Diferenciál je právem nazýván jedním z nejdůležitějších prvků automobilové převodovky. Je to on, kdo může zajistit otáčení kol při různých úhlových rychlostech. Energie pro rotaci, jak asi tušíte, se odebírá z motoru. Avto.pro již dříve v sekci „Užitečné tipy“ publikoval materiál věnovaný převodovce zadní nápravy. Takže v tomto materiálu byl diferenciál zmíněn jen okrajově, ale bylo řečeno, že toto zařízení je velmi složité a vyžaduje komplexní analýzu v samostatném článku. No, právě čtete tento článek. Doporučujeme vám seznámit se se strukturou diferenciálu, principem jeho fungování a hlavními poruchami.
Diferenciální účel
Automobilový diferenciál je navržen tak, aby rozděloval točivý moment přijatý z hnacího hřídele mezi kola přední nebo zadní nápravy. To druhé závisí na typ pohonu. To zajišťuje, že se kola otáčejí bez prokluzu – to je velmi důležitý bod, i když se toho dotkneme později. Může se zdát, že běžná převodovka to v pohodě zvládne. Ve skutečnosti se ukazuje, že převodovka se ukazuje jako zcela neúčinná v případech, kdy na každé z hnacích kol působí nestejné zatížení. Například jedno kolo narazí na překážku, zatímco druhé se pohybuje po rovném povrchu. Z toho vyplývá, že převodovka potřebuje speciální jednotku, která přerozděluje točivý moment na základě stavu vozovky. Toto je diferenciál.
Stejně jako u převodovek mohou být diferenciály umístěny na různých místech. V závislosti na pohonu vozidla se rozlišují následující uspořádání diferenciálů:
- Pohon předních kol – diferenciál je uložen ve skříni převodovky;
- Pohon zadních kol – mechanismus je součástí hnací nápravy (často se tento prvek nazývá jednoduše převodovka);
- Pohon všech kol – existují dvě možnosti: umístění ve skříni jedné z náprav nebo v rozdělovací převodovce.
Při absenci diferenciálu nebo jeho úplném selhání auto náhle ztrácí ovladatelnost. Tím trpěla zejména automobilová doprava na začátku minulého století – první modely nákladních a sériových aut obtížně překonávaly překážky nebo se dostaly do nekontrolovaného smyku. První diferenciály se začaly montovat do vozů Volkswagen. Od amerických, anglických, francouzských a italských vozů se příznivě lišily tím, že v jejich převodu se točivý moment rozděloval mezi kola poměrně rovnoměrně.
Více o zařízení
Náhradní díly pro Mazdu 2
2 hatchback (DY) (01.03 – 07)
Náhradní díly pro Volkswagen Sharan
Minivan SHARAN II (7N) (05.10 — )
Konstrukčním základem diferenciálu je planetová převodovka. Připomínáme, že převodovka je v podstatě dvojice do sebe zapadajících ozubených kol – malých a velkých průměrů s různým počtem zubů. Když je rychle rotující malé ozubené kolo v záběru s větším, točí se znatelně nižší rychlostí. Například pokud na první rychlostní stupeň 50 zubůa ve druhém celém čísle 100, pak se druhý rychlostní stupeň otáčí dvakrát pomaleji než první. Při otáčení dělá velké ozubené kolo jedno otočení když se první zaváže dvě zatáčky.
Planetová převodovka, jinak nazývaná diferenciální převodovka, plní pouze jeden úkol – převádí a přenáší točivý moment. Na rozdíl od známějšího schématu „převodovky“ je u planetových převodovek převodovka založena na interakci tří hlavních a několika dalších pomocných prvků. Jedinečnost planetových převodovek spočívá v tom, že umožňují volit mezi několika převodovými poměry a mají dva stupně volnosti. Tato „variabilita“ planetových převodů umožnila jejich použití v automobilové převodovky.
Takže jsme přišli na to, co je planetová převodovka. Diferenciál využívá předností takového mechanismu na maximum. Hlavní prvky diferenciálu automobilu jsou:
- Poloaxiální (sluneční) ozubené kolo;
- Pohár;
- Hnané kolo a hnací kolo hlavního ozubeného kola;
- Satelity.
Správnější je nazývat pohár diferenciálu automobilu pouzdrem. Krouticí moment z pohonné jednotky přes mezilehlé součásti (včetně přes hlavní převod) je přijímán skříní. Dále je točivý moment přenášen na poloaxiální ozubená kola přes satelity. Roli hrají právě satelity planetová soukolí – přenášejí krouticí moment a zajišťují normální spojení skříně s poloaxiálními ozubenými koly. Obvykle se jedná o dva satelity (osobní vozidla) nebo čtyři (nákladní automobily, terénní vozy atd.). Jak už asi tušíte, boční převody jsou zodpovědné za přenos točivého momentu na hnací kola přes nápravové hřídele.
Mnoho automobilových nadšenců se ptá: jaký je rozdíl mezi převodovkou a diferenciálem. Zjednodušeně řečeno, převodovka je jen pár ozubených kol, který mění (snižuje) točivý moment. Diferenciál je celá sada ozubených kol, které, zhruba řečeno, rozdělují točivý moment v určitém poměru mezi dva spotřebitele. Koncept „převodovky zadní nápravy“ zároveň pokrývá jak převodovku, tak diferenciál – oba tyto mechanismy mohou být umístěny ve stejném krytu, ale plní své specifické úkoly.
Diferenciální provozní režimy
Nelze nám nepovědět o provozních režimech diferenciálu. Ihned poznamenejme, že diferenciály se dělí na symetrické a asymetrické. Symetrický mechanismus je schopen přenášet točivý moment na osy ve stejných poměrech. Jejich práce nezávisí na čem úhlové rychlosti hnacích kol. Asymetrický mechanismus může „sdílet“ točivý moment, v důsledku čehož může být instalován mezi hnací nápravy vozidla. Symetrický mezinápravový diferenciál pracuje v jednom ze tří režimů:
- Přímočarý pohyb;
- Vjíždění vozu do zatáčky;
- Jízda po atypických površích, tak nějak klouže.
V prvním režimu překonávají obě kola vozu stejný odpor vozovky. Z závěrečná jízda točivý moment se přenáší na těleso diferenciálu (pohár). Satelity řadí bez záběru s poloaxiálními převody a přenášejí točivý moment na hnací kola. Není žádný rozdíl v točivém momentu vnímaném koly. Ve druhém režimu se dodržuje: vnější kolo, tzn. vzdálený od středu otáčení, naráží na mnohem menší odpor než vnitřní. Vnitřní boční ozubené kolo diferenciál se zpomalí, což vede k rotaci satelitů proti jejich ose. V důsledku toho se rychlost otáčení vnějšího bočního ozubeného kola zvýší. Všimněte si, že součet rychlostí bočního ozubeného kola je vždy dvojnásobkem rychlosti, při které se otáčí koncové kolo.
Zajímavý je především třetí provozní režim diferenciálu. Při jízdě na kluzkém povrchu naráží jedno z obvyklých kol auta na velký odpor a druhé dokonce začne prokluzovat. V tomto případě diferenciál zvýší rychlost otáčení prokluzujícího kola a sníží rychlost druhého. To vede k patové situaci: jedno kolo nemá trakci a jeho točivý moment je zvýšen diferenciálem a druhé kolo, které má trakci, nedostává vůbec žádný točivý moment. Kvůli tomu se auto zachycené například v bažině nepohne – začne se opravdu rychle otáčet závěsné kolo. Problém lze vyřešit uzamčením diferenciálu.
Více o uzávěrce diferenciálu
Výše byla popsána situace, ve které je pohyb vozu nemožný – jedno kolo se otáčí jako při volnoběhu a druhé vnímá příliš malý točivý moment. To je vážný problém u všech středových diferenciálů. Nemyslete si, že jde pouze o symetrické diferenciály. Užitečné ve všech ostatních případech se takové mechanismy ukáží jako škodlivé při pokusu o odstranění auta z hlubokého sněhu, bláta nebo při jízdě na ledu. Řeší jejich problém blokování, což je možné, pokud:
- Miska diferenciálu je připojena k jednomu ze dvou nápravových hřídelů;
- Rotace satelitů je omezená.
Blokování může být úplné nebo částečné. Při úplném uzamčení jsou prvky diferenciálu pevně spojeny, což zajišťuje plný přenos točivého momentu na kolo s nejlepší přilnavostí. Při částečném zablokování se na takové kolo přenese pouze část točivého momentu, zatímco prokluzující kolo se dále otáčí. Rozdíl mezi točivými momenty je určen blokovacím koeficientem. V symetrickém diferenciálu je za normálních podmínek blokovací koeficient roven jedné, protože točivé momenty na každém kole budou vždy stejné. Ale s ním blokování koeficient se bude pohybovat mezi 3 a 5.
Uzávěrka diferenciálu může být manuální nebo automatická. Výborně se osvědčily elektronické uzávěrky diferenciálů. Funguje v tandemu se systémem kontroly stability vozidla. Jeho senzory sledují parametry pohybu vozidla a v případě potřeby vydá řídicí jednotka signál uzávěrka diferenciálu. To vám umožní efektivně ovládat vůz jak při zatáčení, tak na kluzkém povrchu.
Diferenciální poruchy
Vzhledem k tomu, že jakýkoli diferenciál je sbírkou náprav a ozubených kol, není se čemu divit na poměrně častém selhání tohoto agregátu. Je provozován ve velmi drsných podmínkách, takže selhání může nastat v nejneočekávanějším okamžiku. Některé věci však naznačí motoristovi nutnost předjet údržba. Zejména:
- Zvýšený hluk;
- Vzhled nárazů a nárazů;
- Únik maziva.
Nejzávažnější poruchou je zaseknutý most. K tomu dochází pouze v případech, kdy majitel vozu ignoroval problém zvýšeného diferenciálního hluku, pravidelného klepání a úniku maziva. Ten často naznačuje potřebu kontroly odborníkem v autoservisu. Doporučujeme měřit teplotu těch součástí převodovky, které zahrnují diferenciál. Například kliková skříň – její teplota by měla být uvnitř 50-60 ° C. Doporučuje se také zkontrolovat stav maziva a v případě potřeby doplnit olej.
Únik oleje může způsobit poruchu diferenciálu. Obvykle protéká těsněními a speciálními těsněními, která vyžadují urgentní výměna. Pokud dojde k nedostatku nebo silnému znečištění oleje, začnou mechanismy vydávat hluk a rychle se opotřebovávají. Pro automobilového nadšence je nesmírně důležité vyvarovat se suchého tření – způsobí poškození satelitů, ložisek a opotřebení zubů ozubených kol. Často lze poruchu diferenciálu identifikovat ještě před návštěvou čerpací stanice. K tomu budete potřebovat partnera. Co dělat:
- Zařaďte neutrál;
- Zvedněte hnací nápravu na zvedáku;
- Roztočte kolo nejprve jedním směrem a poté druhým směrem;
- Požádejte svého partnera, aby udělal totéž s druhým kolem;
- Pokud se kola točí v obou směrech bez hluku, diferenciál funguje.
I po takové kontrole by měl majitel vozu kontaktovat specialistu pro další diagnostiku. Některé problémy však lze vyřešit nezávislými opravami. Jednotku lze tedy např. rozebrat, umýt v benzínu a následně vyměnit za opotřebovaná ložiska, satelity a těsnění – nejčastěji vypadnout z provozu přesně oni. Pokud je však poškozena miska, drážkové spoje a ozubená kola, je často nutné vyměnit celou sestavu a přilehlé díly.
Nalezení nového diferenciálu
Spěcháme vás ujistit: nalezení diferenciálu je velmi snadné. Ale je tu také smutný fakt: nový diferenciál stojí hodně peněz. Cena se může pohybovat mezi 300 a 1000 $. Pokud jen z tohoto důvodu, kategoricky se nedoporučuje ignorovat poruchu diferenciálu – to levnější na opravu. Nicméně i s některými diferenciálními prvky, jako jsou satelity, můžete stát pěkný peníz. Sestavená jednotka nebo její jednotlivé součásti se vyhledávají podle:
- Parametry vašeho vozu (s ohledem na rok výroby a parametry motoru);
- VIN kód;
- Kód jednotky a dílů.
Automobiloví nadšenci obvykle neznají kód požadovaného náhradního dílu až do skutečné instalace jednotky nebo jejích jednotlivých prvků. Z tohoto důvodu doporučujeme zahájit vyhledávání podle parametrů vozidla. Navzdory skutečnosti, že automobilové diferenciály jsou vytvořeny podle přibližně stejných schémat, je jejich zaměnitelnost velkou otázkou. Stejný převodovka zadní nápravy může mít několik verzí pro stejný model vozu a automobilový nadšenec může dokonce nainstalovat převodovku s „nepřirozeným“ převodovým poměrem. Pravda, výsledek ho asi nepotěší. Ale nevyplatí se riskovat nákup diferenciálu pro jiné auto. Rovněž se nedoporučuje kupovat použitý diferenciál, protože jeho klíčové prvky mohou být silně opotřebované.
Výkon
Diferenciál je důležitou součástí převodovky automobilu. Pokud převodovka přijímá, převádí a poté přenáší točivý moment na kola automobilu, pak jednotka, jako je diferenciál, zajišťuje normální přenos tohoto točivého momentu a je odpovědná za jízdní výkon vozidla. Poskytuje například manévrování na dálnici a mimo ni. Bez diferenciálu není možné vytvořit ani nákladní, ani osobní automobil. A pokud se o to pokusíte, jeho provoz se stane velmi nebezpečným. Alespoň od okamžiku, kdy auto dosáhne vysoké rychlosti nebo začne zatáčet.
Co je převodovka a jak se liší od diferenciálu?
Motoristé vědí, že motor nemůže otáčet koly přímo. Jako příklad uveďme vozidlo s pohonem zadních kol. Síly ze setrvačníku se nejprve přenášejí na převodovku a odtud na kardan. Konečným cílem je most. Uvnitř je mechanismus, bez kterého je pohyb nemožný. Převodovka v autě převádí a přenáší točivý moment ze zdroje otáčení na kola. Pohon předních kol se liší tím, že místo kardanových kloubů jsou na koncích použity nápravové hřídele s úhlovými klouby (CV klouby). Vozidla s pohonem všech kol mají dvě nápravy.
Zařízení a princip činnosti
Článek nebude obsahovat složité ilustrace. To usnadní pochopení. Převodovka je umístěna v ocelové skříni nápravy a u vozů s pohonem předních kol je integrována do převodovky (převodovky). Mechanismus lze popsat jako sadu vzájemně spojených ozubených kol.
Zde je návod, jak věci fungují při pohybu po přímce. Převodový poměr bude 1:1. Kola se točí stejnou rychlostí. K tomu dochází, když vozidlo nezatáčí. Hnací kolo (4) otáčí hnaným kolem (1), ke kterému jsou satelity (2) pevně připevněny. Zůstanou nehybné a zapojí ozubená kola nápravy (5). Proto se začnou pohybovat samotné poloosy (3).
Auto nejede vždy rovně. Pokud potřebujete na místě odbočit doleva, pak se teoreticky pravé kolo bude pohybovat rychle a levé zpomalí. Převodový poměr bude 0:2. Takhle to vypadá:
Jak funguje převodovka při odbočování doleva?
Satelity se začnou otáčet kolem své osy a poskytují převodům náprav různé úhlové rychlosti. Díky tomu se nápravové hřídele mohou pohybovat s různým zrychlením, které závisí na směru. I když je jedno kolo zablokováno, druhé se bude dále točit. Proto je v osobním autě potřeba převodovka. Bez něj by se při většině zatáček jedno z kol zablokovalo. A to je zrychlené opotřebení gumy.
Rozdíl mezi diferenciálem a převodovkou
Jednoduše řečeno, diferenciál je nedílnou součástí převodovky. Nemrznoucí směs a nemrznoucí směs jsou vhodné jako analogie. První je třída chladicích kapalin, druhá je značka. Převodovku lze konvenčně nazvat komplexem skládajícím se z hnacího a hnaného ozubeného kola. Vše ostatní souvisí s diferenciálním mechanismem.
Převodovka přenáší a převádí točivý moment, zvyšuje nebo snižuje jej. Druhá možnost je typická pro automobily. Hnací kolo má asi 11 zubů, hnané jich má dokonce 43. Poměr je 3,9 ku 1. Pokud nepočítáte s chodem převodovky, z původních 1000 otáček se stane 256 otáček za minutu. Mezinápravový diferenciál „rozdvojuje“ rotaci na dvě nápravy a poskytuje různé úhlové rychlosti.
Rozdíl mezi převodovkou a diferenciálem
Oba mechanismy jsou umístěny ve stejném kovovém pouzdře. Uvnitř se nalévá převodová kapalina. Snižuje tření a prodlužuje životnost jednotky. Těsnění zabraňují úniku oleje. Časem praskají, a tak by si měl řidič na most dávat pozor. Netěsnosti jsou viditelné pouhým okem.
Hlavní úkoly mechanismu
Zjednodušeně lze převodovku nazvat mostem. Typické umístění je mezi dvěma koly u pohonu zadních a předních kol. Vozidla s pohonem všech kol mají dvě nápravy: jednu vpředu a jednu vzadu. Pro zjednodušení vysvětlení bude jako příklad použito vozidlo s pohonem zadních kol.
Když se vůz pohybuje v přímém směru, motor přenáší výkon přes hnací hřídel do převodovky, která rozděluje sílu mezi dvě zadní kola. To tlačí auto dopředu, všechna kola se protočí ve stejnou dobu stejnou rychlostí. Pokud se ale auto otočí, dvě přední kola změní směr, ale zadní zůstanou na svém místě. Kola se nyní pohybují po trajektoriích různých délek. Vnitřní cesta je kratší než vnější. To znamená, že vnější kola musí ujet větší vzdálenost za stejnou dobu, takže se musí otáčet rychleji. Závěr je jednoduchý: zadní kola se musí protáčet různými rychlostmi.
Jak funguje diferenciál v zatáčkách?
Bez převodovky by se obě kola v zatáčkách otáčela stejnou rychlostí. Pneumatiky proklouznou, okamžitě se opotřebují a řidič ztratí kontrolu. Náklad může dokonce zlomit nápravu. To se stávalo často před vynálezem převodovky.
Pokud zcela zablokujete jedno kolo, druhé se bude stále točit.
Špatné je, když jedno z kol narazí na kluzký povrch. Pak se veškerá síla motoru vyprázdní. Auto začne klouzat. Aby se takovým situacím předešlo, inženýři vytvořili uzávěrku diferenciálu.
Typy převodovek
Typ automobilové převodovky závisí na způsobu záběru hnacího a hnaného ozubeného kola. Jsou možné následující možnosti:
- Červ. Konstrukce se používá pro řízení. Skládá se ze spirálového přímého pouzdra a hnaného ozubeného kola. Mechanismus nebyl použit jako součást převodovky.
- Hypoidní. Obě ozubená kola jsou vzájemně spojena pod úhlem 45°. Spirálové řezání zubů zvětšuje kontaktní plochu. Typické pro vozidla s pohonem všech kol a pohonem zadních kol.
- Válcový. Instalováno na vozy s pohonem předních kol. Obě ozubená kola jsou vyrobena ve tvaru válce. Zuby mají šikmý řez a otáčejí se v převodovce převodovky.
- Kónický. Analog hypoidního, ale řez zubu je rovný a ne spirálovitý. Úhel spojení je 90°. Převodovka se používá u vozidel s nízkým výkonem s pohonem všech kol a pohonem zadních kol.
- Planetární. Uprostřed je centrální kolo, na vnějším obrysu je korunové kolo. Mezi nimi jsou satelity. Používá se jako součást planetových převodovek.
Inženýři vypočítají konstrukci převodovek, aby zvolili správný převodový poměr. Jedná se o poměr úhlových rychlostí hnacího a hnaného hřídele. Nízký převodový poměr je typický pro převodovku osobních automobilů s nízkou hmotností a omezenou nosností, vysoký převodový poměr je nutný pro vozidla schopná přepravovat těžké náklady.
Převodový poměr 4,7 znamená, že za jednu otáčku hnacího kola se hnané kolo otočí kolem své osy 4,7krát.
Технические характеристики
Chcete-li vyhodnotit schopnosti převodovky, můžete se seznámit s jejími technickými vlastnostmi. Existuje pět parametrů, které přímo ovlivňují činnost mechanismu:
- orientace hřídele;
- počet kroků;
- převodový poměr;
- převodový poměr;
- točivý moment.
Převodový poměr je poměr úhlových rychlostí otáčení vstupního a výstupního hřídele. Převodový poměr je trochu jiná charakteristika. Pokud má jedno ozubené kolo 15 zubů a druhé 35, bude číslo vypadat takto:
Počet stupňů je typický pro manuální převodovky. Jsou pětistupňové a šestistupňové. Mosty mají jen jeden krok. Orientace šachet závisí na provedení, může být vertikální nebo horizontální.
Typické poruchy převodovky
Jako první selhávají těsnění. Jsou vyrobeny z pryže odolné proti oleji. V průběhu času začne část praskat a rozpadat se na samostatné fragmenty. V důsledku toho vytéká převodová kapalina. Začíná hladovění olejem. Zvyšuje se valivá třecí síla v ložiskách. Když nic neuděláte, panty se budou drolit, vypadávat z nich kuličky nebo válečky a klec praskne. Začátek degradace ložiska lze nepřímo diagnostikovat podle hučení vycházejícího ze strany můstku při jízdě.
Vylomené zuby na převodovce
Ozubená kola trpí nedostatkem mazání. Převodovka se zahřívá a na ozubených kolech se objevují stopy koroze. Zuby se postupně opotřebovávají a lámou. V důsledku toho se plocha spojky zmenšuje a převodový poměr již neodpovídá normě. Staré těsnění je třeba vyměnit, stejně jako ozubená kola, hřídele a ložiska.
Někdy dochází k poruchám v důsledku mechanického poškození. K tomu, aby se v karoserii vytvořila trhlina nebo díra, stačí, aby most narazil na betonový obrubník. Někdy dochází k vytahování upevnění vlivem zatížení. V první řadě uniká převodová kapalina, poté reziví ložiska a ozubená kola. Aby se zabránilo další degradaci, je skříň převodovky obnovena svařováním. V případě vážného poškození bude nutné vyměnit celý most.
Interval výměny převodové kapaliny
Olej za normálních podmínek vystačí na 100 tisíc kilometrů. Abrazivní kovové částice vstupují do kapaliny a přestávají plnit své funkce. Stopy ocelového prachu lze snadno vidět, pokud vypustíte trochu oleje z vypouštěcího otvoru. Pokud je vidět kovový lesk, je lepší vyměnit kapalinu za novou.
Snížení nebo zvýšení točivého momentu je to, za co je zodpovědná převodovka automobilu. Diferenciál mezi koly poskytuje různé úhlové rychlosti pro každé kolo. Oba mechanismy jsou umístěny v jednom pouzdře, kterému se zjednodušeně říká most stroje.