Mechanizmy różnicowe stosowane w układach przeniesienia napędu samochodów mają najczęściej postać zębatej przekładni obiegowej z kołami zębatymi stożkowymi, rzadziej z kołami zębatymi walcowymi. Ogniwem napędzającym taką przekładnię jest jarzmo satelitów połączone z obudową mechanizmu. W stożkowym mechanizmie różnicowym rolę jarzma pełni oś satelitów. Ogniwem napędzanym są koła koronowe półosi w mechanizmie stożkowym lub walcowym.

Na mechanizm różnicowy należy spojrzeć przez pryzmat przekładni obiegowej, gdzie występują koła zębate: pierścieniowe, słoneczne i satelity w jarzmie. Aby przekładnia działała, jeden z jej elementów musi zostać zatrzymany. W mechanizmie różnicowym opartym o zasadę działania przekładni obiegowej wszystkie elementy znajdują się w ruchu względnym wobec siebie. Występuje tu również przypadek szczególny wyjaśniający wartość przełożenia kinematycznego mechanizmu różnicowego. Przy unieruchomionym jarzmie, a więc też obudowie mechanizmu różnicowego kierunki prędkości obrotowej kół koronowych są przeciwne (przy podniesionym moście napędowym obracając jedno koło zaobserwujemy przeciwny ruch obrotowy drugiego koła jezdnego), to przełożenie wewnętrzne i_w ma wartość ujemną. Podczas jazdy z napędzanym jarzmem (obudową mechanizmu różnicowego) wartość przełożenia wewnętrznego i_w ma wartość dodatnią i wynosi 1. Wynika to stąd, że oba koła koronowe, choć z różnymi prędkościami, ale obracają się w tę samą stronę. Mechanizm różnicowy z przełożeniem wewnętrznym i_w = 1 jest mechanizmem symetrycznym. W innym przypadku, gdy i_w nie jest równe 1 mówi się o mechanizmie różnicowym niesymetrycznym.

Symetryczne mechanizmy różnicowe mogą występować jako międzykołowe, miedzyosiowe oraz międzybrzegowe. Mechanizmy niesymetryczne znajdują zastosowanie jedynie jako międzyosiowe.

Konstrukcję podstawowego stożkowego mechanizmu różnicowego przedstawiłem w poprzednim artykule. Dziś czas na inne konstrukcje. Na rysunku 1 przedstawiony został stożkowy mechanizm różnicowy symetryczny, traktowany jako międzyosiowy.

Warto zwrócić uwagę, że moment obrotowy doprowadza się zawsze na obudowę mechanizmu. Tutaj jej jednak nie ma, więc moment obrotowy został doprowadzony bezpośrednio na oś satelitów, która z punktu widzenia przekładni obiegowej jest jarzmem satelitów. Występuje tu również wielka łatwość blokowania mechanizmu międzyosiowego poprzez sprzęgnięcie wałka wejściowego z dowolnym kołem koronowym. Takie rozwiązania stosuje się we współczesnych samochodach ciężarowych z dwoma osiami napędzanymi, np. firmy Scania.

Na kolejnych rysunkach przedstawiam stożkowe mechanizmy różnicowe niesymetryczne, stosowane jako międzyosiowe. Litera N wskazuje, gdzie został doprowadzony moment obrotowy.

rys.2

rys. 3

Zróżnicowanie wielkości kół koronowych wyraźnie wskazuje na asymetrię przełożenia wewnętrznego mechanizmu różnicowego. Doprowadzenie momentu obrotowego wskazuje z kolei, że rozwiązanie takie stanowi jednocześnie skrzynię rozdzielczą umieszczoną bezpośrednio za skrzynią przekładniową samochodu.

Na rysunku 4 przedstawiono ciekawe rozwiązanie międzyosiowego mechanizmu różnicowego opartego na klasycznym rozwiązaniu przekładni planetarnej.

rys.4

Koło zębate słoneczne a jest kołem koronowym lewym mechanizmu różnicowego, koło pierścieniowe c jest kołem koronowym prawym. Moment obrotowy doprowadzony jest poprzez zespół kół zębatych na jarzmo satelitów b. Niesymetryczne przełożenie takiego mechanizmu różnicowego i_w = - c/a.

Walcowy mechanizm różnicowy może być budowany jako symetryczny lub niesymetryczny. Podstawowa konstrukcja takiego mechanizmu – symetrycznego przedstawiona została na rysunku 5.

rys. 5

Różni się od stożkowego jedynie wykonaniem satelitów w postaci par kół walcowych. Konstrukcja taka nie narusza omówionej wcześniej (w poprzednim artykule) zasady działania stożkowego mechanizmu różnicowego, przy czym zadania stozkowego satelita spełnia para kół walcowych, a kół koronowych – walcowe koła zębate osadzone na końcach półosi napędowych lub wałów doprowadzających moment obrotowy do odpowiednich mostów napędowych. Zarówno długości zębów satelitów, jak i ich położenia są tak dobrane, że każdy satelit częścią długości swych zębów zazębia się z kołem walcowym wyjściowym. Na pozostałej długości zębów satelit współpracuje z drugim satelitem równym mu co do wielkości, który zazębia się z drugim kołem walcowym wyjściowym. Moment obrotowy doprowadzony jest do obudowy mechanizmu różnicowego przekładnią główną walcową lub stożkową, zależnie od konstrukcji zespołu przeniesienia napędu.

Niesymetryczną odmianę walcowego mechanizmu różnicowego, stosowanego wyłącznie jako mechanizm międzyosiowy, przedstawia rysunek 6.

rys. 6

Mechanizm składa się z kół walcowych Z1 i Z2 o różnej wielkości oraz współpracujących z nimi, podobnie jak w omawianym wyżej mechanizmie symetrycznym, walcowych satelitów S1 i S2 również o różnych średnicach, a więc i różnej liczbie zębów. Przykładem konstrukcyjnego rozwiązania mechanizmu różnicowego z kołami zębatymi walcowymi jest mechanizm różnicowy samochodów TATRA, stosowany przez tę fabrykę w konstrukcjach ciężarowych, a w przeszłości również osobowych.

Zależnie od sposobu rozdziału momentu obrotowego na wały wyjściowe oraz rozwiązań konstrukcyjnych można przyjąć podział mechanizmów różnicowych:

• o małym tarciu wewnętrznym
• blokujące

Wszystkie omówione w artykule mechanizmy różnicowe są mechanizmami o małym tarciu wewnętrznym.

Wśród mechanizmów różnicowych blokujących należy rozróżnić mechanizmy z wymuszonym przez kierowcę blokowaniem oraz z blokowaniem samoczynnym, tzw. samoblokujące. Można je z kolei podzielić na:

• mechanizmy różnicowe o zwiększonym tarciu wewnętrznym
• mechanizmy różnicowe o zmiennym przełożeniu
• mechanizmy różnicowe ze sprzęgłami jednokierunkowymi

Poziom skomplikowania konstrukcji mechanizmów różnicowych nie jest jednakowy. W zdecydowanej większości konstrukcji mamy do czynienia z układami prostymi, które zazwyczaj składają się z czterech lub sześciu kół zębatych zamkniętych w obudowie. Wystepują jednak mechanizmy różnicowe, które z racji swojej konstrukcji nazywane są złożonymi. Są to skomplikowane mechanizmy planetarne lub mechanizm różnicowy TorSen, w którym rozdział momentu i prędkości obrotowych realizuje nawet 20 kół zębatych.

Innym, ciekawym rozwiązaniem konstrukcyjnym mechanizmów różnicowych jest zastosowanie w nich dodatkowych sprzęgieł lepkościowych powodujących zwiększenie tarcia wewnętrznego mechanizmu.