Diferenciál (automobil)

Diferenciál je prevodový mechanizmus s dvoma stupňami voľnosti, ktorý automaticky rozdeľuje otáčky a krútiaci moment a tým aj výkon motora na jednotlivé výstupné hriadele. Patrí medzi rozdeľovacie prevodovky. Diferenciál ktorý rozdeľuje výkon medzi dve nápravy vozidla sa nazýva medzinápravový, diferenciál ktorý rozdeľuje výkon medzi dve polosi (ukončené kolesami) rovnakej nápravy sa nazýva nápravový. Principiálne však oba pracujú rovnako.

Jednoduchý čelný diferenciál

Ak sa namiesto kužeľového súkolesia v diferenciáli použijú čelné ozubené kolesá, diferenciál môže byť konštrukčne riešený tak, že satelit zaberá naraz do planétového a korunového kolesa s rôznymi priemermi. Rovnováha síl na kolese satelitu je rovnaká, ako vo vyššie popísanom texte, ale vpyvom rozdielnych ramien síl (menší polomer planétového kolesa a väčší polomer korunového kolesa) je výstupný krútiaci moment na korunovom kolese väčší ako na planétovom. Táto vlastnosť sa využíva pri medzinápravových diferenciáloch, ak je potrebné prenášať krútiaci moment nerovnomerne podľa zaťaženia jednotlivých náprav.

Symetrický čelný diferenciál s vonkajším ozubením

Pri tomto type oba planetové kolesá majú vonkajšie čelné ozubenie s rovnakými rozstupovými priemermi ozubenia a namiesto každého jedného satelitu (ako pri kužeľových) je umiestnený jeden pár satelitov, z ktorého každý zaberá do iného z planetových kolies a oba z páru satelitov (na určitej časti šírky svojho ozubenia) súčasne zaberajú navzájom do seba. Pár satelitov je potrebný preto, nakoľko os rotácie každého čelného satelitu je rovnobežne s hlavnou osou rotácie diferenciálu (pri kužeľových je os rotácie satelitu kolmo) a pomocu jedného satelitu by sa nedosiahlo opačného zmyslu otáčania sa planetových kolies diferenciálu pri rotácii satelitov okolo vlasnej osi (ako u kužeľových). Toto sa dá dosiahnuť len aspoň jedným párom satelitov, ale kvôli vyváženiu sa používajú aspoň dva páry, čiže 4 satelity (namiesto dvoch u kužeľových). Z tohoto vyplýva, že sú z konštrukčného hľadiska menej kompaktné ako kužeľové, ale vylučujú vznik axiálnych síl v ozubení, ktoré sú v kuželovom súkolesí vždy prítomné. Týmto sa znižujú aj požiadavky na presnosť pri montáži, nehovoriac o ich väčšej životnosti, nakoľko aj pri značnom opotrebení takéhoto diferenciálu (opotrebenie ozubenia, vznik axiálnej a radiálnej vôle) ešte je dlhú dobu schopný svojej funkcie, pričom kuželové nie, pretože už pri vzniku malej vôle v jeho súkolesí, sa pri zaťažení tieto kuželové kolesá od seba odtlačia vplyvom axiálnych síl. Tým sa tieto vôle prejavia ako vôle medzi ozubením a nakoľko ide o kuželové ozubenie (nesymetrické, nerovnomerné medzery zubov) môže viesť k hlučnosti až k zaseknutiu a poškodeniu ozubenia. 
Kvôli svojej malej kompaktnosti sa však čelné diferenciály využívajú menej často. Najviac boli využívané v nákladných automobiloch Tatra a teraz firmou Alfa Romeo (v podobe čiastočne samosvorného diferenciálu).

Symetrický čelný diferenciál s vnútornou klietkou satelitov

Ide z hľadiska funkcie o podobný diferenciál než čelný s vonkajším ozubením, ale pri tomto type majú planetové kolesá vnútorné ozubenie a satelity (taktiež v pároch) sú umiestnené vo vnútri diferenciálu medzi planetovými kolesami na klietke satelitov. Tu unášací mechanizmus netvorí klasická vonkajšia, ale vnútorná klietka satelitov. Je to kvôli tomu, pretože tu by bola klasická klietka, ktorá je u ostatných diferenciáloch, konštrukčne neaplikovateľná (vo vnútri je obmedzený priestor). Táto skutočnosť je však jednou z jeho najväčších výhod, pretože nezaberá veľký priestor a je tiež schopná prenášať potrebný krútiaci moment. Pri ostatných diferenciáloch je vonkajšia klietka "zbytočne, ale pritom nutne predimenzovaná". Myslí sa tým to, že aj keď je reálne schopná preniesť ovaľa väčší krútiaci moment než si to daný diferenciál vyžaduje (2 až 5 x väčší) nemôže sa nadimenzovať na menšie rozmery, pretože to nedovoľujú rozmery ozubených kolies vo vnútri diferenciálu. Podľa vyššie uvedených skutočností takýto diferenciál vlastne spája obidve najväčšie výhody kužeľových a čelných diferencálov (kompaktnosť a vylúčenie axiálnych síl), nehovoriac o vnútornom zábere ozubenia satelitu do planetového kolesa (väčší prenos síl v ozubení) a preto je predpoklad, že v budúcnosti bude mať väčšie uplatnenie než čelné s vonkajší ozubením.

Samozverný diferenciál

Samozverný diferenciál je konštrukčne riešený tak, aby bolo možné vzájomné brzdenie vyrovnávacích pohybov vnútri diferenciálu s využitím trecích síl. Príkladom takého riešenia je zaradenie trecích spojok ktoré spájajú trecíe kotúče upevnené na výstupných hriadeľoch s trecími kotučmi spojenými s unášačom. Trecie spojky môžu byť zvierané predpätou pružinou, v tom prípade je trecia sila konštantná, alebo rozvieraním vnútorných pohyblivých súčastí diferenciálu, čo umožňuje aby bolo trenie závislé od aktuálneho zaťaženia diferenciálu. Toto brzdenie vytvára brzdný moment, ktorý sa odoberá z jedného výstupného hriadeľa a pripočítava k druhému výstupnému hriadeľu. Takto aj v prípade, že jedno koleso úplne prešmykuje, je možné na koleso na dobrom povrchu preniesť časť krútiaceho momentu a nepriaznivú situáciu prekonať.

Diferenciál so zaradenou uzávierkou

Uzávierka diferenciálu odoberá diferenciálu jeden stupeň voľnosti. Môže to byť riešené niekoľkými spôsobmi: zablokuje sa satelit (na obrázku zelený) v pevnej polohe oproti unášaču (modrý), spojí sa jedno planétové koleso s unášačom, alebo sa sa spoja obe planétové kolesá. Diferenciál potom predstavuje tuhý celok a ľavé aj pravé planétové koleso sa môžu otáčať iba rovnakými otáčkami. Tým sa zabezpečuje prenos krútiaceho momentu motora k obom nápravam (v prípade mezinápravového diferenciálu) alebo k obom kolesám poháňanej nápravy. Koleso so zníženou adhéziou sa síce ďalej pretáča, súčasne s ním však zaberá druhé koleso na tej istej náprave alebo aj druhá náprava.

Využitie diferenciálov

Klasické terénne automobily majú predný, zadný a mezinápravový diferenciál. Je totiž nutné nielen vyrovnávať otáčky kolies na jednotlivých nápravách, ale tiež zrovnávať rozdelenie hnacej sily medzi obidve nápravy. 
Uzávierka diferenciálu sa aktivuje spínačom na prístrojovej doske, pákou prídavnej prevodovky alebo automaticky. Väčšinou sa sáma vypne pri dosiahnutí určitej rýchlosti, asi pri 20 km/h, aby nedošlo k poškodeniu rozvodov, prípadne havárii. Uzávierkou diferenciálu zadnej nápravy a medzinápravovým je vybavená väčšina off-roadov, uzavierateľný predný diferenciál majú až skutočné terénne automobily.