Hogyan működik a differenciálmű?

Egy jármű kanyarodásakor a kanyar külső ívén nagyobb utat tesz meg a kerék, mint a belső íven. A járműveknél az egy merev tengelyen található kerekek azonos fordulatszámon forognak. A váltóból érkező nyomaték mindkét kereket egyformán hajtja meg. Az egyik kerék ezért megcsúszik. Szükség volt tehát egy szerkezetre, amely a kerekek fordulatszám-különbségét kiegyenlíti. Ez a szerkezet a differenciálmű.

A bolygó- és fogaskerekes szerkezet úgy osztja el a bejövő forgatónyomatékot a kerekek között, hogy azok fordulatszámának átlaga mindig megegyezik a kardántengely fordulatszámával, a kerekek viszont a kanyar ívének megfelelően különböző fordulatszámmal tudnak forogni.

A kúpkerék hajtja meg a tányérkereket, amely a forgatónyomatékot a bolygókerekekre viszi át. Onnan a nyomaték a napkerekekre kerül, amelyek a féltengelyhez kapcsolódva a kerekekhez továbbítják azt.

Az alábbiakban modellezzük a differenciálmű működését.

A két kerék külön tengelyen forog. A két féltengely belső végéhez rögzített küllőket a rajtuk keresztbe fektetett keresztrúd mozgatja. A kerekek ezáltal azonos sebességgel forognak és csak együtt mozgathatók.

Ha beépítünk egy forgócsapot, ennek segítségével a keresztrúd elforgatható. Ebben az esetben az egyik kerék akkor is forgatható, ha a másik áll. Azonban amikor túl messzire fordul el, a keresztrúd és a küllő csatlakozása megszűnik és a keresztrúd nem tudja tovább forgatni a küllőket, ezáltal a kerekeket sem.

A folyamatos kapcsolathoz tehát szükség van egy másik keresztrúdra és több küllőre is. Amikor mindkét kerék szabadon forog, a keresztrudak nem forognak, így a kerekek azonos sebességgel haladnak. Ha megállítunk egy kereket, a keresztrudak a szabad kereket tovább tudják forgatni.

Négy küllő esetén túl nagyok a hézagok és szaggatott a mozgás. Azért hogy ezt mérsékeljük, a küllők közötti nagy hézagokat lecsökkentjük úgy, hogy megduplázzuk a küllők számát.

Minél inkább csökkentjük a hézagot a küllők között, tehát minél több küllőt helyezünk be, annál egyenletesebb mozgást érhetünk el.

Ha a küllőket fogaskerekekre cseréljük, a fogaskerekek között lévő kapcsolat stabillá és folytonossá válik.

A fogaskerekek anyagát erősebbre módosítjuk, és máris megkapjuk a differenciálművet. Egy plusz fogaskereket iktatunk be annak érdekében, hogy megosztódjon a tengelyek forgatásához szükséges munka. Ezek a bolygókerekek.

Ahhoz, hogy a szerkezet mozogni tudjon és forgassa a jármű kerekeit, egy tányérkereket kell rögzíteni hozzá, melyet egy, a motor által hajtott kúpkerék mozgat.
A két bolygókerék a tányérkerékhez van rögzítve, ezáltal kétféle mozgásra képes: a jármű egyenes haladásakor együtt forog a tányérkerékkel, kanyarodáskor viszont a saját tengelye körül forog, így egyenlítve ki a két kerék közötti fordulatszám-különbséget.