|
CẦU CHỦ ĐỘNG
Cầu chủ động của ôtô bao gồm các bộ phận như truyền lực chính, vi sai, truyền lực cạnh và vỏ cầu. Ở loại dầm cầu cứng vỏ cầu đóng vai trò là dầm cầu. Còn ở hệ thống treo độc lập hộp vỏ cầu là một khối riêng được lắp đặt trên khung, trên dầm ngang sàn xe hay liền khối với hộp số và động cơ.
1. TRUYỀN LỰC CHÍNH
1.1. Công dụng
Dùng để tăng mômen và truyền mômen quay từ trục các đăng đến các bánh xe chủ động của ôtô.
1.2. Phân loại
Truyền lực chính được phân loại như sau:
* Theo số cặp bánh răng:
- Loại đơn: gồm một cặp bánh răng ăn khớp, thường sử dụng trên ôtô du lịch, ôtô tải nhỏ và trung bình;
- Loại kép: gồm hai cặp bánh răng ăn khớp thường sử dụng ở ôtô vận tải trung bình và lớn.
* Theo loại bánh răng:
- Loại bánh răng côn răng thẳng (ít dùng);
- Loại bánh răng côn răng xoắn;
- Loại bánh răng hypoit;
- Loại trục vít bánh vít.
Truyền lực chính thường được bố trí cùng với bộ vi sai vì vậy phần cấu tạo của nó chúng ta sẽ nghiên cứu kết hợp cùng với bộ vi sai.
1.3. Yêu cầu
- Phải có tỉ số truyền cần thiết để phù hợp với chất lượng kéo và tính kinh tế nhiên liệu của ôtô;
- Có kích thước nhỏ gọn để tăng khoảng sáng gầm xe;
- Hiệu suất truyền động cao;
- Đảm bảo có độ cứng vững tốt, làm việc không ồn, tuổi thọ cao;
- Trọng lượng cầu (trọng lượng phần không được treo) phải nhỏ.
2. VI SAI
2.1. Công dụng
Bộ vi sai đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay với tốc độ góc khác nhau khi ôtô quay vòng hoặc khi đi trên đường không bằng phẳng.
2.2. Phân loại
Tuỳ theo các yếu tố căn cứ phân loại, vi sai được phân loại như sau:
* Theo công dụng:
- Vi sai giữa các bánh xe;
- Vi sai giữa các cầu.
* Theo kết cấu:
- Vi sai với các bánh răng côn;
- Vi sai với các bánh răng trụ;
- Vi sai tăng ma sát.
* Theo đặc tính phân phối mômen xoắn:
- Vi sai đối xứng: mômen xoắn phân phối đều ra các trục;
- Vi sai không đối xứng: mômen xoắn phân phối không đều ra các trục.
2.3. Yêu cầu
- Phân phối mômen xoắn giữa các bánh xe hay giữa các trục theo tỉ lệ đảm bảo sử dụng trọng lượng bám của ôtô là tốt nhất;
- Kích thước truyền động phải nhỏ gọn;
- Có hiệu suất truyền động cao.
2.4. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của vi sai
Cấu tạo của truyền lực chính và bộ vi sai được thể hiện trên hình 7.1.
Đây là truyền lực chính một cấp, bánh răng côn xoắn. Truyền lực chính bao gồm bánh răng chủ động 2 (còn gọi là bánh răng quả dứa) và bánh răng bị động 1 (còn gọi là bánh răng vành chậu). Bánh răng chủ động của truyền lực chính được chế tạo liền trục và gối trên vỏ bằng các ổ đỡ. Bánh răng bị động thường được ghép với vỏ bộ vi sai và cũng được gối trên vỏ bằng hai ổ đỡ. Vỏ bộ vi sai (được ghép với bánh răng bị động bằng các bulông) có các lỗ để đặt trục của các bánh răng hành tinh. Trục của bánh răng hành tinh có thể là dạng đơn, dạng ba trạc hoặc chữ thập tuỳ theo số lượng bánh răng hành tinh của bộ vi sai là hai, ba hoặc bốn. Hai bánh răng mặt trời (bánh răng bán trục) được lắp đặt để có thể quay tương đối trong vỏ vi sai. Hai bánh răng mặt trời ăn khớp thường xuyên với các bánh răng hành tinh. Ở giữa của hai bánh răng mặt trời là lỗ có then hoa để ăn khớp với then hoa của hai bán trục.
Nguyên lý làm việc:
- Khi ôtô chuyển động thẳng (hình 7.1.a)
Mômen từ trục các đăng truyền tới trục chủ động sang bánh răng bị động của truyền lực chính đến vỏ bộ vi sai. Khi ôtô chuyển động thẳng trên đường bằng phẳng, sức cản ở hai bánh xe chủ động là như nhau bán kính lăn của hai bánh xe chủ động là như nhau. Khi này các bánh răng hành tinh không quay quanh trục của nó mà chỉ đóng vai trò như một vấu truyền để truyền mômen từ vỏ vi sai đến hai bánh răng mặt trời ở hai phía với cùng mômen và số vòng quay như nhau đến hai bánh xe chủ động.
- Khi ôtô quay vòng (hình 7.1.b)
Giả sử ôtô dang chuyển động quay vòng sang phải, lúc này tốc độ góc của hai bánh xe là khác nhau. Bánh xe bên trái nằm xa tâm quay vòng nên có tốc độ góc lớn hơn bánh xe bên phải nằm gần tâm quay vòng. Thông qua bán trục làm hai bánh răng mặt trời ở phía trái và phía phải cũng có tốc độ góc khác nhau. Trong trường hợp cụ thể này bánh răng mặt trời bên trái quay nhanh hơn bánh răng mặt trời bên phải. Lúc này các bánh răng vệ tinh vừa quay theo vỏ bộ vi sai vừa quay quanh trục của nó bảo đảm cho hai bánh răng mặt trời quay với tốc độ góc khác nhau phù hợp với tốc độ quay khác nhau của các bánh xe chủ động.
Ghi nhớ:
Về động học và động lực học của bộ vi sai cần ghi nhớ hai công thức sau:
n1 + n2 = 2no
M1 = M2 + MMS
Trong đó:
n1, n2 : số vòng quay của bán trục bên trái và bên phải.
M1, M2 : mômen quay ở bán trục bên trái và bên phải.
no : số vòng quay của vỏ vi sai.
MMS : mômen ma sát trong bộ vi sai.
3. CẤU TẠO CỦA MỘT SỐ BỘ VI SAI CÙNG TRUYỀN LỰC CHÍNH
3.1. Truyền lực chính một cấp bánh răng côn - vi sai thường
Loại này thường được sử dụng trên ôtô du lịch có cầu sau chủ động, cấu tạo của nó được chỉ ra trên hình 7.2.
Phần truyền lực chính bao gồm một cặp bánh răng côn xoắn. Trục chủ động chế tạo liền với bánh răng côn xoắn chủ động và được gối trên vỏ bằng hai ổ bi côn. Khoảng cách và cách bố tri hai ổ côn có ảnh hưởng đến độ cứng vững của trục chủ động. Thông thường hai ổ bi côn được bố trí theo chiều như trên hình vẽ sao cho khoảng cách giữa hai tâm chịu lực thực tế là lớn. Bánh răng bị động được ghép cùng với vỏ bộ vi sai bằng các bulông. Trong vỏ bộ vi sai có lắp đặt các trục và bánh răng hành tinh, hai bánh răng mặt trời, các đệm tựa cho các bánh răng mặt trời.
Nguyên lý làm việc chung của truyền lực chính và vi sai giống như đã được trình bày ở trên.
3.2. Truyền lực chính một cấp bánh răng trụ - vi sai thường
Loại này thường được sử dụng trên các ôtô du lịch động cơ đặt trước và cầu trước chủ động (thường chế tạo liền một cụm với động cơ và hộp số). Cấu tạo của loại này được mô tả trên hình 7.3.
Truyền lực chính và vi sai được bố trí kết hợp với hộp số và động cơ thành một khối. Vì động cơ đặt ngang nên tâm trục hộp số song song với tâm trục cầu trước có nghĩa là hướng truyền lực từ trục ra hộp số đến trục vào của truyền lực chính là song song với nhau nên truyền lực chính sử dụng cặp bánh răng trụ. Bánh răng trụ chủ động được lắp trên trục thứ cấp của hộp số còn bánh răng trụ bị động được lắp với vỏ bộ vi sai. trong vỏ vi sai cũng có các trục và bánh răng hành tinh, các bánh răng mặt trời và các đệm điều chỉnh như ở bộ vi sai có truyền lực chính bánh răng côn đã trình bày ở trên.
3.3. Truyền lực chính một cấp bánh răng côn - vi sai tăng ma sát
Đặt vấn đề:
Như chúng ta đã biết, đối với bộ vi sai thường về mặt truyền mômen chúng luôn có mối quan hệ M1 = M2 + MMS. trường hợp một bên bánh xe của cầu chủ động bị trượt do đi vào vùng có hệ số bám rất thấp như bùn lầy hoặc tuyết v.v. Khi đó theo công thức trên thì mômen truyền đến các bánh xe chủ động có giá trị lớn nhất cũng chỉ bằng mômen bám ở bánh xe bị trượt. Giả sử một bánh xe bị trượt quay hoàn toàn thì mômen truyền tới bánh xe còn lại cũng chỉ lớn hơn mômen của bánh xe bị trượt quay một lượng bằng mômen ma sát trong bộ vi sai. Đối với bộ vi sai thường mômen ma sát trong là rất nhỏ vì vậy để tăng mômen truyền đến bánh xe còn bám trên đường tốt thì phải tăng mômen ma sát trong bộ vi sai. Có như vậy xe mới có cơ hội để vượt ra khỏi vùng bùn lầy hoặc tuyết.
Cấu tạo và nguyên lý:
Cấu tạo chung và các chi tiết cụ thể của vi sai tăng ma sát được mô tả trên hình 7.4. Trong bộ vi sai loại này người ta bố trí thêm hai bộ ly hợp ma sát ở hai phía của bộ vi sai, nằm sau bánh răng bán trục. Bộ ly hợp gồm hai loại đĩa: một đĩa gọi là đệm chặn có bốn vấu lồi phía ngoài được lắp vào các rãnh dẫn hướng trên vỏ bộ vi sai; một đĩa khác gọi là đĩa ly hợp có then hoa phía trong để ăn khớp với then hoa trên moayơ bánh răng bán trục. Một lò xo nén được lắp giữa các bánh răng bán trục bên trái và bên phải để tạo lực ép ép các đệm chặn vào đĩa ly hợp qua đế và bánh răng bán trục.
Nguyên lý làm việc của vi sai tăng ma sát như sau:
- Khi ôtô đi trên đường thẳng và hệ số bám của bánh xe với mặt đường ở hai phía là như nhau nên các bánh xe bên trái và bên phải quay cùng tốc độ giống nhau. Khi này vỏ vi sai, các bánh răng bán trục, các bánh răng vi sai, các đệm chặn, các đĩa ly hợp, đế và lò xo nén quay cùng nhau trong một khối giống như ở bộ vi sai thông thường;
- Khi một bên bánh xe rơi vào vùng hệ số bám thấp, bánh xe này sẽ trượt quay. Khi đó sẽ có sự sai lệch lớn giữa tốc độ quay của các bánh xe và bộ vi sai bắt đầu làm việc. Ở bộ vi sai tăng ma sát khi vi sai làm việc có sự quay tương đối giữa bán trục với vỏ vi sai có nghĩa là có sự trượt tương đối giữa các đệm chặn và các đĩa ly hợp của bộ ly hợp ma sát. Do các đĩa của bộ ly hợp bị ép bởi lực lò xo nên khi trượt tương đối với nhau sẽ xuất hiện mômen ma sát. Mômen ma sát này lớn hơn nhiều so với mômen ma sát của vi sai thường nên làm tăng mômen truyền đến bánh xe còn bám trên đường tốt tạo điều kiện để ôtô có thể vượt lên được.
Độ lớn của mômen ma sát phụ thuộc vào sức căng của lò xo. Độ cứng lò xo càng lớn thì mômen ma sát càng lớn.
3.4. Truyền lực chính một cấp - vi sai thường có bộ khoá vi sai
?ể tăng mômen cho cầu chủ động khi một bánh xe bị rơi vào vùng hệ số bám thấp thì người ta đã sử dụng loại vi sai tăng ma sát. Tuy nhiên giá trị mômen ma sát này có giới hạn, phụ thuộc vào lực ép là lò xo. Mômen ma sát lớn nhất đạt được khi bán trục và vỏ vi sai được hãm cứng. Điều này được thực hiện ở những vi sai có cơ cấu khoá cứng vi sai như chỉ ra trên hình 7.5.
?ể khoá cứng vi sai cần phải khoá cứng bán trục với vỏ vi sai. Vì vậy trên moayơ của vỏ vi sai người ta làm then ngoài trên đó lắp khớp gài vi sai có then trong. Khớp gài có thể di trượt dọc theo các rãnh then. Trên bán trục cũng được chế tạo một phần có then ngoài có các kích thước và thông số như then ngoài trên moayơ của vỏ vi sai, vì vậy khớp gài vi sai có thể ăn khớp cả với moayơ vỏ vi sai và bán trục.
Khi ôtô hoạt động trên đường tốt bình thường thì khớp gài vi sai được gặt sang phía bên phải, bán trục và vỏ vi sai quay tự do với nhau, bộ vi sai hoạt động bình thường. Khi một bánh xe của cầu chủ động rơi vào vùng hệ số bám thấp, ôtô không có khả năng vượt ra được thì lúc này cần phải khoá vi sai. Khớp vi sai được gạt sang trái để cùng ăn khớp với then trên bán trục. Lúc này bán trục và vỏ vi sai bị khoá cứng bởi khớp gài vi sai nên bộ vi sai mất tác dụng, mômen từ vỏ vi sai sẽ truyền tới bánh xe còn bám trên đường tốt để xe có khả năng vượt lên được.
?ể điều khiển khớp gài vi sai có thể thực hiện bằng tay, bằng điện, bằng khí nén hoặc tự động và bán tự động.
Trong các trường hợp điều khiển bằng tay, bằng điện, bằng khí nén thì chỉ gài khoá vi sai khi một bánh xe của cầu chủ động rơi vào đường trơn lầy. Còn khi ôtô vượt khỏi vùng trơn lầy hoặc đi trên đường bình thường thì nhất thiết phải mở khoá vi sai.
3.5. truyền lực chính hai cấp - vi sai thường dùng trên xe tải
Ở một số ôtô tải cần có tỉ số truyền của truyền lực chính lớn, người ta sử dụng truyền lực chính loại hai cấp.
Cấu tạo của truyền lực chính loại này được mô tả trên hình 7.6.
Cấp thứ nhất bao gồm cặp bánh răng côn có cấu tạo như trong các truyền lực chính một cấp bánh răng côn đã trình bày. Trong kết cấu này bánh răng côn bị động không lắp lên vỏ vi sai mà được chế tạo liền với một bánh răng trụ nhỏ. Trục mang bánh răng côn bị động và bánh răng trụ nhỏ được gối trên vỏ cầu băng hai ổ bi.
Cấp thứ hai bao gồm một cặp bánh răng trụ: bánh răng trụ nhỏ được chế tạo liền trục với trục bánh răng côn bị động; bánh răng trụ lớn được lắp với vỏ vi sai bằng các bulông.
Bộ vi sai trong kết cấu này cũng có cấu tạo và nguyên lý làm việc tương tự như các bộ vi sai thường đã trình bày ở các mục trên.
3.6. truyền lực chính hai cấp phân chia - vi sai thường dùng trên xe tải
Khi cần tỉ số truyền của truyền lực chính lớn người ta có thể dùng truyền lực chính hai cấp (tập trung) như đã trình bày trong mục 3.5 hoặc sử dụng truyền lực chính hai cấp phân chia như trên hình 7.7. Thực chất của truyền lực chính hai cấp phân chia bao gồm hai bộ truyền: bộ truyền thứ nhất hoàn toàn giống như truyền lực chính một cấp bánh răng côn - vi sai thường; bộ truyền thứ hai là một cắp bánh răng trụ được bố trí cạnh bánh xe chủ động (nên còn gọi là truyền lực cạnh). Bộ truyền thứ hai (truyền lực cạnh) có thể là bộ truyền bánh răng trụ thông thường hoặc có thể là bộ truyền bánh răng trụ dạng hành tinh.
3.7. Khoá đầu trục bánh xe
Trên ôtô du lịch hai cầu chủ động thì từ các trục ra của hộp phân phối được dẫn động đến các bánh xe chủ động bằng trục các đăng, truyền lực chính, bộ vi sai, bán trục. Phần lớn thời gian ôtô chỉ sử dụng một cầu chủ động (thường là phía sau), chỉ trường hợp đi trên đường xấu cần tăng lực bám thì mới gài cầu còn lại (thường là cầu trước) bằng cơ cấu gài trong hộp phân phối. Khi không gài cầu trước nhưng do các cơ cấu dẫn động: trục các đăng, truyền lực chính, vi sai, bán trục vẫn nhận được chuyển động từ các bánh xe trước truyền trở lại nên chúng quay không tải. Để giảm hao mòn, giảm tổn thất công suất cho các chi tiết quay không nói trên người ta sử dụng cơ cấu khoá đầu trục bánh xe để có thể ngắt hoặc gài dòng truyền lực khi cần thiết. Như vậy nếu khi không gài cầu trước và ngắt khoá đầu trục bánh xe thì toàn bộ các chi tiết dẫn động tự hộp phân phối đến bánh xe chủ động phía trước sẽ đứng yên không quay.
Cấu tạo và nguyên lý làm việc của một loại khớp nối đầu trục bánh xe được mô tả trên hình 7.8.
Cơ cấu này gồm các chi tiết chính sau:
Ống răng cố định có then trong để ăn khớp với then của bán trục và có then ngoài để ăn khớp với ống gài.
Moayơ bánh xe có then trong để ăn khớp với then ngoài của ống gài.
Ống gài có then trong để ăn khớp với ống răng cố định và then ngoài để ăn khớp với then trong của moayơ bánh xe.
Bộ phận điều khiển bao gồm vành cam với ba rãnh cam; nắp điều khiển trên đó có ba chốt cam và ba chốt khoá.
Nguyên lý làm việc của cơ cấu như sau:
- Khi gài khoá phải dừng xe, tháo ba chốt khoá và quay nắp điều khiển theo chiều ngược chiều kim đồng hồ (mũi tên kèm chữ ENGAGE trên hình vẽ). Lúc này các chốt cam sẽ trượt trên vành cam để đưa nắp điều khiển đi ra mang theo ống gài đi ra gài ống răng cố định với moayơ bánh xe, cơ cấu được gài.
- Khi mở khóa thì cũng phải dừng xe và làm các thao tác như trên chỉ khác là nắp điều khiển được xoay theo chiều kim đồng hồ (mũi tên kèm theo DISENGAGE).
| 
