Princip činnosti diferenciálu: typy a zařízení

O čem to mluvíme? Princip činnosti diferenciálu je podobný jako u planetového převodu, jehož je toto zařízení rozmanité. Skládá se z několika převodových stupňů, které jsou poháněny hlavní převodovkou spojenou s motorem.

Co bych měl hledat? Typy diferenciálů se liší počtem zubů v ozubených kolech a typem ozubeného převodu. Všechny však mají jednu nevýhodu: nezatížené kolo se začne otáčet rychleji než zatížené. K odstranění tohoto se používají zámky.

V tomto článku:

1. Zařízení a princip činnosti diferenciálu v autě
2. Typy diferenciálů
3. Diferenciální provoz v různých režimech
4. Nevýhody diferenciálu v autě
5. Uzávěrky diferenciálů
6. Často kladené otázky o diferenciálu

Zařízení a princip činnosti diferenciálu v autě

Kola vozu se mohou díky diferenciálu otáčet různou rychlostí, což je při zatáčení nutné. Podívejme se na strukturu a princip činnosti diferenciálu. Jedná se o speciální mechanismus, který zajišťuje přenos točivého momentu z převodovky na kola přední nebo zadní nápravy. V tomto případě se poměr otáček může měnit z 50 na 50 až 100 na 0. To znamená, že tato jednotka rozděluje výkon motoru na dva proudy jdoucí na pravé a levé kolo, přičemž frekvence otáčení hřídele v každém z nich může být buď stejná, nebo různá.

Produkty z kategorie

• Přítokový výkon, l/min 1400
• Objem přijímače, l 500

Na úvěr od 9 487/měsíc
Přidat do košíku Koupit 1 kliknutím

• Chladivo R134A
• Vakuová pumpa 120 l/min

Na úvěr od 10 747/měsíc
Přidat do košíku Koupit 1 kliknutím

• Počet kusů, ks 387
• Hmotnost, kg 110

Na úvěr od 9 313/měsíc
Přidat do košíku Koupit 1 kliknutím

• Napájecí napětí, V 380
• Rozsah provozního napětí 323–437 V

Na úvěr od 5 356/měsíc
Přidat do košíku Koupit 1 kliknutím

Diferenciál umožňuje otáčení kol jedné nápravy různými rychlostmi a zároveň plynule přenáší výkon motoru do převodovky. Zejména díky tomu je vůz schopen střídat zatáčky, ve kterých je dráha kola na vnějším obvodu zatáčky větší. To si lze snadněji představit, když nakreslíte dvě kružnice se stejným středem, ale s různými poloměry. Při stejném stupni natočení (například 90) bude délka hranice vnějšího kruhu větší než vnitřní.

Pokud se kola jedné nápravy točí stále stejnou rychlostí, pak při otáčení začne vnitřní kolo prokluzovat. U vozidel s pohonem zadních kol se tím prudce zvýší riziko smyku a u vozidel s pohonem předních kol se výrazně zhorší jízdní vlastnosti.

Problém zajištění různých rychlostí otáčení kol na jedné nápravě byl od vzniku prvních vozů jedním z klíčových a v průběhu let byl inženýry úspěšně vyřešen.

Princip činnosti diferenciálu automobilu je podobný planetové převodovce. Obvykle obsahuje čtyři ozubená kola, která jsou poháněna pátým – hnaným kolem hlavního převodu, který je sjednocen se skříní diferenciálu, která plní funkci unašeče. Hlavní převod obsahuje dvě ozubená kola, z nichž jedno se otáčí přímo z převodovky a přenáší otáčení na hnané. Hnané kolo hlavního převodu přenáší rotaci na satelitní ozubená kola, která jsou spojena s centrálními koly. Ty jsou pevně namontovány na hnacích nápravách kol.

Když se vůz pohybuje po přímé trajektorii, satelitní ozubená kola zůstávají ve statické poloze a hlavní ozubené kolo a centrální ozubené kolo se otáčejí stejnou rychlostí. Když vůz začne zatáčet, planetová kola se otočí a změní rychlost centrálních kol. V důsledku toho se liší otáčky pravého a levého kola.

Zařízení a princip činnosti diferenciálu v autě

Typy diferenciálů

Diferenciál slouží k přenosu rotace z převodovky na hnací nápravy a kola.

U osobních a nákladních automobilů s jednou hnací nápravou se používá mezikolový diferenciál, to znamená, že se kola jedné nápravy otáčejí různými rychlostmi. Mezinápravový diferenciál funguje na jiném principu a poskytuje rozdíl v rychlosti otáčení mezi různými nápravami. Tato konstrukce se používá pouze u vozidel s pohonem všech kol.

V závislosti na typu použité převodovky může být diferenciál tří typů:

• kuželovitý;
• válcovitý;
• červ.

V závislosti na počtu zubů se hřídele nápravy rozlišují jako:

• symetrický diferenciál;
• asymetrický diferenciál.

Asymetrický diferenciál s válcovým převodem je schopen proporcionálně rozdělovat točivý moment z převodovky, proto se takový mechanismus používá u vozidel s pohonem všech kol.

U vozu s jednou hnací nápravou (zadní i přední) je použit kuželový symetrický mechanismus.

Šneková převodovka je kompatibilní s jakýmkoliv typem pohonu, takže ji lze použít na všechna vozidla.

Diferenciální provoz v různých režimech

Při pohybu po přímé trajektorii

Při přímočarém pohybu po rovné silnici působí na kola jedné nápravy stejné zatížení, a proto se jejich úhlové rychlosti neliší. Ozubená kola umístěná v diferenciálu přenášejí točivý moment na hřídel nápravy z hnaného kola pomocí pevného ozubeného převodu.

Při otáčení

Při zatáčení zatáčky je zatížení kol jedné nápravy rozloženo jinak než na přímce.

Kolo, které je obráceno ke středu kruhu otáčení, má zvýšený odpor, což vyžaduje snížení rychlosti otáčení.

Vnější kolo se musí otáčet rychleji, protože má delší dráhu jízdy, jinak prokluzuje.

Když se během manévru úhlová rychlost vnitřního a vnějšího kola liší, začnou se satelity otáčet, což zvyšuje rychlost vnějších kol. Točivý moment je v tuto chvíli stále stejný.

Diferenciální provoz v různých režimech

V případě uklouznutí

Pokud se auto pohybuje na ledu nebo v terénu, kola na stejné nápravě se mohou také otáčet různými rychlostmi, například jedno kolo může uvíznout v bahně a zastavit se kvůli zvýšenému tření, ačkoli to vyžaduje největší úsilí. Veškerý točivý moment dopadá na volnoběžku. V důsledku toho se výrazně zhorší ovladatelnost a vozidlo se zastaví.

K boji proti tomuto jevu se používá uzávěrka diferenciálu s různými principy činnosti – automatická a manuální. Dalším řešením, jak situaci řešit, je instalace systému kontroly stability.

Nevýhody diferenciálu v autě

Hlavní nevýhodou tradičního diferenciálu je prokluzování kola, které se nedotýká země. V tomto případě je jeho frekvence otáčení dvakrát vyšší než rychlost diferenciálu hnaného ozubeného kola při jízdě po přímém směru. To se vysvětluje minimálním odporem na zavěšeném kole, v důsledku čehož se na něj přenáší minimální točivý moment. Protilehlé kolo se neotáčí a také na něj působí malý krouticí moment.

Pokud auto uvízne a sklouzne na jednom kole, zažívá silný odpor a funguje při vysokých rychlostech. Na obě kola se v tomto případě přenáší minimální točivý moment, i když to druhé neprokluzuje. Auto neztratí schopnost pohybu, ale rychlost bude nízká. Výsledkem je, že poté, co se jedno kolo zasekne v blátě, sněhu apod., je mu při prokluzu dodáváno velké množství výkonu, který je vlastně vynaložen na zahřívání pneumatik.

V takové situaci tedy princip fungování diferenciálu vede k tomu, že je snížena celková průchodnost terénem. Pro boj s tímto efektem přišli inženýři se samosvorným nebo ručně svorným diferenciálem.

Nevýhody diferenciálu v autě

Uzávěrky diferenciálů

Podstatou činnosti svorného diferenciálu je, že neumožňuje přenos zvýšeného točivého momentu na volné nezaseknuté kolo, což eliminuje prokluz. Tento mechanismus lze aktivovat buď ručně, nebo bez zásahu řidiče (automatická uzávěrka diferenciálu). Princip činnosti samosvorného diferenciálu může být také založen na použití viskózní spojky nebo šnekového převodu typu Torsen.

Mechanismus manuální uzávěrky diferenciálu se používá u vozidel s pohonem všech kol. Využívá spojku, jejímž prostřednictvím jsou nápravy kol spojeny se skříní diferenciálu. Spojka se aktivuje pomocí hydraulického, pneumatického nebo elektrického pohonu. K tomu řidič stiskne speciální tlačítko na palubní desce nebo páku, po kterém se pravé a levé kolo na nápravě začnou otáčet přesně stejnou rychlostí. Pokud se jedna náprava zasekne, rychlost otáčení druhé se o stejnou hodnotu sníží.

Po jízdě v terénu je však nutné deaktivovat systém uzávěrky diferenciálu, jinak každé otočení na hladkém povrchu způsobí nadměrné zatížení vnitřního kola. Převodovka se výrazně více opotřebí.

Automatický zamykací systém je instalován na osobních i SUV. Princip blokovacího obvodu je však jiný.

Viskózní spojky jsou umístěny na obou stranách převodovky a jsou spojeny s oběma koly hnací nápravy. Jejich konstrukce zahrnuje dvě sady kotoučů, z nichž první je spojena se skříní diferenciálu a druhá s přírubou hnacího hřídele. Těleso spojky je vyplněno silikonovou směsí. Pokud se obě kola nápravy otáčejí stejnou rychlostí, silikon se nemíchá. Pokud se zvýší rychlost otáčení kola s menším vnějším odporem, což způsobí zahřátí silikonu a jeho viskozitu, spojka se zablokuje, dokud se frekvence nevyrovná.

Podobný mechanismus se často používá u středových diferenciálů vozidel s pohonem všech kol, zejména u Subaru Imperza GG/G11. Není však vhodný pro běžnou jízdu v terénu, protože silikon při stálém zahřívání a ochlazování ztrácí své vlastnosti. Extrémní provozní podmínky vyžadují různá zařízení.

Princip činnosti diferenciálu se šnekovým převodem je odlišný. V něm je kromě satelitních převodů instalována také dvojice šnekových převodů. Díky tomu se satelit začne otáčet od hnaného kola, ale nepřenáší točivý moment na hřídel nápravy. Když se pravé a levé kolo otáčí se značným rozdílem otáček, šnekový převod se zastaví a diferenciál se zablokuje.

Mezi mechanismy tohoto typu jsou nejpoužívanější diferenciály typu Torsen. Všechna ozubená kola na něm mají šnekový převod, satelity jsou umístěny rovnoběžně se skříní diferenciálu. To platí pro moderní modely. Dříve byly šnekovým převodem vybaveny pouze satelity umístěné v pravém úhlu k osám. Tento design se vyznačuje zvýšenou produktivitou.

Šnekové diferenciály dříve používala většina výrobců osobních automobilů, i když například Audi v roce 2016 opustilo Torsen. Dnes se takový mechanismus nachází hlavně u SUV s pohonem všech kol pro rozdělování točivého momentu mezi nápravové hřídele a můstky.

Moderní elektronická řídicí jednotka detekuje kolísání rychlosti otáčení každého kola, zvyšuje brzdnou sílu z čáry na odpovídající straně, což má za následek, že diferenciál přenáší zvýšenou sílu na kolo, které ji potřebuje.

Taková zařízení, která simulují činnost uzamykacího mechanismu, se používají téměř ve všech moderních modelech automobilů, které mají pomocné elektronické řídicí systémy.

Často kladené otázky o principu činnosti diferenciálu

Ve kterém roce byl vyvinut diferenciál pro automobilovou převodovku?

Tento mechanismus vynalezl v roce 1928 Oliver Pecker, ale původně se používal pro parní vozy. Automobiloví inženýři přizpůsobili provoz zařízení pro vozidla se spalovacími motory. Konstrukce zahrnovala několik hřídelí a ozubených kol, které umožňovaly přenos točivého momentu z motoru na hnací kola.

Kdy byste měli použít blokování?

Princip činnosti uzávěrky diferenciálu zadní nebo přední nápravy je takový, že při jízdě v terénu může být jedině ku prospěchu. Pokud je vozidlo provozováno na vysoce kvalitním povrchu vozovky v městských podmínkách, není tato funkce požadována. Současně vybavení převodovky diferenciálem s omezeným prokluzem výrazně komplikuje její konstrukci a zvyšuje náklady na vůz, což způsobuje potíže při údržbě a opravách.

Jaké jsou výhody použití samosvorného diferenciálu?

Automatický šnekový diferenciál s uzávěrkou umožňuje úspěšně překonat překážku při nárazu jednoho kola na kluzký povrch. To je na autě s otevřeným diferenciálem těžko proveditelné.

Dnes se používají různé diferenciály, například ty, jejichž princip činnosti je založen na zvýšeném tření. Toto zařízení výrazně zlepšuje ovladatelnost a snižuje opotřebení převodovky. Uzamčení této jednotky je vyžadováno pouze při jízdě v nerovném terénu, to znamená, že se používá situačně a po omezenou dobu. Pokud rychlost překročí 100 km/h, může jízda bez diferenciálu představovat skutečné nebezpečí nehody. Řidič musí věnovat maximální pozornost údržbě a včasné opravě tohoto mechanismu.

Redakce webu ČTÚ

Líbil se vám článek? Podíl: