Zwykle rozmawiając o blokadach dyferencjałów, myślimy o rozwiązaniach blokujących mechanizmy różnicowe na osiach pojazdu, jednak mogą one występować również jako rozwiązania centralnego układu rozdzielczego. Często też mylimy mechanizmy różnicowe o zwiększonym tarciu wewnętrznym z typowymi blokadami.
[su_note note_color=”#525947″ text_color=”#ffffff” radius=”5″]Tradycyjnie stosowana przekładnia stożkowa mechanizmu różnicowego zapewnia swobodny ruch zarówno do przodu, jak i do tyłu przy zachowaniu jednakowej prędkości. Zaletą jest zrównoważenie przekazywanego napędu na koła, wadą – niekorzystne działanie w sytuacji, gdy jedno z kół jest w uślizgu lub traci przyczepność, przejmując wtedy cały przekazywany moment.[/su_note]
Konieczność stosowania mechanizmu różnicowego jest jak najbardziej uzasadniona. Od jego rozwiązania zależeć jednak będzie skuteczność przekazania momentu. Najczęstszym – bo najtańszym i najmniej problematycznym – rozwiązaniem, stosowanym powszechnie przez producentów jest stożkowy mechanizm różnicowy. Zbudowany jest on najczęściej z czterech stożkowych kół zębatych, umieszczonych w obudowie (koszu) i napędzanych przez przekładnię główną. Przez kosz poprowadzony jest sworzeń lub krzyżak – na nich odpowiednio znajdują się dwa lub cztery satelity przenoszące napęd na koła koronowe połączone z półosiami. Takie rozwiązanie – pozbawione całkowicie tarcia wewnętrznego – będzie realizowało napęd na koło, które na osi jest nieobciążone. W tym miejscu pojawia się konieczność zastosowania innego rozwiązania mechanizmu różnicowego lub blokowania obecnego.
Przedstawiony mechanizm to przekładnia stożkowa ze sterowanymi sprzęgłami na półosiach
Mechanizmy walcowe
Walcowe lub ślimakowe mechanizmy różnicowe mogą występować jako centralne lub osiowe rozwiązania
Do innych rozwiązań mechanizmów różnicowych należą rozwiązania walcowe. Ze względu na możliwość nierównego rozdziału napędu, powszechnie bywają stosowane w skrzyniach rozdzielczych. Nie są one oparte na kołach stożkowych – pracę stożkowego satelity przejmuje para kół walcowych, które zazębione są (stykają się) z walcowymi kołami koronowymi. Rozwiązanie to nie jest powszechnie stosowane. Jest bowiem bardziej skomplikowane od rozwiązania stożkowego, głównie ze względu na większą ilość kół zębatych. Ponadto owe koła są cięższe od stożkowych, co ma niewątpliwy wpływ na końcową cenę. Zasada pracy jest praktycznie taka sama jak w rozwiązaniach stożkowych. Nic specjalnie nowego to rozwiązanie nie wnosi. Dopiero zastosowanie odpowiednio zaprojektowanego mechanizmu walcowego z odmianą o uzębieniu śrubowym pozwala na uzyskanie mechanizmu różnicowego o ograniczonym poślizgu, zależnego nie tylko od różnicy prędkości kół, ale i od momentów na nich.
Pojazdy nowej generacji posiadają rozbudowany układ napędowy pozwalający na utrzymanie trakcji w sytuacji, gdy jedno lub więcej kół nie posiada przyczepności
Ślimakowy mechanizm różnicowy
Najlepszym rozwiązaniem jest – niestety niezbyt często stosowanym – mechanizm ślimakowy. W tym przypadku koła koronowe zostały zastąpione przez ślimacznice. Napęd jest realizowany przez pary wzajemnie sprzężonych ślimaków – satelitów. Ich sprzężenie może odbywać się przez koła walcowe lub ślimakowe. Przy czym, jak można sobie wyobrazić, wymaga to zastosowania dosyć skomplikowanych elementów i wyliczeń na etapie projektowym. Przykładem tutaj może być mechanizm Torsena, powszechnie stosowany w przeszłości w Audi i Toyotach, a obecnie zastępowany przez inne rozwiązania.
Na przedstawionych kolejno zdjęciach widzimy, że przednie lewe koło prawie się nie obraca, podczas gdy pozostałe znajdują się w ruchu
Krzywkowy mechanizm różnicowy
Mechanizm krzywkowy różni się od klasycznych rozwiązań – nie występują w nim przekładnie zębate. Wewnątrz kosza znajdują się dwa, odpowiednio dobrane koła z powierzchniami wewnętrznie i zewnętrznie krzywkowymi. Między nimi znajdują się popychacze (nazywane zamiennie kamieniami, w rzeczywistości są one jednak metalowe) umieszczone w koszu. Zastosowany ściśle określony kształt krzywek oraz popychaczy, odpowiednio dobrany luz pomiędzy nimi (praca popychaczy może odbywać ani równolegle do osi obrotu, ani prostopadle) pozwalają na zróżnicowanie przeniesienia napędu. Jednak nadal jest on przekazywany na obydwa koła. Wadą tego rozwiązania jest szybkie zużycie części, mała sprawność i wysoka cena wynikająca z precyzyjnego technologicznie wykonania kształtek. Układy te można był spotkać w rosyjskich rozwiązaniach dedykowanych dla Uazów i Gazów.
Dobrze zaprojektowany napęd pozwala na utrzymanie trakcji w skrajnych warunkach
LSD
Obecnie dosyć powszechnie stosowane są mechanizmy typu LSD (Limited Slip Differential), oparte na rozwiązaniach stożkowych lub walcowych. Zasadą jest takie rozmieszczenie elementów ciernych, aby wzajemnie utrudniały obracanie osi. Najczęściej montowane są z mechanizmami stożkowymi na osiach i walcowymi jako centralne rozwiązanie skrzyni rozdzielczej. Owe rozwiązanie powstaje poprzez zastosowanie dodatkowych elementów ciernych w postaci tarcz ciernych, sprzęgieł wiskotycznych lub odpowiednio ukształtowanych kół zębatych. Najczęściej jest to wspomniany pakiet płytek, sprzęgający kosz mechanizmu różnicowego z kołem koronowym, W momencie, gdy występuje różnica prędkości obrotowej kół koronowych, płytki wzajemnie przemieszczając się, trą o siebie przenosząc siły i wyrównując obroty kół. Wadą takich rozwiązań jest stosowne uszlachetnienie oleju poprzez dodanie odpowiednich dodatków do oleju pracującego w dyferencjale. Zamiast klasycznych rozwiązań w postaci płytek stosowane są też sprzęgła lepkościowe lub sterowane. Wykorzystywane są dosyć powszechnie już od lat siedemdziesiątych.
Dosyć powszechnie stosowane są rozwiązania oparte na sprzęgłach wiskotycznych
Mechanizmy sprzęgłowe
Obecnie coraz powszechniej mechanizmy różnicowe zastępowane są przez układy sprzęgłowe dopinające okresowo napęd, zwykle na tylną oś pojazdu. Rozwiązania takie oparte są zwykle na mokrym sprzęgle ciernym, gdzie siłownik hydrauliczny sterowany jest elektroniką pojazdu. Rozwiązania te powszechnie stosowane są w małych crossoverach. Całe urządzenie jest niewielkich rozmiarów i zwykle bywa zespolone w jedną obudowę z tylnym mechanizmem różnicowym. Przykładem owego mechanizmu jest Haldex i Borg Warner.
Dosyć często układy mechanizmów różnicowych to skomplikowany i precyzyjny układ zamknięty w jednej obudowie
Mechanizmy zewnętrzne
Do innych elementów zewnętrznych, blokujących działanie klasycznego układu dyferencjału należy rozwiązanie oparte na układzie ABS. Polega ono na odpowiednim spowolnieniu koła tracącego poprzez przystopowanie go układem hamulcowym. Zaletą tego rozwiązania są praktycznie zerowe koszty związane z zastosowaniem, wadą – szybkie zużycie części układu hamulcowego przy częstym wykorzystaniu takiego rozwiązania podczas eksploatacji.
Klasyczne rozwiązanie układu napędowego to układ wzdłużny, obecnie coraz częściej zastępowany przez układ z silnikiem ustawionym poprzecznie
