Mechanizm różnicowy - jasno tłumaczymy działanie

Z pozoru gdy na niego spojrzymy, jego budowa może wydawać się skomplikowana nawet dla kogoś, kto miał niejednokrotnie styczność z przekładniami zębatymi. Temat dyferencjału poruszany jest bardzo często, ale do dziś wielu moich znajomych interesujących się motoryzacją tak naprawdę nie ma pojęcia jak on działa.

W sytuacji kiedy mam wyjaśnić dlaczego przykładowo na śniegu, przy dużym uślizgu kół napędzanych, kręci się tylko jedno z nich, niezbędna jest wiedza z zakresu budowy tego mechanizmu. Postaram się ją opisać w możliwie najbardziej przystępny sposób, a na koniec wspomóc się filmem.

Ogólny cel stosowania mechanizmu różnicowego napisałem już parę razy w tym artykule - umożliwienie kołom na jednej osi uzyskiwanie różnych prędkości obrotowych względem siebie. Opis działania dyferencjału byłby niemożliwy bez poznania jego budowy. Składa się on z kilku rodzajów kół zębatych i dla łatwiejszego zrozumienia dalszej części tekstu, wprowadzę ich nazewnictwo.

Koło talerzowe (1) przekładni głównej jest na stałe przymocowane do obudowy. Napędza je koło zębate przenoszące moment obrotowy pochodzący pośrednio od silnika. Koło talerzowe tak naprawdę nie bierze udziału w rozdziale momentu pomiędzy kołami. Wewnątrz obudowy znajdują się dwa inne rodzaje kół zębatych. Koła koronowe (3) są połączone za pomocą wielowypustu z półosiami (4), tak więc jeśli obraca się którekolwiek z nich (lewe lub prawe), to będzie obracać się także i półoś przymocowana do tego koła zębatego.

Pozostałe stożkowe koła zębate nazywane są satelitami (5). Są one połączone z kołami koronowymi i obracają się wokół czopów krzyżaka (6), na których są zamocowane. Krzyżak obraca się razem z obudową (2). Jeśli więc koła samochodu obracają się z taką samą prędkością, działanie mechanizmu różnicowego nie jest potrzebne, to koła koronowe obracają się z taką samą prędkością względem siebie, a satelity poruszają się razem z nimi, ale nie obracają się wokół osi czopów krzyżaka.

Jedyny sposób, w jaki można wprawić w ruch koła koronowe, opiera się właśnie na satelitach. Koła koronowe nie są bezpośrednio połączone z niczym innym. Oba koła koronowe obracają się z taką samą prędkością, w wyniku nazwijmy to "pchania" ich przez satelity (te nie obracają się wokół własnej osi), które otrzymują ruch od krzyżaka, ten od obudowy, a ta od koła talerzowego.

Jeśli wystąpi różnica prędkości obrotowych pomiędzy kołami samochodu, zaczyna się praca satelitów. Oprócz tego, że nadal poruszają się razem z kołami koronowymi (ten ruch jest naturalnym następstwem faktu, że napędzane jest koło talerzowe, które obraca się wraz z obudową dyferencjału, a wraz z nią obraca się krzyżak z satelitami), to różnica w ilości obrotów pomiędzy prawym, a lewym kołem koronowym wymusza obrót satelitów wokół ich własnej osi - wokół ramion krzyżaka. Żeby to łatwiej zrozumieć, wyobraźcie sobie zamontowaną tylko jedną satelitę. Wówczas dyferencjał też będzie działać.

To właśnie dzięki obrotom satelitów możliwe są różne prędkości obrotowe kół koronowych. Łatwo sobie wyobrazić, że gdybyśmy przyspawali satelity na stałe do kół koronowych, te musiałyby ponownie zawsze obracać się z tą samą prędkością. Obrót satelitów wokół krzyżaka powoduje, że prędkość obrotowa drugiego koła zmniejszy się o taką samą wartość, o jaką wzrosła prędkość koła pierwszego.

W mechanizmach różnicowych można spotkać także przekładnie planetarne. Zasada działania jest ta sama, z tym że w miejsce satelitów stosuje się pary kół walcowych.

Każda satelita częścią długości swoich zębów współpracuje z kołem walcowym jednej półosi, a pozostałą częścią długości zębów współpracuje z drugim, identycznym satelitą. To z kolei zazębione jest z kołem walcowym drugiej półosi. To rozwiązanie spotykane jest nieco rzadziej ze względu na skomplikowanie, stosowanie dużej ilości satelitów, a przez to wzrost ciężaru całego dyferencjału.

Co dzieje się podczas uślizgu kół np. na śniegu? Moment obrotowy jest rozdzielany na koła po równo, ale subiektywnie wydaje się, że trafia na to koło, które stawia mniejsze opory. Kiedy jest ono np. uniesione lub znajduje się na bardzo śliskim podłożu, to satelity "biegają" po obwodzie nieruchomego koła koronowego napędzając je, kiedy to z dobrą przyczepnością stoi w miejscu. Stoi dlatego, że... moment rozdzielany jest po równo, czyli dostaje tyle samo momentu co koło ślizgające się, więc niewiele. Za mało, by się poruszyć.

Koło ślizgające się obraca się szybciej niż obracałoby się podczas ruchu obu kół. Taka sytuacja jest niekorzystna w wielu przypadkach i dlatego stosuje się mechanizmy różnicowe o ograniczonym poślizgu lub blokady mechanizmów różnicowych.

Jeśli wciąż nie do końca zrozumieliście działanie mechanizmu różnicowego, obejrzyjcie poniższy film. Możecie przewinąć go od razu do ok. 2 minuty. Jest to chyba najbardziej przejrzyste wytłumaczenie zasady działania dyferencjału, z jakim się spotkałem.