejnou úhlovou rychlost.

V zatáčce má kolo na vnitřním (menším) oblouku větší valivý odpor a proto jej zpomaluje. Vzhledem k tomu, že se odpovídající boční ozubené kolo také začíná otáčet pomaleji, způsobuje otáčení satelitů. Jejich rotace kolem vlastní osy vede ke zvýšení otáček ozubeného kola na hřídeli vnějšího kola.  

Podobná situace může nastat v případech, kdy pneumatiky nemají dostatečnou přilnavost k vozovce. Kolo například narazí na led a začne prokluzovat. Obyčejný volný diferenciál přenese rotaci tam, kde je menší odpor. Díky tomu se prokluzující kolo roztočí ještě rychleji, zatímco protější kolo se prakticky zastaví. V důsledku toho auto nebude moci pokračovat v pohybu. Obraz se navíc v případě pohonu všech kol nijak zásadně nezmění, neboť středový diferenciál přenese veškerou sílu také tam, kde narazí na menší odpor, tedy na nápravu s prokluzujícím kolem. Výsledkem je, že i vůz s pohonem všech čtyř kol může uvíznout, pokud prokluzuje pouze jedno kolo.

Tento jev vážně narušuje průchodnost každého auta a pro terénní vozy je zcela nepřijatelný. Situaci můžete napravit zablokováním diferenciálu.

Typy zámků

Úplné vynucené blokování

Úplného ručního zablokování můžete dosáhnout rušením satelitů, abyste je zbavili schopnosti otáčet se kolem vlastní osy. Dalším způsobem je uvedení misky diferenciálu do tuhého záběru s hřídelí nápravy. Obě kola se budou otáčet stejnou úhlovou rychlostí.

Pro aktivaci tohoto režimu stačí stisknout tlačítko na palubní desce. Pohonná jednotka může být mechanická, hydraulická, pneumatická nebo elektrická. Toto schéma je vhodné pro mezikolové i středové diferenciály. Můžete jej zapnout, když auto stojí, a měli byste jej používat pouze při nízké rychlosti při jízdě po nerovném terénu. Po odjezdu na normální silnici musí být zámek vypnutý, jinak se ovladatelnost znatelně zhorší. Zneužití tohoto režimu může způsobit poškození hřídele nápravy nebo souvisejících dílů.

Větší zajímavostí jsou samosvorné diferenciály. Nevyžadují zásah řidiče a v případě potřeby fungují automaticky. Protože blokování v takových zařízeních je neúplné, pravděpodobnost poškození nápravových hřídelů je nízká.

Diskový (třecí) zámek

Jedná se o nejjednodušší verzi samosvorného diferenciálu. Mechanismus je doplněn sadou třecích kotoučů. Doléhají těsně k sobě a skrz jeden jsou pevně upevněny na jedné z hřídelí nápravy a v misce.

Celá konstrukce se otáčí jako celek, dokud se rychlost otáčení kol nezmění. Poté se mezi kotouči objevuje tření, které omezuje růst rozdílu otáček.

Viskózní spojka

Viskózní spojka (viskózní spojka) má podobný princip činnosti. Pouze zde jsou disky s nanesenými perforacemi umístěny v utěsněném boxu, jehož veškerý volný prostor je vyplněn silikonovou kapalinou. Jeho charakteristickým znakem je změna viskozity během míchání. Jak se kotouče otáčejí různými rychlostmi, kapalina se míchá a čím intenzivnější je míchání, tím je kapalina viskóznější a dosahuje téměř pevného stavu. Když se rychlost otáčení vyrovná, viskozita kapaliny rychle klesá a diferenciál se odemkne.  

Viskózní spojka má poměrně velké rozměry, proto se častěji používá jako doplněk středového diferenciálu a někdy místo něj, v tomto případě působí jako pseudodiferenciál.

Viskózní spojka má řadu nevýhod, které výrazně omezují její použití. Těmi jsou setrvačnost, výrazné zahřívání a špatná kompatibilita s ABS.

Thorsen

Název pochází z Torque Sensing, tedy „vnímání točivého momentu“. Je považován za jeden z nejúčinnějších samosvorných diferenciálů. Mechanismus využívá šnekový převod. Konstrukce má také třecí prvky, které dodatečně přenášejí točivý moment v případě prokluzu.

Existují tři typy tohoto mechanismu. Za normální trakce na silnici fungují varianty T-1 a T-2 jako diferenciály symetrického typu.

Když jedno z kol ztratí trakci, dokáže T-1 přerozdělit točivý moment v poměru 2,5 ku 1 ku 6 ku 1 a ještě více. To znamená, že kolo s nejlepší přilnavostí obdrží větší točivý moment než kolo prokluzující, a to ve stanoveném poměru. U odrůdy T-2 je toto číslo nižší - od 1,2 do 1 až 3 až 1, ale je zde menší vůle, vibrace a hluk.

Torsen T-3 byl původně vyvinut jako asymetrický diferenciál s mírou blokování 20 ... 30 %.

QUAIFE

Diferenciál Quife je pojmenován po anglickém inženýrovi, který toto zařízení vyvinul. Designově patří k typu červů, jako Thorsen. Liší se od něj počtem satelitů a jejich umístěním. Quaife je mezi nadšenci do tuningu aut docela populární.