Hệ thống truyền lực và bộ vi sai (Phần I)

Hệ thống truyền lực và bộ vi sai (Phần I) 24/12/2007 Hệ thống truyền lực trong ôtô có nhiệm vụ truyền công suất từ động cơ đến các bánh xe. Hiện nay, ôtô thường dùng hệ thống dẫn động trong xe FF, FR hoặc xe 4WD, MR. Trong đó, bộ vi sai là một bộ phận quan trọng trong hệ thống dẫn động. Nó giúp cho xe di chuyển ổn định và bảo vệ các lốp xe khi quay vòng. Người ta thường chia hệ thống dẫn động ra làm 2 loại gồm: Xe FF (động cơ đặt trước – dẫn động bánh trước): ở loại này, lực dẫn động từ động cơ đặt theo chiều ngang xe qua hộp số, rồi đến bộ vi sai và cuối cùng đến các bánh xe phía trước. Trong hệ thống này, bánh trước của xe làm hai nhiệm vụ vừa dẫn động cho xe, vừa dẫn hướng cho xe. Ưu điểm của loại này là kết cấu của hệ thống truyền lực đơn giản, gọn nhẹ hơn do không có trục các đăng, do vậy giảm được chi phí chế tạo. Ngoài ra do công suất được truyền trực tiếp vào bánh dẫn động nên độ bám đường tốt hơn, xe di chuyển ổn định hơn, thêm vào đó nó tiết kiệm được nhiên liệu hơn và tăng được diện tích buồng lái. Khác với xe FF, xe FR (động cơ đặt trước – dẫn động bánh sau) công suất từ động cơ qua hộp số, trục các đăng, bộ vi sai rồi mới đến các bánh dẫn động phía sau. Do vậy, đây chính là nhược điểm của nó. Hệ thống dẫn động cồng kềnh hơn khiến cho trọng lượng của xe tăng lên. Tuy nhiên, nó cũng có những ưu điểm nhất định so với xe FF đó là khả năng tăng tốc tốt hơn và giải thoát được bánh trước khỏi nhiệm vụ dẫn động. Ngoài hai hệ thống dẫn động chủ yếu trên, thực tế các nhà sản xuất còn chế tạo các hệ thống dẫn động khác như hệ dẫn động 4 bánh (4WD) và hệ dẫn động với động cơ đặt giữa, cầu sau chủ động (MR). Bộ vi sai Chúng ta đã biết để đưa được lực dẫn động từ động cơ xuống các bánh dẫn động cần phải qua một bộ phận cuối cùng gọi là bộ vi sai, chúng thường được lắp cùng với truyền lực cuối gọi là cầu xe. Bộ vi sai có nhiệm vụ là tiếp tục tăng mômen từ hộp số và phân phối các lực dẫn động đến các bán trục bên trái và bên phải. Ngoài ra vi sai còn tạo ra sự chênh lệch tốc độ quay giữa các bánh xe bên trái và bên phải và giúp cho xe chuyển động êm hơn khi đi vào đường vòng. Một bộ vi sai thường gồm 2 phần cơ bản là truyền lực cuối cùng và truyền lực vi sai. Truyền lực cuối cùng có nhiệm vụ giảm số vòng quay từ hộp số ngang hoặc hộp số dọc, từ đó tăng mômen quay. Truyền lực vi sai có tác dụng khi xe đi vào đường vòng nó tạo ra sự chênh lệch về tốc độ quay giữa các bánh phía trong và phía ngoài, do vậy tránh được hiện tượng trượt của các lốp khi xe quay vòng, giảm độ mòn cho lốp xe và giúp xe quay vòng tốt hơn, ổn định hơn. Sau đây ta sẽ tìm hiểu cấu tạo của các bộ vi sai trong xe FF và FR. Bộ vi sai trong xe FF Bộ vi sai gắn với vỏ hộp số ngang trong xe FF Trong xe FF, động cơ được đặt ngang và bộ vi sai được gắn liền với vỏ hộp truyền lực. Các nhà chế tạo lắp cụm vi sai ở giữa vỏ hộp truyền lực và vỏ hộp số ngang. Chính điều này giúp cho kết cấu của hệ thống gọn nhẹ hơn và giảm chi phí chế tạo. Bánh răng lớn trong bộ vi sai thường là loại bánh răng xoắn, nó tựa trên hai vòng bi bán trục và gắn trên vỏ của hộp số ngang, nhận mômen xoắn trực tiếp từ trục thứ cấp của hộp số ngang. Bánh răng lớn có các trục cố định để gắn bánh răng vi sai. Các bán trục ăn khớp với các bánh răng bán trục bằng then. Thông thường trong bộ vi sai có hai bánh răng vi sai (hay bánh răng hành tinh) để dẫn động cho các bánh răng bán trục, nhưng ở các bộ vi sai dùng cho các động cơ có công suất lớn, có khi dùng đến 4 bánh răng vi sai để dẫn động. Các bánh răng vi sai có thể tham gia cùng lúc hai chuyển động: chuyển động quay cùng với bánh răng lớn khi xe đi thẳng và chuyển động quay quanh trục của nó khi xe đi vào đường vòng. Bộ vi sai trong xe FR Bộ vi sai cầu sau xe Trong thực tế bộ vi sai và truyền lực cuối cùng được lắp thành một cụm và được lắp đặt trực tiếp trong vỏ hộp vi sai, rồi tiếp tục được lắp đặt vào hộp cầu sau, thân xe hoặc khung xe. Bánh răng quả dứa được nhận mômen xoắn từ trục các đăng thông qua một bích nối. Bánh răng quả dứa này được lắp trong vỏ hộp vi sai và lăn trên 2 ổ bi côn có tác dụng hạn chế lực dọc trục phát sinh khi bánh răng quả dứa làm việc. Người ta lắp bánh răng vành chậu liền với vỏ hộp vi sai vào giá đỡ vi sai qua hai vòng bi bán trục. Các bánh răng quả dứa và bánh răng vành chậu là các bánh răng côn xoắn có đường tâm trục lệch nhau vì vậy người ta phải sử dụng loại dầu bánh răng hypoit đặc biệt để bôi trơn cho chúng. Các bánh răng bán trục được lắp vào các bán trục sau bằng rãnh then. Nguyên lý hoạt động của bộ vi sai Nguyên lý hoạt động của bộ vi sai của xe FF hay FR đều gồm hai quá trình như sau: Chiều dài của mũi tên biểu thị cho độ lớn của lực cản, mômen xoắn và tốc độ quay - Khi xe chạy thẳng: do lực cản tác động như nhau lên cả hai bánh xe dẫn động bên trái và bên phải nên các bánh răng vành chậu, bánh răng vi sai và bánh răng bán trục ăn khớp với nhau thành một khối liền để truyền lực dẫn động đến các bánh xe. Các bánh xe dẫn động quay với tốc độ như nhau, mômen xoắn của các bánh răng bán trục bên trái và bên phải như nhau. Chiều dài của mũi tên biểu thị cho độ lớn của lực cản, mômen xoắn và tốc độ quay - Khi xe đi vào đường vòng: do lực cản tác động lên hai bánh dẫn động khác nhau, chẳng hạn như lực cản tác động lên lốp A lớn hơn tác động lên lốp B khiến cho tốc độ quay của lốp A nhỏ hơn tốc độ quay của lốp B. Hay nói khác đi, bên trong bộ vi sai, bánh răng bán trục A quay chậm và bánh răng vi sai phải quay sao cho bánh răng bán trục B phía ngoài quay nhanh hơn. Đó chính là cách mà bộ vi sai giúp cho xe chạy êm qua đường vòng. Như vậy là khi mà bộ vi sai hoạt động nó phân phối mômen khác nhau vào các bánh xe bên trái và bên phải. Trong khi điều này có ưu điểm là làm cho xe chạy được êm qua các đoạn đường vòng thì ngược lại nó lại có nhược điểm là làm giảm lực dẫn động đến cả 2 bánh xe khi mà lực dẫn động lên một bánh xe bị giảm. Hệ thống truyền lực và bộ vi sai (Phần II) 04/01/2008 Bộ vi sai có ba chức năng chính đó là chức năng giảm tốc, chức năng vi sai và chức năng chuyển hướng của lực dẫn động đối với xe FR. Chức năng vi sai sẽ làm việc khi lực cản tác dụng lên một trong hai bánh dẫn động khác nhau. Bài viết sẽ đề cập đến một số cơ cấu hạn chế trượt phổ biến của bộ vi sai trong ô tô. Dưới tác dụng của bộ vi sai, một bánh xe sau quay trơn trong vũng bùn, xe không thể di chuyển được. Giả sử một trong hai bánh xe này nằm trong vũng bùn thì xe không thể chuyển động do tác dụng của bộ vi sai. Câu hỏi đặt ra là phải làm sao hạn chế được tác dụng của bộ vi sai trong trường hợp xe đi qua các vũng bùn trơn? Các nhà chế tạo xe hơi đã đưa vào bộ vi sai một cơ cấu hạn chế tác dụng của bộ vi sai, gọi là bộ vi sai hạn chế trượt (LSD). LSD là một cơ cấu có tác dụng hạn chế tác dụng của bộ vi sai khi một trong hai bánh xe dẫn động bắt đầu có hiện tượng trượt để tạo ra một lực dẫn động phù hợp ở bánh xe kia làm cho xe chạy êm. Có một số loại LSD như sau: a. Loại LSD khớp thuỷ lực: Nó là một loại khớp (ly hợp) thuỷ lực truyền mômen quay bằng sức cản nhớt của dầu, sử dụng sức cản nhớt của dầu này để hạn chế tác dụng của vi sai. Loại LSD khớp nối thuỷ lực này được sử dụng nhiều ở bộ vi sai trung tâm của các xe trong các loại xe 4WD để hạn chế tác dụng của vi sai. Ngoài ra một số ít LSD khớp nối thuỷ lực còn được dùng trong bộ vi sai của các xe FF và FR. b. LSD cảm biến mômen kiểu bánh răng xoắn: Bộ hạn chế trượt này hoạt động chủ yếu nhờ lực ma sát được tạo ra giữa các đỉnh răng của các bánh răng hành tinh và vách trong của hộp vi sai, và ma sát được tạo ra giữa mặt đầu của bánh răng bán trục và vòng đệm chặn. Nguyên tắc làm việc của bộ hạn chế trượt này là làm cho phản lực Ft (được hợp thành từ hai lực gồm phản lực ăn khớp của bánh răng hành tinh và bánh răng bán trục, và phản lực ăn khớp của bản thân các bánh răng hành tinh) có thể đẩy bánh răng hành tinh theo chiều quay của hộp vi sai và tỷ lệ với mômen đầu vào. Do phản lực Ft, lực ma sát được tạo ra giữa đỉnh răng của bánh răng hành tinh và vách trong của hộp vi sai sẽ tác động theo hướng làm bánh răng hành tinh ngừng quay và như vậy tác dụng của bộ vi sai đã được hạn chế. c. Loại LSD cảm nhận mômen quay: Lực hạn chế vi sai được tạo ra từ ma sát cạnh răng giữa các bánh răng bán trục và các trục vít, và ma sát giữa vỏ hộp vi sai, các vòng đệm chặn và các bánh răng bán trục. Trong loại LSD cảm nhận mômen quay này, lực hạn chế vi sai thay đổi mạnh và nhanh theo mômen quay tác động vào nó. Do đó, nếu nhả bàn đạp ga trong khi xe đang quay vòng, bộ vi sai sẽ làm việc êm dịu như một bộ vi sai bình thường. Tuy nhiên, trong trường hợp có mômen lớn hơn tác động, thì lực hạn chế vi sai lớn hơn sẽ được tạo ra. d. Loại có nhiều đĩa: Lò xo nén hình ống được lắp giữa các bánh răng bán trục trái và phải để giữ các vòng đệm chặn luôn ép vào các tấm ly hợp qua các vòng cách và các bánh răng bán trục. Do đó, ma sát được tạo ra giữa các tấm ly hợp và vòng đệm chặn sẽ hạn chế bộ vi sai. Đối với loại vi sai này cần phải dùng loại dầu LSD đặc biệt và tham khảo thêm trong hướng dẫn bảo dưỡng đi kèm. Điều chỉnh các cụm bánh răng. Trong bộ vi sai sử dụng nhiều bánh răng côn xoắn, các ổ bi côn, do vậy khi lắp bộ vi sai, chúng ta phải tiến hành  một số điều chỉnh ban đầu như sau: - Điều chỉnh tải trọng ban đầu của vòng bi bán trục : thường dùng ổ lăn côn trong vòng bi bán trục, nên cần phải điều chỉnh tải trọng ban đầu của các vòng bi bán trục này bằng cách điều chỉnh đai ốc lắp phía ngoài mỗi vòng bi bán trục. - Điều chỉnh tải trọng ban đầu của bánh răng quả dứa: Người ta thường điều chỉnh tải trọng ban đầu của các vòng bi bánh răng quả dứa bằng cách thay đổi khoảng cách các vòng lăn trong của ổ đỡ trước và sau, trong khi cố định các vòng lăn ngoài vào hộp vi sai. Cũng có thể thực hiện việc này bằng cách thay đổi tổng độ dày của các vòng đệm được sử dụng, hoặc đặt áp lực vào vòng cách co giãn (bằng cách vặn chặt đai ốc) để làm thay đổi chiều dài của nó. - Điều chỉnh khe hở ăn khớp bánh răng vành chậu: Điều chỉnh khe hở ăn khớp là điều chỉnh khe hở của bề mặt tiếp xúc giữa bánh răng quả dứa và bánh răng vành chậu. Khi khe hở ăn khớp lớn, điều chỉnh hộp vi sai về phía bánh răng quả dứa, còn khi he hở ăn khớp nhỏ, điều chỉnh theo hướng ra xa bánh răng quả dứa. Sử dụng đai ốc điều chỉnh để thực hiện việc điều chỉnh này. - Điều chỉnh vết tiếp xúc của bánh răng vành chậu: Điều chỉnh vết tiếp xúc răng của bánh răng vành chậu bằng cách sử dụng vòng đệm điều chỉnh để dịch chuyển độ lệch giữa bánh răng quả dứa và bánh răng vành chậu. (mầu da cam trên thanh răng biểu thị vết tiếp xúc chuẩn).