Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của nội ma sát trong vi sai tới khả năng phát huy lực kéo trên cầu chủ động

Công dụng Vi sai đặt giữa các bánh xe chủ động của một cầu nhằm bảo đảm cho các bánh xe đó quay với vận tốc khác nhau khi xe quay vòng, hoặc chuyển động trên đường không bằng phẳng, hoặ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRỊNH TRUNG DUY

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI MA SÁT

TRONG VI SAI TỚI KHẢ NĂNG PHÁT HUY LỰC KÉO

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI CAM ĐOAN 4

LỜI CẢM ƠN 5

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU 6

DANH MỤC CÁC BẢNG 10

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 11

MỞ ĐẦU 14

1.Lý do chọn đề tài 14

2.Mục đích nghiên cứu 14

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 14

3.1 Đối tượng nghiên cứu 14

3.2 Phạm vi nghiên cứu 14

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 14

5 Phương pháp nghiên cứu 15

6 Cấu trúc của luận văn 15

Chương 1: TỔNG QUAN VỀ VI SAI TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ 16

1 Công dụng và phân loại vi sai 16

1.1 Công dụng 16

1.2 Phân loại 16

1.2.1 Theo công dụng: 16

1.2.2 Theo mức độ tự động: 16

1.2.3 Theo kết cấu: 16

1.2.4 Theo giá trị hệ số hãm vi sai: 17

2 Đặc điểm cấu tạo các loại vi sai điển hình 17

2.1 Vi sai đối xứng ( giữa hai bánh xe sau chủ động ) 17

2.2 Vi sai tăng ma sát 19

2.2.1 Vi sai tăng ma sát bằng ly hợp nhiều đĩa 20

2.2.2 Vi sai tăng ma sát sử dụng bánh răng trụ 22

2.2.3 Vi sai tăng ma sát sử dụng trục vít – bánh vít 23

3 Bôi trơn bộ vi sai 26

4 Nhược điểm của vi sai và các giải pháp khắc phục 26

4.1 Nhược điểm 26

4.2 Các giải pháp khắc phục 27

5 Truyền lực trên ô tô có 2 chủ động và vi sai giữa các cầu 27

5.1 Sự cần thiết của việc bố trí 2 cầu chủ động 27

5.2 Hiện tượng tuần hoàn công suất 28

5.3 Các giải pháp tránh hiện tượng tuần hoàn công suất 30

5.4 Vai trò của vi sai giữa các cầu 30

5.5 Hệ thống truyền lực trên ô tô có 2 chủ động 31

5.5.1 Giới thiệu 31

5.5.2 Phân loại 32

6 Các công trình nghiên cứu đã công bố 35

Chương 2: ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC VI SAI BÁNH RĂNG CÔN 37

1 Quan hệ động học và động lực học trong vi sai [3]: 37

2 Vai trò của nội ma sát trong vi sai 38

3 Một số loại vi sai tăng nội ma sát 42

3.1 Vi sai bánh răng côn 42

3.2 Vi sai cam 43

3.3 Vi sai trục vít 46

4 Ma sát và hiệu suất của cơ cấu hành tinh 49

4.1 Vi sai không có nội ma sát 49

4.2 Vi sai có nội ma sát [1]: 50

5 Gia tốc lớn nhất có thể đạt được 51

Chương 3:ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA NỘI MA SÁT TỚI KHẢ NĂNG PHÁT HUY LỰC KÉO TRÊN CẦU CHỦ ĐỘNG 56

1 Khảo sát ảnh hưởng của nội ma sát tới khả năng phát huy lực kéo trên cầu chủ động của một số xe cơ bản 56

1.1 Xe tải cẩu HD 120, HINO 72013, HINO 72813 56

1.1.1 Thông số kỹ thuật 56

1.1.2 Khảo sát 59

1.2 Xe BMW X5 x DRIVE 35i ( 2 cầu chủ động) 65

1.2.1 Thông số kỹ thuật 65

1.2.2 Khảo sát 66

2 Tính toán khả năng gia tốc tối đa mà xe có thể đạt được 74

2.1 Tính toán khả năng gia tốc của các loại xe khảo sát 75

2.1.1 Cơ sở lý thuyết 75

2.1.2 Tính toán khả năng gia tốc cho các xe HD 120; HINO 72013; 76

HINO 72813 76

2.1.3 Tính toán khả năng gia tốc cho xe BMW X5 x Drive 35i 77

2.1.4 Khảo sát sự phụ thuộc của a x theo các thông số khác 78

3 Đánh giá hiệu quả của nội ma sát trong việc tăng cường lực kéo trong điều kiện đường xá xấu 83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của

PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan Đề tài được thực hiện tại Bộ môn Ô tô và Xe

chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội, các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào

Hà Nội, ngày tháng năm 2014

Tác giả

Trịnh Trung Duy

LỜI CẢM ƠN

Với tư cách là tác giả của luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến

PGS.TS Nguyễn Trọng Hoan, thầy đã hướng dẫn cho em hết sức tận tình và chu

đáo về mặt chuyên môn để em hoàn thành luận văn này

Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn quí thầy, cô và các bạn đồng nghiệp đã giúp đỡ, tạo điều kiện về cơ sở vật chất trong thời gian tôi học và làm luận văn này

Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, những người đã động viên và chia sẻ với tôi rất nhiều trong suốt thời gian tôi học tập và làm luận văn

Tác giả

Trịnh Trung Duy

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC KÝ HIỆU

4 M0 Nm Moment từ trục đầu vào vi sai

5 Mt Nm Moment của bánh xe bên trái

6 Mp Nm Moment của bánh xe bên phải

7 -Pk N Lực kéo tiếp tuyến (ở trục có bánh xe quay

12 n1 v/ph Vận tốc của bán trục bên trái

13 n2 v/ph Vận tốc của bán trục bên phải

14 M1 Nm Moment của bán trục bên trái

15 M2 Nm Moment của bán trục bên phải

16 M0 Nm Moment của trục đầu vào bộ vi sai

17 Mms Nm Moment ma sát của vi sai

18 Nms Năng lượng ma sát của vi sai

19 0 rad/s Vận tốc góc của trục đầu vào bộ vi sai

20 1 rad/s Vận tốc góc của bán trục bên trái

21 2 rad/s Vận tốc góc của bán trục bên phải

22 Pk1 N Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe bên trái

23 Pk2 N Lực kéo tiếp tuyến của bánh xe bên phải

24 Pkmax N Lực kéo lớn nhất có thể phát huy trên cầu chủ

động

25 G N Trọng lượng tác dụng lên cầu chủ động

26  Hiệu suất của bộ vi sai

28  Góc ăn khớp của các bánh răng trong vi sai

29 rb mm Bán kính vòng lăn trung bình của bánh răng đầu

bán trục

30 rd mm Bán kính trung bình của mặt côn

31 rmd mm Bán kính trung bình ở mặt đầu của đĩa côn

32 rh mm Bán kính trung bình của mặt tì của các bánh răng

hành tinh

33  độ Góc vát trên các trục của bánh răng hành tinh

trong vi sai bánh răng côn tăng ma sát

34 R mm Bán kính điểm đặt lực tại mặt vát trên vỏ vi sai

35 zb Số răng của bánh răng đầu bán trục

36 zh Số răng của bánh răng hành tinh

37 F N Lực tác dụng lên con trượt từ vòng cách 1

38 F1 N Lực tác dụng lên con trượt từ vòng 3

39 F2 N Lực tác dụng lên con trượt từ ống 4

41 F2 Hình chiếu của lực F2

42 cd N/mm2 Ứng suất chèn dập

43 1 Bán kính cong của các bề mặt tiếp xúc và các

cam tại điểm đặt lực F1

44 2 Bán kính cong của các bề mặt tiếp xúc và các

cam tại điểm đặt lực F2

45 l mm Độ dài của vết tiếp xúc giữa con trượt và cam

dọc theo đường sinh của biến dạng cam

46  Hiệu suất truyền động của tất cả các cặp bánh vít

- trục vít nối tiếp nhau trong vi sai trục vít

47 12 Hiệu suất truyền động của cặp bánh vít - trục vít

57 M Nm Moment trục đầu vào của cơ cấu hành tinh

58 M1 Nm Moment trục đầu ra thứ 1 của cơ cấu hành tinh

59 M2 Nm Moment trục đầu ra thứ 2 của cơ cấu hành tinh

60 r Tỉ số truyền động học của cơ cấu hành tinh

61 h mm Trọng tâm theo chiều cao

62 L mm Chiều dài cơ sở

63 Z1, Z2 N Phản lực thẳng đứng tại các cầu ở trạng thái tăng

70 i Hệ số phân bô lực kéo

71 Pktrmax N Lực kéo lớn nhất ở cầu trước

72 Pksmax N Lực kéo lớn nhất ở cầu sau

73 a0 ; b0 mm Trọng tâm ô tô theo chiều dọc khi không tải

74 hg*c mm Trọng tâm ô tô theo chiều cao khi không tải

75 a ; b mm Trọng tâm ô tô theo chiều dọc khi đầy tải

76 hg**c mm Trọng tâm ô tô theo chiều cao khi đầy tải

DANH MỤC CÁC BẢNG

Tên các bảng

Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật cơ bản của xe HD120

Bảng 3.2:Thông số kỹ thuật cơ bản của xe HINO 72013 Bảng 3.3:Thông số kỹ thuật cơ bản của xe 72813

Bảng 3.4:Thông số kỹ thuật cơ bản của xe

BMW X5 x Driver 35i

Bảng 3.5 : Bảng kết quả tính toán trọng tâm ô tô

Bảng 3.6 :Thông số kỹ thuật cơ bản của xe HD 72 Bảng 3.7 :Bảng kết quả tính toán lực kéoPkmax theo k của xe HD 72

Bảng 3.8 :Bảng kết quả tính toán lực kéo Pkmax theo k của xe HD 72

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Tên các hình và đồ thị

Hình 1.1: Vi sai đối xứng loại hai bánh răng hành tinh

Hình 1.2: Cấu tạo bộ vi sai đối xứng loại hai bánh răng hành tinh

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ khóa vi sai

Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai tăng ma sát sử dụng 1 khớp ma sát

Hình 1.5: Kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng hai khớp ma sát

Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai tăng ma sát sử dụng bánh răng trụ

Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng trục vít – bánh vít

Hình 1.8: Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao loại vi sai cam

Hình 1.9: Sơ đồ minh họa hiện tượng tuần hoàn công suất

Hình 1.10 : Bố trí vi sai trên xe 2 cầu chủ động

Hình 1.11: Truyền lực trên 4WD loại không thường xuyên

Hình 1.12 Truyền lực trên 4WD loại thường xuyên

Hình 2.1: Sơ đồ vi sai bánh răng côn đối xứng

Hình 2.2 :Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa x và k

Hình 2.3: Vi sai tăng nội ma sát

Hình 2.4: Vi sai cam với các cam bố trí theo hướng kính

Hình 2.5: Sơ đồ lực tác dụng lên con trượt

Hình 2.6: Vi sai trục vít

Hình 2.7 Sơ đồ nguyên lý của cơ cấu hành tinh 3 khâu

Hình 2.8 Sơ đồ tính toán ô tô khi tăng tốc

Hình 2.9 Đồ thị biến thiên gia tốc cực đại của ô tô theo hệ số bám

Hình 3.1: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k.với min = 0,1

Hình 3.2: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k.với min = 0,2

Hình 3.3: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k.với min = 0,3

Hình 3.4: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k.với min = 0,4

Hình 3.5: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,1

Hình 3.6: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,2

Hình 3.7: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,3

Hình 3.8: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,4

Hình 3.9: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,1

Hình 3.10: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,2

Hình 3.11: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,4

Hình 3.12: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,6

Hình 3.13: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,1

Hình 3.14: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,2

Hình 3.15: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,4

Hình 3.16: Đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa Pkmax và k với min = 0,6

Hình 3.17: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên ax/g

Hình 3.18: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên ax/g.(i =0,6)

Hình 3.19: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên

ax/g.(i =0,7)

Hình 3.20: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên

ax/g Khi tăng L (với i =0,6)

Hình 3.21: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên

ax/g Khi tăng L (với i =0,7)

Hình 3.22: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên

ax/g Khi giảm L (với i =0,6)

Hình 3.23: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên

ax/g Khi giảm L (với i =0,7)

Hình 3.24: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên ax/g Khi tăng h (với i =0,6)

Hình 3.25: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên ax/g Khi tăng h (với i =0,7)

Hình 3.26: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên ax/g Khi giảm h (với i =0,6)

Hình 3.27: Đồ thị quan hệ giữa hệ số lực kéo x và gia tốc không thứ nguyên ax/g Khi giảm h (với i =0,7)

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ô tô là một phương tiện giao thông quan trọng trong các loại phương tiện giao thông đường bộ, nó không những đa dạng về chủng loại mà còn là một phương tiện vận chuyển dễ dàng trên mọi địa hình với giá thành thấp Ngày nay, các hãng sản xuất ô tô luôn hoàn thiện sản phẩm của mình để đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng cũng như sự phát triển của xã hội Ô tô ngày nay được trang bị những hệ thống hiện đại nhằm cải thiện tính năng của ô tô như: tăng tính an toàn cho ô tô, tăng khả năng tiết kiệm nhiên liệu, kiểm soát lực kéo …vv Ngoài các hệ thống trên, thì các nhà sản xuất ô tô còn phát triển hệ thống truyền lực cuối cùng nhằm nâng cao hiệu suất truyền lực và tăng khả năng phát huy lực kéo trên ô tô.Trong đó bộ vi sai là yếu tố cấu thành quan trọng nhất

Để tìm hiểu mức độ ảnh hưởng của bộ vi sai đối với khả năng phát huy lực

kéo trên cầu chủ động của ô tô, em chọn đề tài “Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng

của nội ma sát trong vi sai tới khả năng phát huy lực kéo trên cầu chủ động”

để làm luận văn tốt nghiệp

2 Mục đích nghiên cứu

Đánh giá ảnh hưởng của nội ma sát trong vi sai ô tô tới khả năng phát huy lực kéo trên cầu chủ động của ô tô

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là các loại vi sai trong cầu chủ động của

ô tô và vi sai giữa các cầu

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Động học và động lực học các loại vi sai;

Phương pháp tính toán, đánh giá ảnh hưởng của nội ma sát tới khả năng phát huy lực kéo cho một số loại ô tô

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu kết cấu của bộ vi sai bánh răng côn

Tìm hiểu quan hệ động học và động lực học trong vi sai, vai trò của nội ma sát trong vi sai

Đánh giá hiệu quả của nội ma sát trong việc tăng cường lực kéo trong điều kiện đường xá xấu

Tính toán, đánh giá hiệu quả của nội ma sát trong việc tăng cường lực kéo cho một số xe cụ thể trong các điều kiện đường xá khác nhau

Xác định gia tốc tối đa mà ô tô có thể đạt được khi sử dụng vi sai có nội ma sát

Xác định hệ số hãm vi sai hợp lý cho một số loại xe

Xây dựng đồ thị quan hệ giữa hệ số hãm vi sai, hệ số khóa vi sai và lực kéo tại các bánh xe chủ động

Xây dựng đồ thị quan hệ giữa hệ số bám hiệu dụng và gia tốc lớn nhất có thể đạt được

Đưa ra nhận xét sự ảnh hưởng của nội ma sát trong vi sai tới khả năng phát huy lực kéo trên cầu chủ động

5 Phương pháp nghiên cứu

Hệ thống hóa, phân tích nhiệm vụ và kết cấu của một số loại vi sai thông thường và vi sai có nội ma sát

Tìm hiểu động học và động lực học của vi sai bánh răng côn thông thường và

vi sai bánh răng côn có nội ma sát

Tiến hành tính toán, đánh giá hiệu quả của nội ma sát trong việc tăng cường lực kéo cho một số xe lựa chọn tham khảo trong các điều kiện đường xá khác nhau

6 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được thể hiện trong ba chương:

Chương 1: Tổng quan về vi sai trong hệ thống truyền lực ô tô

Chương 2: Động học, động lực học vi sai bánh răng côn

Chương 3: Đánh giá ảnh hưởng của nội ma sát tới khả năng phát huy lực kéo trên cầu chủ động

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ VI SAI TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC Ô TÔ

1 Công dụng và phân loại vi sai

1.1 Công dụng

Vi sai đặt giữa các bánh xe chủ động của một cầu nhằm bảo đảm cho các bánh xe đó quay với vận tốc khác nhau khi xe quay vòng, hoặc chuyển động trên đường không bằng phẳng, hoặc có sự khác nhau giữa bán kính lăn của hai bánh xe, đồng thời phân phối lại moment xoắn cho hai nửa trục trong các trường hợp nêu trên

Vi sai đặt giữa các cầu chủ động có công dụng phân phối moment xoắn cho các cầu theo yêu cầu thiết kế nhằm nâng cao tính năng kéo của xe có nhiều cầu

1.2 Phân loại

1.2.1 Theo công dụng:

- Vi sai giữa các bánh xe

- Vi sai giữa các cầu

- Vi sai giữa các truyền lực cạnh

1.2.4 Theo giá trị hệ số hãm vi sai:

- Vi sai ma sát trong nhỏ (k = 0 0,2)

- Vi sai ma sát trong lớn (k = 0,21 0,7)

- Vi sai hãm cứng (k > 0,7)

2 Đặc điểm cấu tạo các loại vi sai điển hình

2.1 Vi sai đối xứng ( giữa hai bánh xe sau chủ động )

Loại vi sai này có ma sát trong nhỏ, trong các loại vi sai hiện nay phần lớn dùng loại này Sự khác nhau của vi sai đối xứng lắp trên xe này hay xe khác là ở số bánh răng vi sai, ở kết cấu vỏ vi sai và các bánh răng bán trục

Trên ôtô du lịch thường dùng loại vi sai đối xứng với hai bánh răng hành tinh

và vỏ vi sai liền, không tháo rời để đảm bảo vững chắc Trên ôtô tải thường có bốn bánh răng hành tinh và vỏ vi sai tháo rời được

Vỏ vi sai giữ vòng răng, bộ bánh răng hành tinh và đầu trong cùng của bán trục, chúng được cố định và quay trong bán trục Vỏ vi sai được chế tạo bằng gang rèn, bằng gang hợp kim hoặc bằng thép 45

Ổ bi vỏ vi sai được lắp giữa phần ngoài cùng vỏ vi sai và vỏ cầu Mặt bích trên vỏ vi sai để gắn bánh răng bị động của truyền lực chính Hai nửa vỏ vi sai gắn chặt bánh răng bị động bằng bulông hay đinh tán

Bộ bánh răng hành tinh hay bộ bánh răng vi sai gồm có hai bánh răng côn bán trục và hai bánh răng hành tinh (bánh răng quay trơn của bộ vi sai trong vi sai hai bánh răng hành tinh) Bộ bánh răng hành tinh được lắp trong vỏ vi sai, chúng là những bánh răng côn nhỏ

Một trục nhỏ xuyên qua hai bánh răng hành tinh (hoặc trục chữ thập xuyên qua bốn bánh răng hành tinh) và vỏ vi sai Hai bánh răng bán trục ăn khớp với đầu trong bán trục bằng then hoa

Để tăng khả năng kéo và khả năng thoát lầy của ô tô người ta bố trí thêm cơ cấu khóa vi sai (điều khiển bằng cơ khí hoặc bằng điện tử)

Dẫn động khóa vi sai loại cơ khí có cần gạt bố trí trên dầm cầu chủ động hoặc đặt cạnh người lái Loại này có nhược điểm là sử dụng khi ôtô đã bị trượt quay

và không có khả năng tự chuyển động nữa Sau khi ôtô vượt được đoạn trượt quay rồi, người lái phải trả cần gạt ngay về vị trí cũ Nếu không, khi ôtô chuyển động trên đường với cơ cấu vi sai đã hãm cứng làm mòn lốp nhanh, có thể gãy bán trục và khó quay vòng

Hình 1.3 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ khóa vi sai

Trên các ôtô hiện nay hay dùng cơ cấu khóa vi sai cưỡng bức điều khiển bằng điện tử Khi bật công tắc điều khiển khóa hãm vi sai, hộp điều khiển điện tử (ECU), điều khiển bộ chấp hành khóa vi sai lắp trên vỏ cầu sẽ đẩy khớp càng cua bên trong cầu làm khớp trượt trên then hoa bán trục nối cứng các bán trục với vỏ vi sai

Bộ chấp hành khóa vi sai có động cơ điện dùng để đẩy khớp trượt Hoạt động của động cơ điện được thực hiện theo tín hiệu từ hộp ECU Dựa trên các tín hiệu từ công tắc, các cảm biến như: cảm biến tốc độ

Ngoài cách sử dụng cơ cấu khóa vi sai, để tăng thêm tính việt dã và tiện lợi trong việc điều khiển người ta còn sử dụng vi sai tăng nội ma sát

Tăng tính chất động lực ôtô, dùng vi sai có ma sát (tăng ma sát) bằng cách tạo ra ma sát phụ trên đường truyền lực từ bán trục trái sang bán trục phải

Vi sai tăng ma sát cung cấp lực truyền động tới cả hai bánh xe trong suốt thời gian xe chạy Chuyển đổi một phần moment xoắn chủ động tới cả hai bánh xe trượt

Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai tăng ma sát sử dụng 1 khớp ma sát

Khi có sự quay tương đối giữa vỏ và bánh răng bán trục sẽ xuất hiện lực ma sát giữa các đĩa nhờ vậy bộ ly hợp này có tác dụng khóa vi sai trong một giới hạn cố định Nếu sự trượt giữa các đĩa tăng lên, khớp ma sát chỉ tăng mô men ma sát tới giới hạn nhất định

Với bộ khóa vi sai đơn khi xe đi trên đường có chênh lệch hệ số bám lớn, khả năng động lực ở các bánh xe sẽ tốt hơn so với loại vi sai ma sát trong thấp Chất lượng động lực học phụ thuộc vào khả năng tạo ma sát của cơ cấu khóa, nếu giá trị

ma sát lớn sẽ làm hạn chế sự sai khác tốc độ góc của bánh xe, nếu giá trị ma sát quá nhỏ thì không cải thiện được chất lượng động lực học của ô tô

Loại vi sai này moment ma sát sinh ra do sự tiếp xúc của các đĩa ma sát khi

có sự chênh lệch tốc độ của hai bánh xe, loại này có hệ số hãm vi sai k = Mms / Mo

k = 0.15 ÷ 0.3

b Loại sử dụng hai khớp ma sát

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cấu trúc này tương tự như loại vi sai sử dụng một khớp ma sát Trên xe bố trí hai khớp vi sai đối xứng, khóa bánh răng bán trục với vỏ vi sai

Các khớp ma sát nằm giữa đáy của bánh răng bán trục với mặt đầu của vỏ vi sai, bao gồm các đĩa răng trong và các đĩa răng ngoài Phần sát với vỏ vi sai đặt một

lò xo đĩa, đóng vai trò tạo lực ép Giữa lò xo đĩa và đĩa răng sát nó có một đĩa trơn đóng vai trò đĩa ép

a) b)

Hình 1.5: Kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng hai khớp ma sát a)Mặt cắt cầu xe có bộ vi sai 2 khớp ma sát; b)Chuỗi kết cấu bộ vi sai 2 khớp ma sát

Loại vi sai này hệ số hãm vi sai k = Mms/Mo= 0.15÷0.3

Do tính chất đối xứng của kết cấu nên tải trọng tác dụng vào hai bán trục và bánh răng bán trục đồng đều, kết cấu của ly hợp khóa bớt cồng kềnh

Vì không thay đổi được moment ma sát giới hạn do vậy với loại vi sai này khả năng động lực học của xe bị hạn chế

2.2.2 Vi sai tăng ma sát sử dụng bánh răng trụ

Các bánh răng bán trục và các bánh răng hành tinh trong bộ vi sai này đều là bánh răng trụ Hai bánh răng trụ bán trục ăn khớp then hoa với hai bán trục trái và phải Bộ vi sai này sử dụng ba cặp bánh răng trụ hành tinh đặt cách đều nhau 120o Mỗi cặp bánh răng hành tinh hai bánh răng trụ sẽ ăn khớp với nhau và đều có trục quay lắp trên vỏ bộ vi sai

Hình 1.6: Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai tăng ma sát sử dụng bánh răng trụ

Khi xe chuyển động thẳng tức là vận tốc góc ở hai bên bánh xe bằng nhau hoặc lực cản tại hai bên bánh xe bằng nhau thì vận tốc góc của hai bánh răng bán trục bằng nhau Khi đó các bánh răng hành tinh chỉ quay quanh tâm trục của bánh răng bán trục mà không quay quanh trục của chúng

Khi có sự sai lệch tốc độ ở hai bánh xe hoặc các lực cản của hai bánh xe khác nhau thì vận tốc góc của hai bánh răng bán trục khác nhau Do đó moment trên các bánh răng bán trục khác nhau Nếu bánh xe bên phải quay nhanh hơn bánh xe bên trái thì giá trị mô men Mt – Mp làm quay các bánh răng vi sai quanh trục của nó Như vậy các cặp bánh răng vi sai vừa quay quanh trục của nó vừa quay quanh tâm trục của bánh răng bán trục

Giá trị moment ma sát trong bộ vi sai bánh răng trụ ngoài phụ thuộc vào sự sai tốc của các bánh răng bán trục còn phụ thuộc vào góc nghiêng răng của bánh răng mặt trời và bánh răng vi sai

2.2.3 Vi sai tăng ma sát sử dụng trục vít – bánh vít

Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng trục vít –

bánh vít trên hình 1.7

Hình 1.7: Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng trục vít – bánh vít

Hai bánh vít bán trục ăn khớp then hoa với hai bán trục trái và phải Bộ vi sai này sử dụng ba cặp trục vít hành tinh đặt cách đều nhau 120o Mỗi cặp trục vít hành tinh sẽ ăn khớp với nhau nhờ hai vành răng trụ hai đầu mỗi trục vít Trong một cặp trục vít hành tinh có trục vít bên trái và bên phải sẽ ăn khớp với bánh vít bán trục trái và phải Các cặp trục vít hành tinh đều có trục quay lắp trên vỏ bộ vi sai

Khi xe chuyển động thẳng tức là vận tốc góc ở hai bên bánh xe bằng nhau hoặc lực cản tại hai bên bánh xe bằng nhau thì vận tốc góc của hai bánh vít bán trục bằng nhau Khi đó các trục vít hành tinh chỉ quay quanh tâm trục của bánh vít bán trục mà không quay quanh trục của chúng Khi đó mô men chia ra các bánh xe chủ động bằng nhau

Khi có sự sai lệch tốc độ ở hai bánh xe hoặc các lực cản của hai bánh xe khác nhau thì vận tốc góc của hai bánh vít bán trục khác nhau Do đó moment trên các bánh vít bán trục khác nhau Nếu bánh xe bên phải quay nhanh hơn bánh xe bên trái thì giá trị mô men Mt - Mp làm quay các trục vít hành tinh quanh trục của nó Như vậy các cặp trục vít hành tinh vừa quay quanh trục của nó vừa quay quanh tâm trục của bánh vít bán trục

Loại vi sai này mô men ma sát sinh ra chủ yếu do sự ăn khớp của các cặp trục vít hành tinh và sự ăn khớp giữa các trục vít hành tinh với bánh vít bán trục, hệ

số khóa vi sai của loại vi sai này nằm trong khoảng: k = 0.3÷0.8

2.2.4 Vi sai tăng ma sát sử dụng cam

Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao dạng cam hình 1.8

Hình 1.8: Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao loại vi sai cam

1.Bánh răng vành chậu 6.Thân vành cam 11.Lỗ thông hơi 16.Giá đỡ liên kết 2.Mặt vát con trượt 7.Vành cam trong 12.Chốt tì 17.Then hoa trong 3.Bán trục trái 8.Con trượt dãy 1 13.Con trượt dãy 2 18.Then hoa ngoài 4.Then hoa 9.Vỏ vi sai 14.Bán trục phải 19.Vành cam ngoài

5 Ổ bi 10.Vành bi trượt 15.Vành cam

Loại vi sai này có hai dãy các vấu cam và con trượt Vi sai bao gồm: vành cam ngoài, vành cam trong, vòng cách, các con trượt và vỏ vi sai Vòng cách là bộ phận chủ động của bộ vi sai, nó lắp với bánh răng vành chậu, là nửa bên trái vỏ vi sai, ở thân vòng cách có gia công hai dãy lỗ thông để lắp các con trượt Mỗi dãy lỗ gồm 12 lỗ hướng kính và các lỗ trên hai dãy được đặt so le với nhau Vành cam

trong cũng gồm hai dãy cam, mỗi dãy có 6 vấu cam như nhau và hai dãy này cũng

bố trí so le nhau nửa bước

Ở moay ơ của vành cam trong có then hoa để lắp then hoa với bán trục trái Vành cam ngoài chỉ có một dãy cam gồm 6 cam lõm có hình dạng và kích thước như nhau Moay ơ cam ngoài có lỗ then hoa để lắp then hoa với bán trục bên phải,

có lỗ dầu vào bôi trơn cho vi sai

Hai bốn con trượt được lắp vào hai dãy lỗ của vòng cách, ở mặt trong của vòng cách người ta có đặt vòng chặn để chống xoay các con trượt và giữ cho đúng trong lỗ vòng cách khi lắp ráp Các con trượt đều có một đầu tì vào các vấu của vành cam trong và đầu ngoài tì vào vấu của vành cam ngoài

Vành cam trong và vành cam ngoài đóng vai trò như các bánh răng bán trục trái, phải, vòng cách giống như trục vi sai, các con trượt giống như các bánh răng vi sai

Khi xe chuyển động thẳng hoặc các điều kiện cản ở bánh xe như nhau các con trượt đóng vai trò là vi sai, chúng giữ cho vòng cách, vành cam trong, vành cam ngoài thành một khối, mô men xoắn được phân đều ra hai bán trục

Khi xe chuyển động quay vòng hoặc các điều kiện cản ở hai bên bánh xe khác nhau thì giữa vành cam trong và vành cam ngoài có chuyển động tương đối với nhau

Các con trượt khi đó ngoài chuyển động quay cùng vòng cách chúng còn dịch chuyển tịnh tiến dọc trục của chúng và trượt lên các bề mặt cam của vành cam trong và vành cam ngoài Các chuyển động tương đối đó làm phát sinh lực ma sát giữa hai đầu con trượt với vành cam trong và vành cam ngoài Bánh xe bên có lực cản lớn sẽ quay chậm, bên có lực cản nhỏ sẽ quay nhanh Lực ma sát tác dụng lên vành cam quay chậm cùng chiều với lực vòng tác dụng lên nó, còn lực ma sát tác dụng lên vành cam quay nhanh ngược chiều với lực vòng tác dụng lên nó Kết quả

là moment xoắn truyền đến bánh xe quay chậm được tăng lên và ngược lại Điều này giúp tăng khả năng động lực học của xe

Moment ma sát của loại vi sai này có dạng xung nhọn, giá trị mô men ma sát

ở đỉnh xung có thể đạt tới 80% giá trị mô men Mo

3 Bôi trơn bộ vi sai

Dầu nhớt bôi trơn bộ vi sai thường dùng là dầu bánh răng SAE (80– 90)W, dùng giảm ma sát giữa các bộ phận chuyển động của cầu Vòng răng quay vẩy tung dầu lên các bộ phận chuyển động để ngăn ngừa sự mài mòn

Bộ vi sai tăng ma sát thường yêu cầu dùng dầu bôi trơn đặc biệt Nó cần cho việc ăn khớp của ly hợp Các đĩa ma sát sẽ không hoạt động đúng chức năng khi dùng dầu bôi trơn bình thường

Thông hơi bộ vi sai:

Ống thông hơi bộ vi sai làm thoát áp lực hoặc chân không trong và ngoài vỏ cầu với sự thay đổi của nhiệt độ

Không có ống thông hơi, áp lực làm dầu bôi trơn bộ vi sai nóng lên tới nhiệt

độ nở ra Dầu sẽ phun ra ngoài phốt chắn dầu của bán trục hay ở phốt chắn dầu của bánh răng chủ động ở truyền lực chính

4 Nhược điểm của vi sai và các giải pháp khắc phục

4.1 Nhược điểm

Bộ vi sai là một thiết bị dùng để chia mô men xoắn của động cơ thành hai đường, cho phép hai bên bánh xe quay với hai tốc độ khác nhau Khi chiếc xe chuyển động thẳng trên đường, cả hai bánh xe cùng quay với một tốc độ như nhau Bánh răng ở đầu vào sẽ làm vành răng và vỏ vi sai quay, không có một bánh răng nào của bộ vi sai quay, hai bánh răng cạnh như được khoá cùng nhau và với vỏ vi sai

Khi chiếc xe vào cua, các bánh xe sẽ phải quay với các tốc độ khác nhau Bộ

vi sai mở luôn cung cấp một moment cố định cho mỗi bánh xe Có hai yếu tố quyết định đến việc cung cấp moment cho các bánh xe, đó là thiết bị và lực kéo

Trong điều kiện đường khô ráo, lực bám tốt, giá trị moment cung cấp cho các bánh xe bị giới hạn bởi động cơ và các bánh răng; nhưng trong điều kiện lực bám kém như xe đi trên băng chẳng hạn, giá trị moment xoắn lại bị giới hạn bởi một

điểm mà tại đó các bánh xe bị trượt quay Vì vậy, ngay cả khi đó động cơ của xe có công suất bao nhiêu đi chăng nữa thì moment xoắn đó cũng không truyền được xuống đất bởi vì các bánh xe bị trượt quay

Khi đó, nếu tăng số vòng quay của động cơ bao nhiêu chăng nữa, bánh xe vẫn càng quay nhanh hơn nhưng chiếc xe vẫn nằm ỳ tại chỗ

4.2 Các giải pháp khắc phục

- Sử dụng khóa vi sai

- Sử dụng vi sai tăng ma sát

- Điều khiển vi sai bằng điện tử

5 Truyền lực trên ô tô có 2 chủ động và vi sai giữa các cầu

5.1 Sự cần thiết của việc bố trí 2 cầu chủ động

Đối với ô tô 1 cầu chủ động (cầu trước hoặc cầu sau chủ động), thì ngoài những ưu điểm, trong hệ thống truyền lực này còn tồn tại một nhược điểm cơ bản là khả năng kéo bám của ô tô còn thấp và tính việt dã chưa cao khi hoạt động trong điều kiện đường xá xấu như: đường gồ ghề, trơn trượt…vv

Để khắc phục các nhược điểm trên người ta áp dụng một số biện pháp như:

sử dụng các dạng lốp có dạng hoa lốp đặc biệt, sử dụng những cụm vi sai có ma sát trong lớn, cụm vi sai tự động gài hoặc gài cứng cưỡng bức, sử dụng hệ thống kiểm soát lực kéo điều khiển bằng điện tử…vv

Ngoài những biện pháp trên còn có một biện pháp nhằm nâng cao khả năng kéo bám và tăng tính việt dã của ô tô đó là thiết kế ô tô có 2 cầu chủ động

Ô tô có 2 cầu chủ động đáp ứng được các tính năng như:

- Tính ổn định khi quay vòng

Vì cả 4 bánh xe đều được truyền lực như nhau, tải trọng trên mỗi lốp xe sẽ giảm đi, có thể sử dụng lực quay vòng của các lốp có hiệu quả, tạo ra sự quay vòng rất ổn định

- Tính ổn định khi xe chạy trên đường thẳng

Với xe 2 cầu chủ động, vì lực bám dư của mỗi lốp xe tăng lên, các thay đổi bên ngoài không ảnh hưởng đến xe Nhờ vậy đạt được tính ổn định khi chạy trên đường thẳng

- Tính năng khởi hành và tăng tốc

Độ bám của lốp gần gấp đôi độ bám của các xe 1 cầu chủ động nên thậm chí xe được trang bị động cơ có công suất cao, các lốp cũng không quay trượt khi vận hành hoặc tăng tốc Điều này làm tăng tính khởi hành và tăng tốc của xe

- Tính năng leo dốc

Xe 2 cầu chủ động có lực bám gần gấp 2 lần lực bám của xe 1 cầu chủ động, nên xe 2 cầu chủ động có khả năng leo dốc tốt hơn

- Chạy trên các đường gồ ghề và có tuyết

Do cả 4 bánh xe đều truyền lực, nên lực truyền vào đường có thể tăng gấp đôi lực truyền vào đường của xe 1 cầu chủ động, các bánh xe trước và sau sẽ hỗ trợ lẫn nhau nên khả năng chạy trên đường gồ ghề và có tuyết sẽ rất tốt

Tuy nhiên trên ô tô có 2 cầu chủ động (loại không có vi sai ở giữa cầu) tồn tại một nhược điểm lớn đó là: hiện tượng tuần hoàn công suất

5.2 Hiện tượng tuần hoàn công suất

Trên ô tô có 2 cầu chủ động (loại không có vi sai ở giữa cầu), do nối trực tiếp trục các đăng giữa cầu trước và cầu sau nên không thể triệt tiêu được sự chênh lệch

về tốc độ quay giữa các bán trục trước và bán trục sau Đặc biệt là trên các đường

có hệ số ma sát cao

Khi đi trên đường có hệ số ma sát thấp, nếu có lốp xe nào bị trượt quay thì sẽ làm triệt tiêu được sự chệnh lệch về tốc độ quay giữa các bán trục trước và sau Nhưng đối với đường có hệ số ma sát cao thì điều này khó xảy ra nên làm cho hệ thống truyền lực phải chịu tải quá mức

Để làm rõ hiện tượng này ta đi xét trường hợp cụ thể sau [2]:

Giả sử bánh xe ở cầu sau quay nhanh và bánh xe ở cầu trước bị trượt lết

Hình 1.9: Sơ đồ minh họa hiện tượng tuần hoàn công suất

Trong trường hợp này, trên các bánh xe trước sẽ chịu tác động của lực kéo tiếp tuyến âm (–Pk) , được tạo nên bởi phản lực của mặt đất và có chiều ngược lại với chiều chuyển động của máy kéo Lực này tạo nên một moment xoắn, truyền tới các bánh xe sau qua hệ thống truyền lực Như vậy công suất truyền tới các bánh xe chủ động phía sau sẽ do hai dòng: một từ động cơ theo chiều mũi tên xanh và một

từ các bánh xe trước theo chiều mũi tên màu đen Cả hai dòng công suất này được

truyền tới các bánh xe sau theo đường nét đậm và tạo nên lực kéo tiếp tuyến dương

Pk

Một phần lực kéo tiếp tuyến Pk được truyền qua khung máy kéo tới các bánh quay chậm phía trước để khắc phục lực cản được tạo nên bởi lực –Pk Như vậy công suất được tạo nên bởi phản lực –Pkcủa đất ở các bánh bị trượt lết sẽ lưu thông theo một vòng khép kín: từ bánh bị trượt lết qua hệ thống truyền lực tới các bánh chủ động, rồi lại từ các bánh chủ động qua khung của máy kéo đi ngược lại các bánh bị trượt

Phần công suất lưu thông này là vô ích, thậm chí là có hại, vì vậy nó được gọi là công suất kí sinh Nó không phải là nguồn năng lượng bổ sung cho máy kéo

mà chỉ gây thêm tải trọng phụ cho hệ thống truyền lực và làm tăng tổn thất cơ khí

Hiện tượng phát sinh dòng công suất kí sinh gọi là hiện tượng tuần hoàn công suất

5.3 Các giải pháp tránh hiện tượng tuần hoàn công suất

Để tránh hiện tượng tuần hoàn công suất, người ta sử dụng các giải pháp sau:

Chỉ sử dụng một cầu chủ động khi xe đang chạy trên đường tốt;

Điều khiển lực kéo bằng các hệ thống điện tử tự động;

Sử dụng vi sai giữa các cầu

5.4 Vai trò của vi sai giữa các cầu

Dùng để phân phối moment truyền đến các cầu

Triệt tiêu sự chênh lệch tốc độ quay của các bánh xe ở cầu trước và cầu sau làm cho xe chạy được êm hơn do đảm bảo việc truyền công suất đều nhau đến cả bốn bánh xe kể cả khi quay vòng, tránh được hiện tượng tuần hoàn công suất

Giảm được tác hại mômen phụ trong truyền lực Do đó các chi tiết của hệ thống truyền lực ôtô nhiều cầu không bị quá tải

Khi sử dụng vi sai giữa các cầu thì giá trị môment phân phối đến cầu trước và cầu sau tỷ lệ với trọng lượng bám của các cầu

Hình 1.10: Bố trí vi sai trên xe 2 cầu chủ động

Khi sử dụng vi sai không đối xứng làm vi sai giữa các cầu, moment truyền đến vỏ vi sai chia ra các cầu không đều nhau mà theo một tỷ lệ nhất định thường tỷ

lệ với trọng lượng bám của các cầu chủ động

Khi sử dụng vi sai đối xứng làm vi sai giữa các cầu, moment truyền đến vỏ vi sai được chia đều làm đôi nếu ta bỏ qua ma sát trong cơ cấu vi sai Vi sai loại đối xứng được đặt giữa các cầu chủ động chịu tải gần bằng nhau

5.5 Hệ thống truyền lực trên ô tô có 2 chủ động

vi sai giữa các cầu cùng nằm trong hộp số phụ

Các xe 4WD thường xuyên loại FR, công suất truyền từ hộp số dọc đến bộ vi sai giữa các cầu nằm trong hộp số phụ, đến bộ vi sai trước và bộ vi sai sau, đóng

hoặc gài hộp số phụ Khi không gài hộp số phụ, công suất truyền từ hộp số dọc đến

bộ vi sai sau Nếu là xe 4WD gián đoạn loại FR, thì thường không có bộ vi sai giữa các cầu nên phải gài hộp số phụ, để công suất được truyền đến cả hai bộ vi sai trước

và sau

5.5.2 Phân loại

a Loại 4WD không thường xuyên (gián đoạn)

Hình 1.11: Truyền lực trên 4WD loại không thường xuyên

Với loại này người lái phải chuyển đổi giữa chế độ 2WD và 4WD bằng hộp

số phụ theo điều kiện đường sá khác nhau

Bình thường xe sử dụng 2WD, còn khi đường xấu, có tuyết …thì chuyển

sang chế độ 4WD

b Loại 4WD thường xuyên (sử dụng vi sai giữa các cầu)

Hình 1.12 Truyền lực trên 4WD loại thường xuyên

Loại 4WD thường xuyên dẫn động tất cả các bánh xe chủ động khi xe chuyển động Loại này sử dụng 1 bộ vi sai giữa các cầu để bù trừ sự khác nhau về tốc độ giữa bánh trước và bánh sau khi xe quay vòng và qua bề mặt địa hình không đồng đều

Bằng cách bù trừ điều kiện dẫn động khác nhau này, 4WD thường xuyên sẽ cho phép xe chuyển động liên tục ở chế độ 4 bánh chủ động trên đường cứng và khô

Bộ vi sai giữa các cầu được trang bị vi sai chống trượt, nó cung cấp sự dẫn động đến cả hai trục trước và sau nếu 1 trong các bánh xe bị trượt

Trong điều kiện kéo xấu, bộ vi sai có cơ cấu để khóa hoạt động vi sai Điều này cung cấp 1 sự dẫn động trực tiếp đến cả hai trục trước và sau

c Loại 4WD thường xuyên (sử dụng khớp nối mềm V)

Hình 1.13 Truyền lực trên 4WD thường xuyên (sử dụng khớp nối mềm)

Hệ thống 4WD thường xuyên, sử dụng khớp nối mềm làm cho xe có thể hoạt động thích hợp với chế độ 2WD trong thời gian chạy bình thường khi hầu như không có sự chênh lệch về tốc độ quay giữa các bánh xe trước và sau

Khi có sự chênh lệch về tốc độ quay giữa các bánh xe trước và sau (xe chạy trên đường vòng hoặc đường có tuyết… vv) hệ thống này sẽ tự động truyền lực dẫn động đến các bánh sau

6 Các công trình nghiên cứu đã công bố

Các công trình nghiên cứu về vi sai trong hệ thống truyền lực của ô tô tập trung vào tính năng động học và động lực học của hệ thống truyền lực có vi sai và vai trò của nội ma sát trong vi sai

Trong những năm gần đây đã có một số công trình nghiên cứu về động lực học hệ thống truyền lực, nhưng chủ yếu tập trung vào việc mô phỏng và tính toán động lực học Các tác giả Ngô Quang Lợi, Nguyễn Khắc Tuân (2003), Vũ Văn Thuyết (2009), Nguyễn Mạnh Trường (2010), Vũ Minh Diễn, Nguyễn Ngọc Sơn (2011), Nguyễn Văn Quang, Nguyễn Quang Trung (2013), … đã thực hiện các nghiên cứu hệ thống truyền lực bằng phương pháp mô phỏng nhằm đánh giá tải trọng động trong hệ thống, các giải pháp giảm tải trọng động; khảo sát hoạt động của các bộ phận trong hệ thống truyền lực như ly hợp ma sát, biến mô thủy lực, bộ đồng tốc, …; nghiên cứu quá trình dao động xoắn trong hệ thống truyền lực, …

Hướng nghiên cứu thứ hai trong hệ thống truyền lực ô tô là phối hợp hoạt động giữa động cơ và các loại hệ thống truyền lực vô cấp (CVT)

Tác giả Phạm Trọng Phước (2013) đã thực hiện đề tài “Nghiên cứu mô hình

hệ thống động lực ô tô sử dụng hộp số tự động kết hợp với biến mô thủy lực”, trong

đó tập trung nghiên cứu những vấn đề sau: đặc tính, các chế độ làm việc của động

cơ đốt trong và biến mô thủy lực; vấn đề đồng bộ làm việc phối hợp giữa động cơ

và hệ thống truyền lực có biến mô; tính toán, khảo sát các chế độ làm việc phối hợp động cơ với hệ thống truyền lực có biến mô cho một ô tô cụ thể

Tác giả Bạch Thảo Nguyên (2013) với đề tài “Xây dựng quy trình thiết kế và

đánh giá hệ thống truyền lực vô cấp sử dụng bộ truyền đai kiểu CVT” đã nghiên cứu đặc tính, các chế độ làm việc của động cơ đốt trong và CVT; vấn đề đồng bộ làm việc phối hợp giữa động cơ và hệ thống truyền lực CVT; tính toán, khảo sát các chế độ làm việc phối hợp động cơ với hệ thống truyền lực CVT cho một ô tô cụ thể

Tuy nhiên, hầu như không có các công trình nghiên cứu về vi sai và vai trò của nội ma sát trong vi sai đối với khả năng chuyển động của ô tô Vì vậy, luận văn đặt vấn đề nghiên cứu về vi sai và ảnh hưởng của nội ma sát trong vi sai tới hoạt

động của hệ thống truyền lực ô tô với đề tài: “Nghiên cứu, đánh giá ảnh hưởng của nội ma sát trong vi sai tới khả năng phát huy lực kéo trên cầu chủ động”

Chương 2 ĐỘNG HỌC, ĐỘNG LỰC HỌC VI SAI BÁNH RĂNG CÔN

1 Quan hệ động học và động lực học trong vi sai [3]

Xét vi sai đối xứng của bánh răng côn

Hình 2.1: Sơ đồ vi sai bánh răng côn đối xứng

Vi sai là một cơ cấu hành tinh bao gồm khâu chủ động 4 đồng thời là cần dẫn, các bánh răng đầu bán trục 1 và 2 và các bánh răng hành tinh 3

Vi sai truyền môment tới các bánh xe chủ động với điều kiện cho phép các bánh xe chủ động có thể quay với các tốc độ khác nhau khi ô tô quay vòng hoặc đi trên đường gồ ghề

Tùy theo kết cấu của vi sai mà momen phân chia cho các bánh xe chủ động

có thể thay đổi khác nhau trong quá trình chuyển động Đối với vi sai đối xứng quan

hệ vận tốc góc giữa hai bên bán trục của vi sai được thể hiện qua biểu thức:

Nếu do điều kiện chuyển động, các bánh xe quay với vận tốc khác nhau (giả

sử n1 > n2 ), lúc này các bánh răng hành tinh quay quanh trục của nó và lăn trên các bánh răng 1 và 2 và gây nên tổn thất năng lượng do ma sát N ms:

Ở đây bỏ qua tổn thất tại các ổ

Như vậy, phương trình cân bằng công suất có thể viết:

2

2

1(M0+M ms) (2.3)

Từ các biểu thức trên ta được:

2

M =M1+M ms (2.4 )

2 Vai trò của nội ma sát trong vi sai

Từ công thức (2.4) ta thấy, moment nội ma sát trong cơ cấu vi sai có thể đóng vai trò quan trọng có ảnh hưởng lớn đến khả năng làm việc của nó trong điều kiện đường xấu

Đối với các loại vi sai bánh răng, nội ma sát rất nhỏ nên ta có thể viết :

ms

N

Cũng với điều kiện chuyển động như trên, nếu khóa cứng vi sai thì các bánh

xe ở hai bên có thể coi là được nối với nhau bằng một trục cứng ( coi như không có

vi sai), trong trường hợp này, lực kéo cực đại có thể phát huy được tại cầu chủ động là:

So sánh 2 trường hợp trên có thể thấy rằng khi không có vi sai giữa các bánh

xe thì lực kéo cực đại trên cầu chủ động có thể lớn hơn gấp 4,5 lần so với khi có vi sai

Vì vậy mà trên các ô tô có tính năng việt dã cao người ta thường sử dụng các

vi sai có cơ cấu khóa cứng

Để khóa cứng vi sai có thể sử dụng khớp bánh răng hoặc chốt Tuy nhiên, nếu để vi sai ở trạng thái khóa trong thời gian dài thì khi quay vòng các bánh xe chủ động bị trượt, gây khó khăn cho việc quay vòng ô tô và gây mòn lốp hay thậm chí

có thể làm gãy bán trục

Trong thực tế, ngoài cách khóa cứng vi sai còn có một giải pháp khác để tăng tính việt dã của ô tô, đó là sử dụng các vi sai tăng nội ma sát Giải pháp này sử dụng