Elektronická učebnice

Rozvodovky a diferenciály

Rozvodovka společně s diferenciálem v oblasti převodových systémů u automobilu tvoří poslední výstupní část sloužící pro jeho pohon. Tato část přímo přes hnací hřídele pohání hnací kola automobilu. Rozvodovka s diferenciálem se nachází v oblasti hnací nápravy mezi hnacími koly automobilu.
Rozvodovka je někdy nazývána také stálý převod proto, že dále upravuje poměr otáček mezi převodovkou a koly automobilu do pomala. Jedná se o další převod v oblasti převodových systémů, který je používán z důvodu zmenšení poměrů velikosti převodových kol v převodovce, což je důležité pro celkové rozměry převodovky. Proto je nutno převodový poměr dále upravit, neboť by jinak převodovka automobilu dosahovala extrémních rozměrů, což by způsobovalo problém z hlediska konstrukce automobilu.
Dále na základě koncepce automobilu umožňuje dle použitého uložení motoru s převodovkou změnu polohy os mezi vstupním a výstupním hřídelem o 90°. Koncepce automobilu vypovídají o umístění motoru s převodovkou a jejím uložení, které je provedeno příčně nebo podélně. Koncepce rovněž vypovídá o druhu pohonu, zda je poháněna přední či zadní náprava. Podle tohoto uspořádání je provedena konstrukce rozvodovky, která rovněž může být uložena ve společné skříni s převodovkou nebo samostatně.
Úkolem diferenciálu je umožnění rozdílných otáček kol na jedné straně vůči druhé, což je důležité například při průjezdu zatáčkou, kdy vnitřní kolo se otáčí menší rychlostí než vnější. Obvykle se nachází ve společné skříni s rozvodovkou.

Koncepce automobilů

Provedení uspořádání pohonu u automobilů je závislé na základě použité koncepce, podle níž je proveden způsob přenosu otáčivého pohybu z klikového hřídele motoru k hnací nápravě automobilu.
U koncepce s předním pohonem kol a s motorem uloženým vpředu napříč jsou osy hnací nápravy a motoru vůči sobě rovnoběžné. Tudíž u tohoto provedení není zapotřebí měnit úhel vzájemně otáčejících se os u převodového systému automobilu. Tato koncepce je v současnosti používána u většiny osobních automobilů. Zmíněné uspořádání koncepce je znázorněno na následujícím obrázku. Rozvodovka s diferenciálem je uložena ve společné skříni s převodovkou a je zde použito soukolí s čelním převodem.

Obr. 1: Přední pohon

U koncepce s pohonem předních kol a s motorem uloženým vpředu podélně je poloha osy klikového hřídele motoru vůči ose hnací nápravy pootočena o úhel 90°. Z těchto důvodů je zapotřebí provést změnu úhlu polohy os u vzájemně otáčejících se hřídelů. Uvedená změna polohy os se provádí v rozvodovce převodového systému, kdy osa vstupního hřídele vůči ose výstupní svírá úhel 90°. To je umožněno použitím buď kuželového, nebo hypoidního převodu. Rozvodovka s diferenciálem je uložena rovněž ve společné skříni s převodovkou.
Koncepce klasického uspořádání má motor uložen vpředu podélně a pohon zadních kol. U tohoto provedení je zapotřebí rovněž provést již zmíněnou změnu úhlu polohy vzájemně otáčejících se os hřídelů o 90° v převodovém systému, ale navíc je zapotřebí převést krouticí moment z přední části automobilu ke hnací zadní nápravě. U této koncepce tedy navíc přibývá spojovací nebo kloubový hřídel, jinak také známý pod pojmem kardan, který přenáší otáčivý pohyb s krouticím momentem z převodovky uložené s motorem vpředu na rozvodovku zadní hnací nápravy. Z toho plyne použití hypoidního či kuželového převodu u rozvodovky. Dále je rozvodovka s diferenciálem uložena ve vlastní skříni, která je uložena na zadní nápravě vozidla.

Obr. 2: Klasická koncepce

Rozvodovka automobilu

Rozvodovka je u běžných automobilů tvořena soukolím stálého převodu společně s diferenciálem. U klasické koncepce s motorem vpředu a pohonem zadní nápravy je umístěna na zadní nápravě mimo převodovku a u motoru uloženém u hnané nápravy se rozvodovka slučuje do jednoho dílu s převodovkou.

Konstrukce rozvodovky - stálý převod

Stálým převodem u rozvodovky rozumíme čelní nebo kuželové soukolí, jehož účelem je přenos krouticího momentu na diferenciál. Stálý převod je tvořen pastorkem a talířovým kolem. U koncepce s předním pohonem s motorem umístěným napříč se používá soukolí čelní se šikmými zuby, toto soukolí není výrobně náročné.
Při umístění motoru vzadu s pohonem zadních kol je pro stálý převod použito kuželové soukolí se šikmými zuby. Zde se používá typ ozubení Oerlikon s eloidními zuby anebo Gleason se zuby kruhovými. U kuželového soukolí osa pastorku protíná osu talířového kola.

Obr. 3: Diferenciál

U koncepce s klasickým uspořádáním s motorem vpředu a pohonem zadních kol se používá hypoidního soukolí, které patří mezi druhy soukolí šnekového. U hypoidního soukolí osa pastorku neprotíná osu talířového kola, ale je vyosena převážně směrem dolů. Je možno je vyrobit s šikmými i zakřivenými zuby. Výhodou hypoidního soukolí je, že má při stejných rozměrech větší únosnost než soukolí kuželové. Pro udržení dobré účinnosti, která je až 96 %, je nutné dodržet co nejmenší vzdálenost os pastorku a talířového kola.
Zuby hypoidního soukolí vykonávají složený pohyb, kdy se jednak vzájemně odvalují, ale současně se také po sobě posouvají, což ve výsledku vytváří velký měrný tlak. Z tohoto důvodu je nutné použít speciálně aditivované oleje, které jsou označovány písmenem H, např. PP 90 H. Při použití běžného převodového oleje by došlo k rychlému opotřebení soukolí.
Kuželové a hypoidní soukolí se vždy vyrábí jako pár, kdy pastorek přísluší konkrétnímu talířovému kolu a ve výrobě musí být spolu zaběhnuté. Z uvedeného důvodu se při opravách vždy musí měnit talířové kolo společně s pastorkem, a tudíž se nedá libovolně jeden z dílů nahradit dílem z jiného páru. Při takovémto sloučení by došlo ke zničení soukolí. Při montáži tohoto soukolí se musí dodržet správný předepsaný postup, pro nastavení přesné polohy pastorku vůči talířovému kolu.

Diferenciál

U automobilu je diferenciál důležitou součástí převodového systému, který umožňuje rozdělení momentu mezi obě hnací kola nápravy v závislosti na jejich odporu valení. Umožňuje tak plynulou jízdu, obzvláště při průjezdu zatáčkou. Kdyby vozidlo nebylo vybaveno diferenciálem, hrozilo by smýkání vozidla prokluzem kol. V tomto případě by byl jednak narušen bezpečný průjezd zatáčkou a zároveň by se značně opotřebovávaly pneumatiky automobilu.

Konstrukce diferenciálu

Diferenciál je tvořen symetrickým planetovým převodem s kuželovým soukolím, které je uloženo v kleci diferenciálu. Klec diferenciálu je pevně uložena na talířové kolo rozvodovky, kdy krouticí moment od převodovky se přenáší přes soukolí stálého převodu na klec diferenciálu, čímž je unášeč satelitů. Diferenciál je tvořen těmito základními částmi:

Obr. 4: Konstrukce deiferenciálu

1 - Hnací hřídel pastorku stálého převodu – je poháněn od hnaného hřídele převodovky. Jestliže se nachází motor s převodovkou v místě hnací nápravy, rozvodovka a diferenciál jsou vloženy ve společné skříni s převodovkou. Pastorek stálého převodu je uložen přímo na hnaném hřídeli převodovky.
2 - Klec diferenciálu – je pevně uložena na talířovém kole stálého převodu, a proto se při jízdě vozidla společně otáčí s talířovým kolem.
3 - Satelity kuželového diferenciálu – jsou otočně uloženy na čepu satelitů, který je pevně uložen v kleci diferenciálu, tudíž koná společně s klecí otáčivý pohyb kolmo na svou osu.
4 - Planetová kola kuželového diferenciálu – spolu se satelity vytváří kuželové soukolí. Planetová kola jsou přímo uložena na hnacích hřídelích kol automobilů, slouží pro pohon jednotlivých kol.
U diferenciálu může být použito buď dvou, nebo čtyř satelitů, záleží na velikosti přenášeného krouticího momentu u automobilu. Satelity a planetová kola diferenciálu jsou vyráběny s přímými zuby. Při stejném odporu obou kol se točivý moment rozdělí v poměru 50:50, kola se otáčí stejnou rychlostí. Jakmile dojde k odlehčení jednoho kola, tak poměr výkonu se automaticky změní.
Při projíždění zatáčkou se kola automobilu mohou odvalovat přesně podle poloměru zatáčky. Jediným problémem je vysoká mechanická účinnost, kdy při odlehčení jednoho z kol, například při rozjezdu na náledí, se začne přenášet všechen moment na toto kolo a druhé je bez momentu. Automobil má v této situaci problém se rozjet. Z uvedených důvodu se používají různé metody vedoucí k omezení svornosti diferenciálu.

Závěr diferenciálu

Zablokování diferenciálu je důležité pro jízdu v terénu, jedno kolo nemusí být ve styku s povrchem nebo se nachází na kluzkém povrchu. Jinak by došlo k uvíznutí vozidla. Nejjednodušším řešením v tomto případě je mechanické zablokování planetových kol vůči sobě. Diferenciál je tak opatřen přídavným zařízením, které ovládá řidič z babiny pákou nebo elektrickým spínačem.
Uzávěrka diferenciálu se aktivuje na stojícím vozidle, kdy se zasune ozubená spojka do záběru, a tím se pevně propojí obě planetová kola. Moderní provedení umožňují aktivaci uzávěrky i za jízdy, kdy uzávěrka je vybavená synchronizací.

Obr. 5: Uzávěrka diferenciálu

Diferenciály s omezenou svorností

Samočinné omezení svornosti diferenciálu je provedeno buď mechanicky, nebo hydraulicky, a probíhá brzděním planetových kol vůči sobě. Velikost brzdící síly je daná svorností, která se vyjadřuje v procentech, 100 % svornosti vyjadřuje úplné zabrzdění kol vůči sobě. V tomto případě je činnost diferenciálu nulová, stejně jako tomu je u mechanické uzávěrky.
U samosvorného diferenciálu, pracujícího pomocí hydraulického systému se vyznačuje progresivním účinkem, při malém rozdílu otáček planetových kol je brzdicí síla malá, kdežto při zvyšujících se otáčkách se brzdicí síla zvyšuje. Výhodou je pokles ztrát při běžné jízdě. U tohoto systému zubové olejové čerpadlo tlačí olej přes malý otvor, čímž se vytváří odpor. Ke každému planetovému kolu je přidáno jedno zubové kolo čerpadla, kdy při přímé jízdě se obě kola netočí, a tak se žádný samosvorný účinek neprojeví. V případě, že dojde k rozdílnému otáčení planetových kol, začne čerpadlo svoji činnost, a v důsledku toho se obě kola mezi sebou začnou brzdit. Při vyšším rozdílu otáček vyvolá progresivní nárůst odpor proti protáčení.
Samosvorný diferenciál, využívající třecí mechanizmus, pro svoji funkci používá ocelových lamel, podobně jako tomu je u konstrukce mokrých spojek. Při správném předepnutí talířové pružiny dojde k požadované velikosti brzdicí síly. Pro běžné automobily se sportovním zaměřením je obvykle nastavena velikost svornosti přibližně na 35 %. V současnosti se nejvíce používají elektronické systémy, které mohou podle provozních podmínek nastavit svornost diferenciálu od 0 až po 100 %.
Mezi další konstrukční řešení samosvorného diferenciálu patří šnekový diferenciál Torsen. U tohoto systému je soukolí diferenciálu opatřeno šnekovým ozubení, volbou stoupání šneků se určuje svornost. Šnekové soukolí však vnáší vyšší odpor pro otáčení planetových kol. V principu může šnekový převod totiž přenášet moment jen ze strany šnekového kola. Toto provedení diferenciálu je výrobně náročnější, a tak i dražší. Proto není příliš rozšířené a je nahrazováno diferenciálem s viskózní spojkou.