Diferenciál

Nedávno jsem na youtube narazil na video. Jedná se o dokumentární film dle popisku vytvořený v roce 1930, který opět potvrzuje to, co bylo již mnohokrát vyřčeno, tudíž že v jednoduchosti je síla a krása. Jistě si hodně z nás vzpomene na staré učebnice angličtiny, především však učebnice technických oborů, ve kterých byla problematika podána srozumitelnou a přehlednou formou, kdežto novější tituly přeplněné vzorci již toto kouzlo postrádají.

Nuže, co nám video sděluje. Je nutno přeskočit jakýsi úvod, od 1:50 to začíná. Pět  jezdců na motocyklech projíždí dráhy představující obvody soustředných kruhů. Aby jezdci jeli stále vedle sebe, musí ten vzdálenější od středu vyvinout vyšší rychlost než ten, který se pohybuje po dráze blíž středu. Jeho obvodová rychlost je tedy nižší. Od 2:25 se na scéně objevuje povoz jedoucí po kruhové trajektorii a právě zde lze tušit význam diferenciálu u dvoustopých vozidel - rozdílná rychlost otáčení vnitřního a vnějšího kola při průjezdu zatáčkou je zde velice dobře patrná. Kola na hnané nápravě musí být nějakým způsobem mechanicky propojena aby byl zajištěn přenos hnací síly na obě strany této nápravy. Přímým mechanickým propojením kol by bylo docíleno stejných rychlostí otáčení, takový vůz by pak žádnou zatáčkou neprojel (spíš by měl snahu jet stále rovně, v případě zatáčení by bližší kolo ke středu poloměru zatáčení mělo snahu na podloží prokluzovat).

Důvod, proč se diferenciál používá je jasný, přibližně od 3:00 začíná popis jeho funkce. 

3:30 - základní součástí modelu jsou kola nápravy automobilu, jejichž náboje jsou spojeny s hnací hřídelí. Tyto hřídele nejsou propojeny, každé kolo se může otáčet nezávisle na druhém libovolným směrem i rychlostí.

4:00 - jestliže mají obě kola stejnou rychlost otáčení, postačí na jejich uvedení do pohybu spojovací tyč - v tomto případě se však nejdená o nic jiného, než o mechanické propojení těchto dvou hřídelí. Tento spojovací člen je následně umístěn na jednu z hřídelí tak, že se muže na této hřídeli volně protáčet, pořád to ale není nějak ono :-), nicméně zde bylo vytvořeno něco jako planetové kolo diferenciálu, na které je přímo přenášena hnací síla motoru.

4:55 - spojka byla poněkud vylepšena, planetové kolo získalo volně se otáčející satelitní kolo, díky čemuž již nejsou hnací hřídele kol pevně svázány, je však evidentní, že z tyček diferenciál postavit nelze (je tam taky vidět proč), upgrade od 5:30 přináší něco, co už se docela podobá ozubeným kolům. Mimoto, je zde krásně vidět důvod, z jakého se v případě že v zimě s autem zapadneme do závěje kolo ve sněhu zběsile točí a kolo na pevném podkladu stojí - zde přichází ke slovu uzávěrka diferenciálu. Diferenciál se totiž snaží udržet oba výstupní momenty shodné, jelikož má ale kolo ve sněhu nižší třecí koeficient, čímž se sníží i trakční síla kola (tedy to, díky čemu má kolo odpich) - dle zákona akce a reakce se v důsledku tohoto sníží i moment působící na dotyčné prokluzující kolo. Jelikož se differenciál snaží udržet oba výstupní momenty shodné, ve výsledku se přenáší na zatížené kolo obdobný záběrný moment jako na kolo prokluzující (proto ten problém s vyhrabaním se ze závěje).

V závěru je naznačena skutečná podoba realizovaná ozubenými koly, tak jak najdeme diferenciál v praxi.