Diferenciál (mechanika)

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na: Navigace, Hledání
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[editovat | editovat zdroj]

Účelem (funkcí) diferenciálu je rozložení přenášeného kroutícího momentu (ze vstupní hnací hřídele) na dvě jiné hřídele (výstupní hnané hřídele), při změně poměru jejich otáček. Klasický diferenciál rozděluje vstupní moment na dva stejně velké výstupní momenty, tedy v poměru 50:50 (%). Aritmetický průměr počtu otáček obou výstupů se rovná počtu otáček vstupní hřídele.

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

Při průjezdu zatáčkou má kolo blíže ke středu otáčení menší obvodovou rychlost (kratší ujetá dráha a menší otáčky) a kolo dále od středu otáčení větší obvodovou rychlost (delší ujetá dráha a 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.

První automobily diferenciál neměly, měly jen levé nebo pravé zadní kolo ve stálém záběru. V současnosti mají diferenciál na hnaných nápravách prakticky všechny osobní i nákladní automobily. Na druhou stranu, u vozidel s dvojmontáží 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, což způsobuje větší opotřebování kolejnic i železničních dvojkolí, u tramvají pak z tohoto důvodu někdy dochází k charakteristickému pískání při průjezdu ostrými oblouky tramvajové trati, které je způsobeno třením kovového nákolku o kolejnici.

Výhody[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

Provozní nevýhoda[editovat | editovat zdroj]

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. Protáčející se kolo se točí dvakrát rychleji. Trakční síla kola s nižším koeficientem tření se sníží a tím se dle zákona akce a reakce sníží i moment působící na dotyčné kolo. Protože diferenciál udržuje oba výstupní momenty stále shodné, sníží se tím zároveň o stejnou hodnotu i moment a trakční síla opačného, neprokluzujícího kola. Tj. poklesem tažné síly jednoho kola se celková tažná síla auta zmenší prakticky dvojnásobně a podmínky pro rozjezd vozidla se výrazně zhorší.

Výhody uvedené výše však převažují nad nevýhodami diferenciálu.

Řešení[editovat | editovat zdroj]
Uzávěrka diferenciálu je řešení, kdy je z provozu vyřazena právě funkce pro rozdělení poměru otáček na výstupní hřídele a hlavně se zruší pevný poměr hnacích momentů 50:50. Díky tomu se větší část momentu přesune na kolo stojící na lepším podkladu a podmínky pro rozjezd se zlepší.
V případě uzavřeného diferenciálu mají kola nápravy stejné otáčky i ve chvíli průjezdu zatáčkou. Uzávěrka diferenciálu se např. po vyjetí ze závěje musí pak vypnout, jízda s ní při velké rychlosti by byla nebezpečná. Proto je to někdy řešené tak, že řidič musí páčku uzávěrky diferenciálu přitáhnout a držet, jakmile páčku pustí, diferenciál se sám vypne. To zabraňuje tomu, aby řidič uzávěrku nezapoměl pak vypnout.
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[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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

Funkce a model[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

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. Otáčky obou výstupů se tím nuceně sjednotí a rozdělení výstupních momentů pak závisí pouze na aktuálních reakčních momentech každého kola (vyvolaných obvodovou trakční silou kola, nebo jeho momentem setrvačnosti při urychlování) Konstruuje se jako ruční nebo elektronická (detekce jízdního režimu elektronikou vozidla) podle typu vozidla, konstrukce a kategorie vozu.

Diferenciál s omezeným prokluzem[editovat | editovat zdroj]

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[editovat | editovat zdroj]

Příklady diferenciálů[editovat | editovat zdroj]

Různé konstrukce diferenciálů[editovat | editovat zdroj]

Aplikace diferenciálů[editovat | editovat zdroj]

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]

Logo Wikimedia Commons
Wikimedia Commons nabízí obrázky, zvuky či videa k tématu