Diferenciál (mechanika)

Nákres diferenciálu
1 – talířové kolo, 2 – satelitní kola, 3 – vstupní hřídel, 4 – kuželové kolo, 5 a 7 – výstupní hřídele, 6 – planetová kola

Diferenciál je mechanické zařízení pracující na principu planetové převodovky, jehož účelem je rozdělení poměru otáček (diference otáček) na výstupních hřídelích.

Účel diferenciálu

Účelem (funkcí) diferenciálu je rozložení přenášeného kroutícího momentu (ze vstupní hnací hřídele) na dvě jiné hřídele (výstupní hnané hřídele), při změně poměru jejich otáček.

Typickou aplikací diferenciálu je pohon hnací nápravy automobilu, kde umožňuje různou rychlost otáčení kol na jedné nápravě při průjezdu zatáčky.

Při průjezdu zatáčky má kolo blíže ke středu otáčení menší obvodovou rychlost (menší otáčky) a kolo dále od středu otáčení větší obvodovou rychlost (vyšší otáčky). Toto je dáno stejnou úhlovou rychlostí celého vozidla, kdy se kola dotýkají podkladu s různým poloměrem otáčení kolem společného bodu. Nutnost použití diferenciálu záleží na poloměru otáčení vozidla a na vzdálenosti kol od sebe a dále na technické konstrukci nebo technickém omezení konstrukce.

V praxi mají diferencál na hnaných nápravách všechny osobní i nákladní automobily. Na druhou stranu, u vozidel s dvojitou montáží kol na hnací nápravě (nákladní automobily) se používá diferenciál pouze pro rozdělení přenosu kroutícího momentu mezi pravou a levou stranu nápravy, ale mezi dvojitou montáží na jedné straně se již diferenciál nepoužívá, ačkoliv kola dvojmontáže mají při průjezdu zatáčkou různý poloměr otáčení. Diferenciál se také obvykle nepoužívá na hnacích nápravách drážních vozidel.

Výhody

Při použití diferenciálu je odstraněna situace, kdy by jedno nebo i obě kola hnací nápravy projížděla zatáčku smykem. Toto řešení tedy přispívá k lepší přilnavosti vozidla k podkladu, zlepšuje stabilitu, ovladatelnost a snižuje opotřebení pneumatik.

Nevýhody

Mechanická nevýhoda

V diferenciálu dochází ke tření ozubení, což má za následek buď vyšší spotřebu při stejném podávaném výkonu automobilu, nebo stejnou spotřebu, ale nižší výkon, tedy nižší účinnost. To je často důvodem neochoty výrobců sportovních automobilů používat pohon na všechna 4 kola. V případě pohonu všech 4 kol se totiž používají diferenciály dva nebo 3 (na každé nápravě jeden a často ještě jeden mezi oběma nápravami). V nepříznivých případech mohou, podle některých zdrojů, ztráty dosáhnout až 20%.

Provozní nevýhoda

Pokud se jedno z kol nápravy dotýká povrchu podkladu s nízkým koeficientem tření (např. led nebo i voda, jemný štěrk, prach) a druhé kolo nápravy se dotýká podkladu s vyšším třecím koeficientem (např. asfalt, beton), dojde při rozjedu k situaci, kdy kolo "na ledě" se začne protáčet a kolo "na asfaltu" zůstane stát. Rozjezd vozidla v tomto případě je komplikovaný nebo až nemožný.

Výhody uvedené výše však převažují nad nevýhodami diferenciálu.

Řešení

Uzávěrka diferenciálu je řešení, kdy je z provozu vyřazena právě funkce pro rozdělení poměru otáček na výstupní hřídele. V případě uzavřeného diferencálu mají kola nápravy stejné otáčky i ve chvíli průjezdu zatáčkou.

Diferenciál s omezenou svorností je konstrukční řešení diferenciálu, kdy se poměrná část kroutícího momentu přenáší i na kolo s menší přilnavostí.

Rozjezdový asistent pro který se používají různé názvy, např. EDS (nadstavba nad ABS) což je elektronika vozidla, která vyhodnotí provozní režim (např. pokus o rozjezd) a přibrzdí kolo, které se dostane do prokluzu.

Konstrukce

Funkce diferenciálu při stejných otáčkách výstupních hřídelí. Talířové kolo pohání přes satelit planetová kola výstupních hřídelí. Pokud se obě výstupní hřídele točí stejnou rychlostí, satelit se vůči talířovému kolu neotáčí.

Funkce při zablokování levé hřídele, satelit se začne otáčet a druhá výstupní hřídel se roztočí dvojnásobnou rychlostí.

Princip

Diferenciál není nic jiného, než planetová převodovka, má tedy 2° volnosti.

Funkce a model

Zjednodušený model diferenciálu je na obrázcích vpravo. Modře je vybarveno talířové kolo s unašečem satelitů. Toto kolo může být poháněno buď přímým ozubením od souosého pohonu, jako na obrázku, nebo má kuželový převod od pohonu s kolmým hřídelem. Satelit (zelený), je vloženým stupněm volnosti, který zapadá do ozubení dvou planetových kol, přes něž jsou poháněny dvě hřídele. Jedna z hřídelí prochází talířovým kolem, druhá unašečem satelitů (pro zjednodušení je zde vyobrazen pouze jeden satelit, ve skutečném diferenciálu jsou minimálně dva satelity).

Uzávěrka diferenciálu

Uzávěrka diferenciálu pracuje na principu vyřazení vloženého stupně volnosti, tj. zamezím otáčení satelitního kola. Pokud se zamezí otáčení satelitního kola (pro jednoduchost mechanickou aretací) vyřadí se z činnosti diferenciálu jeho požadovaná funkce, tj. přenos proměnných otáček na výstupní hřídele. Konstruuje se jako ruční nebo elektronická (detekce jízdního režimu elektronikou vozidla) podle typu vozidla, konstrukce a kategorie vozu.

Diferenciál s omezenou svorností

Tento typ diferenciálu v každém okamžiku zajišťuje přenos určité části hnací síly na obě své výstupní hřídele. Zamezuje tedy extrémní situaci, kdy kolu na povrchu s nulovou přilnavostí je distribuován veškerý točivý moment a kdy na druhé kolo nápravy (na povrchu s vyšší přilnavostí) nepůsobí žádná hnací síla. Existují dvě základní řešení: mechanické omezení rozdílu otáček hnaných hřídelí (například pomocí viskózní spojky nebo elektronicky řízené spojky) nebo záměrné zvýšení vnitřního tření vhodných součástí diferenciálu a tím zamezení ideální funkce diferenciálu (například samosvorné diferenciály Torsen).

Popis k obrázkům:

Modrá	Zelená	Červená	Žlutá
talířové kolo a klec satelitů	satelitní kolo	levá výstupní hřídel	pravá výstupní hřídel

Galerie

Příklady diferenciálů

• 

  Pohled na otevřený diferenciál

• 

  Pohled na otevřený diferenciál 1-vstupní hřídel 2-klec satelitních kol 3-satelitní kola 4-kolo výstupní hřídele

• 

  Pohled na otevřený diferenciál

Různé konstrukce diferenciálů

• 

  Otevřený diferenciál s dvěma planetovými koly

• 

  Vnitřek samosvorného kolíčkového diferenciálu vozu KdF-82

• 

  Diferenciál s omezeným prokluzem typu Torsen využívající vlastnosti šnekového převodu

• 

  Motor, převodovka a mezinápravový diferenciál (levá dolní část) systému 4Matic značky Mercedes Benz.

Aplikace diferenciálů

• 

  Montáž diferenciálu na pevné nápravě automobilu.

• 

  Diferenciál přední nápravy nákladního automobilu s náhonem 4x4, dále od objektivu je vidět diferenciál zadní nápravy.

• 

  Mezinápravový diferenciál automobilu Jeep Grand Cherokee.

Související články

• Pohon automobilu
• Automatická převodovka
• Manuální převodovka
• Nápravová převodovka
• Převodovka (obecný popis)
• Planetová převodovka
• Reduktor
• Rozvodovka
• Synchronizovaná převodovka
• Variátor

• Ozubené kolo (technický popis)

Externí odkazy

• Fungování diferenciálu - velmi kvalitní a názorné animace