Mechanizm różnicowy. Co to jest i dlaczego jest używane?
Silnik ze skrzynią biegów nie wystarczy do prowadzenia samochodu. Mechanizm różnicowy jest również niezbędny do ruchu kół.
Mówiąc najprościej, mechanizm różnicowy służy do tego, aby koła na osi napędzanej nie obracały się z tą samą prędkością. Mówiąc bardziej naukowo, zadaniem mechanizmu różnicowego jest kompensacja różnicy w częstotliwości obrotów wałów kardana kół osi napędowej, gdy poruszają się one po torach o różnej długości.
Dyferencjał jest często nazywany dyferencjałem, od słowa dyferencjał. Co ciekawe, nie jest to wynalazek z początków ery motoryzacji. Mechanizm różnicowy został wynaleziony przez Chińczyków wieki temu.
Do pokonywania zakrętów
Ideą mechanizmu różnicowego jest umożliwienie samochodowi wykonywania skrętów. Otóż na osi napędowej, gdy samochód pokonuje zakręt, koło zewnętrzne musi przebyć większą odległość niż koło wewnętrzne. Powoduje to, że koło zewnętrzne obraca się szybciej niż koło wewnętrzne. Mechanizm różnicowy jest potrzebny, aby zapobiec obracaniu się obu kół z tą samą prędkością. Gdyby go nie było, jedno z kół osi napędowej ślizgałoby się po nawierzchni drogi.
Zobacz także Przeguby samochodowe - jak jeździć, by ich nie uszkodzić
Mechanizm różnicowy nie tylko temu zapobiega, ale także zapobiega niepożądanym naprężeniom w skrzyni biegów, które z kolei mogą prowadzić do awarii, zwiększonego zużycia paliwa i zwiększonego zużycia opon.
Budowa mechanizmu
Mechanizm różnicowy składa się z kilku kół zębatych stożkowych zamkniętych w obracającej się obudowie. Jest połączony z kołem koronowym. Przeniesienie momentu obrotowego ze skrzyni biegów (i z silnika) na koła napędowe następuje wtedy, gdy tzw. duże obciążenia).
W pojazdach z napędem na przednie koła wieniec ma zęby proste lub skośne umieszczone na zewnętrznym obwodzie wału. Tego typu rozwiązanie jest prostsze i tańsze w produkcji i eksploatacji (mechanizm różnicowy jest połączony ze skrzynią biegów), co wyjaśnia, dlaczego rynek jest zdominowany przez pojazdy z napędem na przednią oś.
Zobacz także Power Always on Four Wheels, który jest przeglądem systemów napędu 4×4.
W pojazdach z napędem na tylne koła mechanizm różnicowy jest ukryty w specjalnej metalowej obudowie. Widać to wyraźnie pod podwoziem – pomiędzy kołami napędowymi umieszczono charakterystyczny element zwany tylną osią.
Pośrodku znajduje się krzyż, na którym osadzone są koła zębate, zwane satelitami, ponieważ obracają się wokół tego elementu w kierunku jazdy, powodując obrót kół zębatych, które z kolei przekazują napęd na koła samochodu. Jeśli koła pojazdu obracają się z różnymi prędkościami (na przykład pojazd skręca), satelity nadal obracają się na ramionach pająka.
Brak poślizgu
Jednak czasami różnica jest trudna do wdrożenia. Dzieje się tak, gdy jedno z kół pojazdu znajduje się na śliskiej powierzchni, takiej jak lód. Mechanizm różnicowy przenosi wtedy prawie cały moment obrotowy na to koło. Dzieje się tak dlatego, że koło z najlepszą przyczepnością musi zużywać większy moment obrotowy, aby pokonać wewnętrzne tarcie w mechanizmie różnicowym.
Problem ten został rozwiązany w samochodach sportowych, zwłaszcza w pojazdach z napędem na wszystkie koła. Pojazdy te zazwyczaj wykorzystują mechanizmy różnicowe o wysokim oporze, które są w stanie przenieść większość momentu obrotowego na koło o najlepszej przyczepności.
Konstrukcja mechanizmu różnicowego wykorzystuje sprzęgła między bocznymi kołami zębatymi a obudową. Kiedy jedno z kół traci przyczepność, jedno ze sprzęgieł zaczyna przeciwdziałać temu zjawisku siłą tarcia.
Zobacz też Turbo w aucie - więcej mocy, ale i kłopot. Przewodnik
Nie jest to jednak jedyne rozwiązanie przekładni stosowane w pojazdach 4×4. Większość tych pojazdów nadal ma centralny mechanizm różnicowy (często nazywany centralnym mechanizmem różnicowym), który kompensuje różnicę prędkości obrotowych między napędzanymi osiami. Takie rozwiązanie eliminuje powstawanie zbędnych naprężeń w przekładni, które niekorzystnie wpływają na trwałość układu przesyłowego.
Ponadto centralny mechanizm różnicowy rozdziela moment obrotowy między przednią i tylną oś. Aby poprawić trakcję, każdy szanujący się SUV posiada również skrzynię biegów, czyli tzw. mechanizm zwiększający moment obrotowy przenoszony na koła kosztem prędkości.
Wreszcie dla najbardziej zapalonych SUV-ów zaprojektowano samochody wyposażone w centralny mechanizm różnicowy i blokady mechanizmu różnicowego.
Według eksperta
Jerzy Staszczyk, mechanik ze Słupska
Mechanizm różnicowy jest stałym elementem samochodu, ale tylko wtedy, gdy jest prawidłowo użytkowany. Na przykład nie daje mu nagłych startów z piskiem opon. Oczywiście im starszy samochód, tym bardziej wyeksploatowany jest jego układ napędowy, w tym mechanizm różnicowy. Można to sprawdzić nawet w domu. Wystarczy podnieść część samochodu, w której znajdują się koła napędowe. Po zmianie dowolnego biegu obracaj kierownicą w obie strony, aż poczujesz opór. Im później poczujemy opór, tym większy stopień zużycia mechanizmu różnicowego. W przypadku pojazdów z przednim napędem taki luz może również świadczyć o zużyciu skrzyni biegów.
Wojciech Frölichowski
