Sok kisebb-nagyobb alapegység működését vizsgáltuk már ebben a rovatban. Legutóbb, közkívánatra az ESP rendszerek működésével foglalkoztunk. Korábban megismertük az ABS működését, de áttekintettük az alapokat a motorok, a váltók és egyéb részrendszer esetében is. Ami még kimaradt, de minden autóban megtalálható, az a differenciálmű, vagy ahogyan a garázsnyelv használja: a difi.

Mire jó?

Egy két nyomon haladó jármű kerekei csak egyenes futás közben pörögnek ugyanakkora sebességgel. Ha kanyarodik, akkor a külső íven gördülő keréknek gyorsabbnak kell lennie, mint a belsőnek, mutatom miért:

Stilizált ábrázolás

A képen a hátsó kerekek vonalait ábrázoltam. Az ívbelső kerék gördülését mutatja a sárga vonal, a külsőt pedig a piros. Egy alapos (kellően nagy) kormányelfordítást ábrázolva jól látható, hogy mennyivel hosszabb úton gördül a külső kerék – tehát a piros vonal sokkal hosszabb lesz. Két ugyanakkora kerületű keréknek különböző sebességgel kell gördülnie a különböző hosszúságú íveken. A különbség pedig idegen szóval differencia, innen ered a berendezés neve is: differenciálmű.

A differenciálmű biztosítja a járművekben, hogy a különböző íveken a kerekek gördülése csúszásmentes legyen. A régebbi villamosok azért „sikítoztak” a kanyarban, mert nem volt bennük differenciálmű.

Nagyon régen megtalálható az interneten a General Motors 1930-as évekből származó videója, amelyen az elsőre bonyolultnak tűnő szerkezet működését a lehető legegyszerűbben magyarázzák el. Természetesen eredeti, angol nyelven követhetjük nyomon a magyarázatot, de aggodalomra semmi ok.

Az első két percet azonnal át is lehet ugrani, ott érdemes bekapcsolódni, amikor az öt motoros bemutatja a kötelékben fordulás művészetét. Ezzel azt próbálják szemléltetni, hogy a külső motorosnak igencsak húzni kell a motor szarvát, míg aki legbelül megy, majdnem elesik, annyira lassan mehet csak. Ugyanez a jelenség figyelhető meg egyébként mazsorett csoportoknál, vagy a formációs táncban is sokszor. Eddig még csak a probléma mibenlétéről beszélünk.

Szekérbemutató

Amíg húztuk a kocsikat, addig ez a probléma nem is nagyon létezett, mert a kerekek egymásról függetlenül forogtak. A gond akkor jelentkezett első ízben, amikor hajtást építettünk a kocsikba. Akkoriban a hátsókerék hajtású kocsik terjedtek el, ezért a videóban is végig ilyet látunk. Amikor feltalálták az elsőkerék meghajtású járműveket, ott már természetes volt, hogy differenciálművet kell beépíteni. Mi most a videó mentén haladva, maradunk a hátsó difik működésének vizsgálatánál. (De azért megnyugtatok mindenkit, hogy az elsők is ugyanígy működnek, csak kicsit más az elrendezésük.)

A következő képsorokon azt láthatjuk, hogy még az automobiloknál sem volt differenciál probléma, mert nem kettő, hanem csak egy, valamelyik oldali kereket hajtotta a motor. Persze a legkisebb kátyú is megakasztotta az autózást, így már érthető, hogy a helyzet megoldás után kiáltott.

Valamelyik kerék csúszni fog, ez így nem maradhat

És akkor feltalálták a differenciálművet, ami úgy képes erőt (nyomatékot) adni a két oldali kerekeknek, hogy azok különböző sebességgel forognak egy íven. 3 perc 30 másodperc környékén indul a lényegi a rész, amelyből könnyedén megérthetjük a működési elvet.

Első körben van 2 db, egymástól teljesen független kerekünk, ezeket szeretnénk egy forrásról, különböző sebességgel meghajtani. Ez a két kerék úgy van befogva, hogy ez lehetséges legyen, emberünk meg is pörgeti őket, mint Singer a varrógépet.

Ezután mindkét kerék kap 1-1 pálcikát. Egy harmadik kis pálcát ezekbe akasztva azonos sebességgel és azonos irányban tudjuk forgatni a kerekeket, eddig még teljesen érthető a dolog.

Most elővesz egy okos szerkezetet, hogy a meghajtó pálcikát ne neki kelljen fognia. Az egyik tengelyre erősíti, de úgy, hogy az teljesen függetlenül képes forogni azon. Ez egy fontos lépés, ha kell, görgessük vissza – annak idején én is megtettem, nem is egyszer.

A probléma még mindig az, hogy ezzel a módszerrel csak azonos sebességgel tudjuk forgatni a két kereket, ezért a pálca közepére újabb szerkezet kerül (a videóban lecseréli az előző alkatrészt) amelynek a középső részén csukló található, így a pálca el tud fordulni ezen a tengelyen, és két vége így különböző mértékben forgatja a kerekeket.

5:15-nél már ott tartunk a videóban, hogy a fenti technikát alkalmazva a kis rendszerünk képes arra is, hogy az egyik kereket teljesen megállítva, a másikat még mindig képes forgatni. Igen ám, csak a középső pálcánk nem végtelen hosszúságú, így a pálcák egyszerűen „kiakadnak” egymásból és a hajtásnak vége.

Bonyolódik a helyzet!

De emberünk nem adja fel! Egy helyett, négy pálcikát tesz a kerekekre is és a hajtásra is. Így, amikor tovább gördül a rendszer, jön a következő pálcika és így tovább. Minél több pálcikát építünk be, a rendszer működése annál zökkenőmentesebb és simább lesz.

A fejlődés nem állhat meg, 6:20-nál már kezdetleges fogaskerekeket láthatunk. Minden korábbi pálcikát, egy-egy fog helyettesít. A harmadik lépésben már igazi fogaskerekekre cseréli az alkatrészeket, míg a működési elven nem változtatnak. Ezeket a fogaskerekeket így együtt már bolygóműnek nevezzük.

Azért, hogy stabilabb legyen a rendszer, az erőbevitelért felelős kereket megduplázzuk. Utolsó lépésként a forgást adó tengelyt (ez fut szabadon az egyik kerék tengelyén) helyettesítjük egy nagy fogaskerékkel, amely a hajtását egy csigaművön keresztül kapja. A csigakerék tengelye, a kardántengely, vagyis a motor és a váltó felől érkező meghajtó tengely.

És kész!

Innentől van még hátra néhány lépés. A szerkezet egyre kisebbé, kompaktabbá és tömörebbé válik, majd megoldják a helytakarékos beépítés kérdését is. Azért nem tökéletes a rendszer. A kiépítés jellegéből adódik, hogy egy kerékre, csak annyi nyomatékot képes küldeni a difi, mint a másikra. Ezért ha pl. az egyik kerék a havon megcsúszik, akkor a másik, jobban tapadó kerékre nulla, azaz 0 hajtás jut. Erre is van megoldás, de erről talán majd máskor értekezünk - megér egy külön cikket.

A film végén két artista segítségével még egy remek szemléltetését láthatjuk a kanyarban különböző sebességgel forgó kerekeknek. Remélem ma is közelebb kerültünk egy lépéssel a járművek működésének megértéséhez.