Mechanizm różnicowy

Mechanizm różnicowy umożliwia jazdę napędzanej osi po łuku, poprzez umożliwienie kręcenia się kół z różnymi prędkościami obwodowymi.

Podczas jazdy po łuku każde z kół przebywa drogę różnej długości: koło zewnętrzne musi przebyć dłuższą drogę, a koło wewnętrzne - krótszą.

W wyniku tego koła mają różną prędkość obwodową - obracają się z różną prędkością. Kół nie można osadzić więc na sztywnym wałku, ponieważ podczas jazdy po łuku koła musiałby się ślizgać. 

Niemniej czasami konstrukcja sztywnej osi łączącej oba koła jest stosowana z powodzeniem.

Jednym z przykładów są osie wagonów kolejowych, jednakże łuki torów mają bardzo łagodne łuki i poślizg kół jest nieznaczny.

Znacznie gorzej jest w przypadku tramwajów - jazda po torach mniejszych promieniach krzywizny. Skręcaniu tramwaju ze sztywną osią towarzyszy często hałas i drgania. Także negatywnie odbija się to na zużyciu elementów.

Natomiast jeśli chodzi o pojazdy drogowe, to trudno sobie wyobrazić pojazd ze sztywną osią.

Wyjątkiem są chyba jedynie quady, które z założenia posiadają sztywną tylną oś bez mechanizmu różnicowego. Bardzo upraszcza to ich konstrukcje, zmniejsza masę i zwiększa możliwości w terenie. Trzeba jednak zauważyć, że quady nie są przeznaczone do jazdy po asfalcie. Producenci niektórych quadów nie dopuszczają możliwości rejestracji i jazdy po asfalcie. W znacznej mierze wynika to właśnie z braku mechanizmu różnicowego - a tym samym obawy co zachowania na zakręcie podczas jazdy po asfalcie.

Podczas skrętu quadem na asfalcie można wyraźnie wyczuć naprężanie i ślizganie się opon - to właśnie opony przejmują naprężenia związane z brakiem mechanizmu różnicowego. Są jednak do tego przystosowane - ciśnienie w nich przeważnie jest równe około 0.3 bar, i mają wysoki profil, oraz są tak osadzone na feldze, aby nie zsunęły się podczas skrętu.

Rodzaje mechanizmów różnicowych

Ze względu na właściwości dynamiczne mechanizmy różnicowe można podzielić na:

• o małym tarciu wewnętrznym,
• o zwiększonym tarciu wewnętrznym,
• z blokadami różnego rodzaju (mechanicznymi, pneumatycznymi, elektrycznymi, olejowymi i inne).

Wymagania stawiane mechanizmom różnicowym

Z punktu widzenia bezpieczeństwa, jedną z najgorszych rzeczy, jaka może się przytrafić mechanizmowi różnicowemu to nagłe zblokowanie kół. Nie mam tutaj na myśli jazdy terenowej, do której jeszcze wrócę. Nagłe zblokowanie kół np. na śliskiej nawierzchni podczas jazdy po łuku spowoduje uślizg obu kół i wypadnięcie z zakrętu. Przy bardzo dobrej przyczepności będziemy mieli także problem - pojazd nie będzie chciał skręcać.

Z drugiej jednak strony zblokowanie kół czasami jest bardzo przydatne. Ułatwia bowiem ruszenie na śliskiej nawierzchni.

Nie wspomniałem jeszcze o wadach klasycznego mechanizmu różnicowego. W zwykłym mechanizmie o małym tarciu wewnętrznym na oba koła jest przekazywany taki sam moment. Jeśli więc stoimy jednym kołem napędzanym na asfalcie, a drugim na lodzie, to na oba koła będzie skierowany taki sam mały moment - wystarczający do poślizgu koła na lodzie ale nie wystarczający do poruszenia pojazdem przez drugie koło. Wydaje się to dziwne, ale niestety tak jest. Na obu kołach jest taki sam moment napędowy. 

Co się dzieje w przypadku, gdy jedziemy pod górę i wjedziemy na lód - koła zaczyną się ślizgać, pojazd zwalnia a obroty silnika wzrastają. Dzieje się tak ponieważ koła "odbierały moment napędowy", ale w chwili wjechania na lód zaczęly się ślizgać, zmniejszył się moment i obciążenie silnika - więc obroty silnika wzrosły.

Dużą popularnością cieszą się obecnie w pojazdach dumnie nazywane systemy z elektryczną lub elektroniczna blokadą mechznizmu różnicowego. W większości polegają one na przyhamowaniu koło, które się ślizga, co spowoduje powstanie momentu hamującego i dokładnie taki sam moment napędowy pojawi się na drugim kole. Wszystkie obecnie produkowane pojazdy wyposażone są w ABS, więc komputer wie, które koło kręci, a które nie, wiec może je przyhamować. Systemy te się sprawdzają, niemniej powodują przyśpieszone zużycie hamulców.

W starszych samochodach terenowych (bez blokad na osi) popularna jest zmiana konstrukcji hamulca postojowego w taki sposób, aby każde koło było obsługiwane osobną dźwignią. Kierowca sam więc może przyhamować ślizgające się koło i spowodować, że to, które będzie miało przyczepność zacznie się kręcić.

W pojazdach terenowych stosowane są często prawdziwe blokady, jednak nie będę ich opisywał, bardzo dużo metriałów jest np. w prasie motoryzacyjnej. Jednak niezależnie od pojazdu jazda po asfalcie jest niedopuszczalna ze zblokowanym mechanizmem różnicowym. W praktyce kończy się szybkim uszkodzeniem układu napędowego, np. ukręceniem półosi.

Pojazdy terenowe mogą mieć kilka mechanizmów różnicowych:

• na przedniej osi,
• na tylnej osi,
• międzyosiową.

Każdy taki mechanizm może mieć swoją blokadę. Jednak można zaobserwować trend odchodzenia od taki rozwiązań. Zamiast tego stosuje się napęd na jedną oś i automatycznie dołączaną drugą oś, natomiast resztę załatwia ABS (przyhamowanie kół). 

Wymagania odnośnie bezpieczeństwa rosną, samochody są wyposażane w systemy bezpieczeństwa. Trzy mechanimy różnicowe rozdzielają nie tylko napęd, ale również moment hamujacy. Bardzo ciężko jest ten fakt z ABS, czy ESP. Napęd na jedną oś to oszczędność paliwa, ale również mniejsze zdolności terenowe.

Niemniej klasyczne pojazdy terenowe zachowują tradycyjne rozwiązania.