Ứng dụng phần mềm tính toán thiết kế cầu chủ động cho ô tô 7 chỗ

Hệ thống cầu ô tô là một thành phần không thể thiếu của hầu hết các loại xe ô tô.Trong hệ thống treo cầu dẫn động, các cầu có nhiệm vụ truyền mô men xoắn dẫn độngđến bánh xe, cũng như du

Phụ lục 01

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

ĐỘNG CHO Ô TÔ 7 CHỖ

Người hướng dẫn: GVC.ThS Nguyễn Lê Châu Thành

Sinh viên thực hiện: Phan Quang Định

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

Hệ thống cầu ô tô là một thành phần không thể thiếu của hầu hết các loại xe ô tô.Trong hệ thống treo cầu dẫn động, các cầu có nhiệm vụ truyền mô men xoắn dẫn độngđến bánh xe, cũng như duy trì vị trí của các bánh xe so với nhau và với thân xe Cáccầu trong hệ thống này cũng phải chịu trọng lượng của xe cộng trọng lượng của hànghóa (nếu có) Qua đó, trong đề tài “Ứng dụng phần mềm tính toán thiết kế cầu chủđộng cho ô tô 7 chỗ” em đã trình bày, xây dựng được các nội dung sau:

- Trình bày tổng quan về cầu chủ động như: cấu tạo, nhiệm vụ, nguyên lí, hoạtđộng,

- Tính toán các chi tiết sau trong cụm cầu chủ động bằng phần mềm Mathcad: + Tính bền cho truyền lực chính

Cùng với sự phát triển của nền kinh tế, ngành công nghiệp ô tô nước ta cũngđang có những biến chuyển và ngày càng ảnh hưởng sâu rộng tới các lĩnh vực sảnxuất Chịu ảnh hưởng của xu thế phân công lao động theo hướng chuyên môn hoá,ngành công nghiệp ô tô đang có những thay đổi để phù hợp với xu thế này Đặc biệt làtrong thời gian gần đây xu thế phân công lao động dẫn đến sự hợp tác trong sản xuất ô

tô mà kết quả cuối cùng sẽ cho ra đời những chiếc xe có thể là sản phẩm chung của rấtnhiều xí nghiệp Khi đó mỗi nhà máy xí nghiệp có thể chi sản xuất một vài chi tiết,một cụm chi tiết, hoặc một cụm kết cấu của chiếc xe

Với tình hình công nghệ sản xuất, vật liệu cũng như nhu cầu của thị trường ởnước ta hiện nay thì phần gầm xe trong đó có cụm tổng thành cầu sau chủ động là mộttrong

những phần có thể thiết kế và được sản xuất trong nước Chính vì vậy em đã chọn đềtài: “Tính toán và thiết kế cầu chủ động cho ô tô 7 chỗ” Em biết cầu sau là một bộphận quan trọng và rất phức tạp, đặc biệt do ngày nay hệ thống giao thông tốt, xe hiệnđại có vận tốc chuyển động ngày càng cao cho nên việc đi sâu nghiên cứu để hoànthiện sự làm việc của cầu chủ động nhằm đảm bảo tính năng động lực học cho sựchuyển động của ô tô là ngày càng cấp thiết

Trong phần tính toán và thiết kế này em dựa chủ yếu vào số liệu của xe FordEverest XLT, các tài liệu tham khảo và hướng dẫn tính toán thiết kế Trong thời gianqua, được sự hướng dẫn tận tình của thầy ThS Nguyễn Lê Châu Thành cùng sự tìm tòicủa bản thân, em đã hoàn thành đồ án này Do lần đầu làm quen với thiết kế và vớikhối lượng kiến thức tổng hợp còn có những mảng kiến thức em chưa được nắm vữngnên mặc dù em đã cố gắng tham khảo tài liệu có liên quan song bài làm của em khôngthể tránh được những sai sót Em rất mong được sự hướng dẫn và chỉ bảo thêm của cácthầy trong bộ môn để em củng cố thêm kiến thức và hiểu sâu hơn, nắm vững kiến thức

mà em đã học hỏi được

Em xin trân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn Thạc sĩ Nguyễn Lê Châu Thành,cùng các thầy trong bộ môn Ô tô, cũng như các thầy cô của trường Đại học Sư phạm

kỹ thuật Đà Nẵng đã tận tình hướng dẫn và cho em những ý kiến quý báu để em hoànthành đồ án tốt nghiệp

Em xin cam đoan rằng đồ án tốt nghiệp” Tính toán và thiết kế cầu chủ động cho ô

tô 7 chỗ’ là sản phẩm nghiên cứu của bản thân em Những phần có sử dụng tài liệutham khảo có trong đồ án đã được liệt kê và nêu rõ ra tại phần tài liệu tham khảo.Đồng thời những số liệu hay kết quả trình bày trong đồ án đều mang tính chất trungthực, không sao chép, đạo nhái

Nếu như sai em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm và chịu tất cả các kỷ luật của bộ môncũng như nhà trường đề ra

Sinh viên thực hiện {Chữ ký, họ và tên sinh viên}

Nhận xét của người hướng dẫn

Nhận xét của người phản biện

TÓM TẮT

Nhiệm vụ đồ án

LỜI NÓI ĐẦU i

CAM ĐOAN iii

MỤC LỤC iv

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

Chương 1: TỔNG QUAN 2

1.1 Khái niệm cầu ô tô 2

1.1.1 Định nghĩa 2

1.1.2 Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu của cầu ô tô 3

1.1.3 Cấu tạo chung của cầu chủ động 3

1.1.4 Nguyên lý hoạt động chung 4

1.2 Truyền lực chính 5

1.2.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại của truyền lực chính 5

1.2.2 Cấu tạo truyền lực chính 6

1.3 Vi sai 7

1.3.1 Nhiệm vụ, yêu cầu chung, phân loại của vi sai 7

1.3.2 Cấu tạo của vi sai và hoạt động của bộ vi sai 8

1.4 Bán trục 16

1.4.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại 16

1.4.2 Cấu tạo và hoạt động của bán trục 17

1.5 Dầm cầu 20

1.5.1 Nhiệm vụ, yêu cầu, phân loại: 20

Chương 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CẦU CHỦ ĐỘNG 23

2.1 Giới thiệu phần mềm tính toán và thiết kế 23

2.1.1 Giới thiệu phần mềm tính toán bằng Mathcad 23

2.1.2 Giới thiệu phần mềm thiết kế bằng Solidworks 24

2.2 Các thông số tham khảo và thông số chọn để tính toán thiết kế cầu chủ động 26

2.3 Tính toán bộ truyền lực chính hypoit 27

2.3.1 Tính toán tỉ số truyền truyền lực chính 27

2.3.2 Tính toán chế độ tải trọng 28

2.3.3 Tính chọn kích thước truyền lực chính 28

2.3.4 Tính toán lực tác dụng lên cặp bánh răng truyền lực chính 30

2.3.5 Tính bền bánh răng theo ứng suất uốn 31

2.3.6 Tính bền bánh răng theo ứng suất tiếp xúc 32

2.4 Tính toán vi sai 38

2.4.1 Xác định kích thước vi sai 38

2.4.2 Tính bền vi sai 44

2.5 Tính toán bán trục 47

Chương 3: CHĂM SÓC BẢO DƯỠNG KỸ THUẬT CẦU CHỦ ĐỘNG 50

3.1 Kiểm tra, điều chỉnh 50

3.1.1 Liên quan đến truyền lực chính 50

3.1.2 Liên quan đến vi sai 50

3.1.3 Điều chỉnh tải trọng ban đầu của vòng bi bánh răng quả dứa 50

3.1.4 Điều chỉnh vòng bi của bánh răng quả dứa 51

3.1.5 Điều chỉnh khe hớ ăn khớp giữa răng quả dứa và bánh răng vành chậu 51

3.1.6 Điều chỉnh khe hở giữa bánh răng vi sai và bánh răng bán trục 53

3.2 Yêu cầu kỹ thuật 53

3.3 Chú ý khi tháo, lắp bộ vi sai của cầu chủ động 54

3.4 Các hiện tượng, nguyên nhân, biện pháp khắc phục của cầu xe 57

KẾT LUẬN 58

PHỤ LỤC

Bảng 2-1: Các thông số tham khảo xe Ford Everest XLT 26

Bảng 2-2: Các thông số chọn thiết kế 27

Bảng 2-3: Các thông số của truyền lực chính 32

Bảng 2-4: Các thông số của bộ vi sai 39

Bảng 3-1: Điều chỉnh bánh răng quả dứa và bánh răng vành chậu 52

Bảng 3-2: Hiện tượng, nguyên nhân và cách khắc phục cho cầu xe 57

Y Hình 1.1: Cầu chủ động 2

Hình 1.2: Cầu bị động 2

Hình 1.3: Vị trí và cấu tạo chung của cầu chủ động 4

Hình 1.4: Các dạng truyền lực chính đơn 6

Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu của truyền lực chính 7

Hình 1.6: Cấu tạo bộ vi sai 8

Hình 1.7: Cụm bánh răng vi sai 9

Hình 1.8: Nguyên lí làm việc của bộ bánh răng vi sai 9

Hình 1.9: Đường truyền công suất khi xe chạy thẳng 10

Hình 1.10 :Đường truyền công suất khi xe chạy vòng 11

Hình 1.11: Cấu tạo của khoá vi sai 12

Hình 1.12: Cấu tạo (a) và sơ đò khoá vi sai (b) khoá vi sai 13

Hình 1.13: Vi sai tăng ma sát có lực ma sát không đổi 14

Hình 1.14: Vi sai tăng ma sát trong có lực ma sát không cố định 15

Hình 1.15: Cấu tạo của bán trục 17

Hình 1.16: Bán trục phụ thuộc 18

Hình 1.17: Bán trục độc lập 18

Hình 1.18: Loại bán trục không giảm tải 19

Hình 1.19: Loại bán trục giảm tải một nửa 19

Hình 1.20: Loại bán trục giảm tải ¾ 19

Hình 1.21: Loại nửa trục giảm tải hoàn toàn 20

Hình 1.22: Cụm cầu chủ động 21

Hình 2.1: Màn hình làm việc chính của phần mền Mathcad 24

Hình 2.2: Hình ảnh tính toán truyền lực chính bằng Mathcad 35

Hình 2.3: Truyền lực chính bánh răng quả dứa thiết kế bằng phần mềm Solidworks 36

Hình 2.4: Bánh răng quả dứa thiết kế bằng phần mềm Solidworks 37

Hình 2.7: Thiết kế bánh răng bán trục bằng phần mềm Solidworks 43

Hình 2.8: Hình ảnh tính bền vi sai bằng phần mềm Mathcad 46

Hình 2.9: Hình ảnh tính bền bán trục bằng phần mềm Mathcad 48

Hình 2.10: Thiết kế bán trục bằng phần mềm Solidworks 49

Hình 3.1: Điều chỉnh vết tiếp xúc ăn khớp 53

Hình 3.2: Đo độ rơ bánh răng quả dứa 55

Hình 3.3: Điều chỉnh bằng ống cách biến dạng dẻo 55

Hình 3.4: Đo độ sâu ăn khớp bằng dụng cụ chuyên dụng 56

Hình 3.5: Đo khe hở ăn khớp bằng đồng hồ so 56

- Thiết kế tính toán, mô phòng cụm cầu sau cho xe 7 chỗ.

- Trình bày phương pháp tháo lắp và một số nguyên nhân hư hỏng cũng như khắcphục đối với các chi tiết trong cụm cầu chủ động

- Vẽ các chi tiết của cụm cầu chủ động

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu:

- Cụm cầu chủ động ô tô Ford Everest XLT, tải trọng 1.564 tấn

Phương pháp nghiên cứu:

- Nghiên cứu lý thuyết tính toán, đánh giá độ bền của cầu chủ động và xây dựng

mô hình 3D cầu chủ động

Cấu trúc của đồ án tốt nghiệp:

- Chương 1: Tổng quan về cầu chủ động ô tô

- Chương 2: Tính toán thiết kế cầu chủ động

- Chương 3: Chăm sóc bảo dưỡng kỹ thuật cầu chủ động

Chương 1: TỔNG QUAN

1.1 Khái niệm cầu ô tô

1.1.1 Định nghĩa

Cầu ô tô được hiểu là cụm chi tiết nằm ngang thân xe, cùng với bánh xe đỡ toàn

bộ tải trọng của xe Số lượng cầu cần thiết phụ thuộc vào trọng lượng toàn bộ của xe.Cụm bánh xe được bố trí trên các đầu ngoài của cầu xe, truyền tải trọng của xe tácdụng lên mặt đường Bên trong bánh xe lắp cơ cấu phanh, đảm bảo nhận phanh trựctiếp bánh xe

Hình 1.1: Cầu chủ động

Hình 1.2: Cầu bị động

1.1.2 Nhiệm vụ, phân loại, yêu cầu của cầu ô tô

1.1.2.1 Nhiệm vụ:

- Vỏ cầu là nơi gá đỡ, lắp đặt bộ vi sai, các bán trục và bánh xe

- Phân phối mômen cho các bánh xe

- Điều khiển cho các bánh xe quay với vận tốc khác nhau khi chạy đường vòng

- Vỏ cầu là nơi gắn chắc các giá đỡ, các vấu để bắt chặt nhíp lá hay lò xo treo

xe, làm nơi lắp đặt hệ thống thắng các bánh xe sau

Ngoài công dụng trên, phụ thuộc vào chức năng các cầu ô tô còn có công dụngkhác như:

- Cầu chủ động: Đảm nhận chức năng như hộp giảm tốc (giảm tốc độ quay từđộng cơ truyền đến) và phân phối công suất đến các bánh xe chủ động

- Cầu dẫn hướng kết hợp với hệ thống lái để thực hiện việc điều khiển chuyểnhướng chuyển động của ô tô

1.1.2.2 Yêu cầu:

- Cấu tại đơn giản, dễ sửa chữa

- Có độ bền cao ít hư hỏng

- Truyền động tốt, đạt hiệu suất ca

- Êm dịu, không gây tiếng ồn lớn với mọi điều kiện tải và đường xá

Ngoài các yêu cầu chung, cầu dẫn hướng còn phải thoả mãn yêu cầu riêng vàphải đảm bảo các yêu cầu sau:

- Truyền lực tốt giữa khung hoặc vỏ của ô tô với bánh xe dẫn hướng (cùng với

1.1.3 Cấu tạo chung của cầu chủ động

Cầu xe là cụm các chi tiết dùng để nối hai bánh xe dưới gầm, do đó nó chịu toàn

bộ tải trọng của xe Các cầu được liên kết với khung xe qua hệ thống treo Cầu nối vớibánh xe chủ động gọi là cầu chủ động, gồm bộ truyền lực chính, bộ vi sai, vỏ cầu vàhai nửa bán trục

Hình 1.3: Vị trí và cấu tạo chung của cầu chủ động

- Thông thường xe có một cầu chủ động (cầu sau hoặc cầu trước) Tuy nhiênmột số xe lại có hai (thông thường là là xe du lịch xe tải nhỏ) và ba cầu chủ động (ởcác xe tải lớn)

- Các loại xe thường đi trên đường cứng có một cầu chủ động (cầu trước hoặccầu sau)

- Các xe thường đi trên địa hình xấu, đồi núi thì cả hai cầu điều là cầu chủ động

- Các xe tải nặng cả ba cầu đều là chủ động

Bộ truyền lực chính nối với hệ thống truyền lực thông qua trục chủ động thường

có tỉ số truyền lớn và có ảnh hưởng nhiều tới không gian dưới gầm xe (khoảng sánggầm xe) Bộ vi sai được bố trí gọn trong lòng bánh răng bị động, các trục dẫn ra bánh

xe chủ động thông qua các bán trục Toàn bộ cụm cầu chủ động được bao bọc trong vỏcầu

1.1.4 Nguyên lý hoạt động chung

- Khi xe chạy thẳng:

Khi xe chạy thẳng sẽ tạo ra một lực cản đều nhau, tác động lên cả bánh xe phíabên phải và bên trái Theo đó, 3 bộ phận thuộc cầu xe ô tô là bánh răng vi sai, bánhrăng vành chậu và bánh răng bán trục sẽ cùng quay như một khối liền, tiếp đó truyềnlực dẫn động đến cả hai bánh xe Cả 2 bánh xe bên phải và bên trái sẽ đều quay cùngvới một vận tốc

- Khi xe chạy trên đường vòng:

Khi xe chạy trên đường vòng, mỗi bánh xe sẽ di chuyển trên một đường riêng dolực cản tác dụng lên bánh xe bên trong nhiều hơn bánh xe phía bên ngoài Chính vìvậy, bánh xe phía bên trong bị quay với tốc độ chậm hơn so với bánh xe bên ngoài.

Lúc này do vận tốc của bánh xe không đồng nhất nên cầu xe sẽ giúp xe giảmthiểu tình trạng lật bánh khi vào cua hay không bị trượt trên mặt đường Như vậy khicầu xe hoạt động sẽ phân phối các momen xoắn khác nhau tới bánh xe dẫn động bênphải và bên trái

- Tăng moment xoắn động cơ truyền đến các bán trục

- Tỷ số truyền lực chính từ (3,36/1÷5/1) đối với ô tô du lịch; đối với ô tô tảikhoảng 9/1

1.2.1.2 Yêu cầu:

- Phải có tỷ số truyền cần thiết để phù hợp với chất lượng kéo và tính kinh tếnhiên liệu của ôtô

- Có kích thước nhỏ gọn để tăng khoảng sáng gầm xe

- Có hiệu suất truyền động cao

- Đảm bảo độ cứng vững tốt, làm việc không ồn, tuổi thọ cao

- Trọng lượng cầu phải nhỏ để giảm trọng lượng phần không được treo

1.2.1.3 Phân loại:

- Theo số lượng bánh răng truyền lực chính có hai dạng:

+ Loại đơn gồm một cặp bánh răng ăn khớp

+ Loại kép gồm hai cặp bánh răng ăn khớp

- Truyền lực đơn lại có thể phân loại theo dạng bánh răng:

+ Loại bánh răng côn răng thẳng

+ Loại bánh răng côn răng xoắn

+ Loại bánh răng hypoit

+ Loại trục vít bánh vít

a b c d

Hình 1.4: Các dạng truyền lực chính đơn.

a, Truyền lực chính bánh răng côn b, Truyền lực chính Hypoit

c, Truyền lực chính bánh răng trụ d, Truyền lực chính trục vít bánh vít

- Truyền lực kép có thể được phân thành hai loại:

+ Truyền lực trung tâm với cả hai cặp bánh răng được bố trí trong cùng mộtcụm nằm giữa hai bánh xe chủ động

+ Truyền lực chính kép bố trí không tập trung với cặp bánh răng thứ hai được

bố trí tại các dẫn động tới các bánh xe chủ động

- Theo số cấp số có thể phân truyền lực chính thành:

+ Truyền lực chính một cấp (chỉ có một tỉ số truyền duy nhất)

+ Truyền lực chính hai cấp (có hai cấp số được điều khiển bởi người lái)

1.2.2 Cấu tạo truyền lực chính

Truyền lực chính đơn có kết cấu gọn, nhẹ đơn giản dễ sản xuất và bảo dưỡngsửa chữa, giá thành thấp nên được sử dụng phổ biến trong các hệ thống truyền lực ô tô.Tuy nhiên do chỉ có một cặp bánh răng, nên tỉ số truyền của truyền lực chính dạng này

bị giới hạn (i0 < 7) và khả năng chịu tải không lớn sẽ phải tăng mô đun răng, điều nàydẫn đến tăng kích thước bánh răng và giảm khoảng sáng gầm xe

Truyền lực dạng hypoit được sử dụng ngày càng rộng rãi trên các loại ô tô do

có những ưu điểm nổi trội: khả năng chịu tải lớn, làm việc êm dịu và không ồn Đặcđiểm nhận dạng của truyền lực chính loại này là trục của các bánh răng không cắt nhau

mà đặt lệch nhau một đoạn e

Truyền lực chính bánh răng trụ được sử dụng trên các ô tô con có động cơ đặttrước nằm ngang và cầu trước chủ động.

Truyền lực chính dạng trục vít bánh vít cho phép có tỷ số truyền lớn hơn 7 vớikết cấu nhỏ gọn Tuy nhiên truyền lực trục vít có hiệu suất và khả năng chịu tải thấphơn truyền động bánh răng côn và truyền động Hypoit, hơn nữa giá thành sản xuất củadạng truyền động này lại cao hơn nên được sử dụng tương đối hạn chế (sử dụng trênmột số loại ô tô có tính năng việt dã cao)

Hình 1.5: Sơ đồ kết cấu của truyền lực chính

1 – Bích; 2 – Trục bánh răng chủ động; 3 – Bánh răng chủ động; 4 – Bánh răng bị động; 5 – Các bánh

1.3.1.2 Yêu cầu chung của vi sai:

- Gọn, nhẹ nhưng đảm bảo độ bền cao

- Phân phối mômen xoắn từ động cơ cho các bánh xe hay các cầu xe theo tỉ lệcho trước, phù hợp với mômen bám của các bánh xe (hay cầu xe) với mặt đường

- Đảm bảo số vòng quay khác nhau giữa các bánh xe chủ động khi xe quayvòng hoặc xe chuyển động trên đường không bằng phẳng, hoặc khi bán kính lăn củabánh xe chủ động của cùng một cầu không bằng nhau

1.3.1.3 Phân loại vi sai:

- Theo công dụng chia thành 3 loại:

+ Vi sai giữa các bánh xe.

+ Vi sai giữa các cầu.

+ Vi sai giữa các truyền lực cạnh.

- Theo mức độ tự động chia thành 3 loại:

+ Vi sai ma sát thuỷ lợi.

+ Vi sai có tỷ số truyền thay đổi.

1.3.2 Cấu tạo của vi sai và hoạt động của bộ vi sai

Hình 1.6: Cấu tạo bộ vi sai

- Bộ vi sai ô tô gồm hai bộ phận chính:

+ Bánh răng cuối cùng (hay truyền lực chính): gồm bánh răng côn và vòngrăng

+ Các bánh răng vi sai

1.3.2.1 Bộ vi sai thường:

- Cấu tạo:

Hình 1.7: Cụm bánh răng vi sai

Cụm bánh răng vi sai gồm hai hoặc bốn bánh răng vi sai có trục lắp vào vỏ vi sai,còn vỏ vi sai gắn chặt với vòng răng Khi làm việc vỏ vi sai quay kéo theo các bánhrăng vi sai quay trục của vỏ hộp số, các bánh răng vi sai ăn khớp với các bánh răngbên của các bán trục.

- Nguyên lí làm việc của bộ bánh răng vi sai:

Hình 1.8: Nguyên lí làm việc của bộ bánh răng vi sai

Có thể hiểu được nguyên lý hoạt động của cụm bánh răng vi sai khi sử dụng một

cơ cấu của bánh răng con và hai thanh răng Cả hai bánh răng được phép trượt tự dotheo chiều thẳng đứng trong thanh trượt Bánh răng con được nối với tay kéo và dichuyển được nhờ tay kéo

Nếu trọng lượng đặt lên hai thanh răng bằng nhau và vòng kẹp bị kéo lên phíatrên thì cả hai thanh răng sẽ chuyển động lên phía trên một khoảng cách bằng khoảngcách mà tay kéo được kéo được kéo lên vì lực cản trượt tác dụng vào hai mặt của cácthanh răng là như nhau làm cho bánh răng con không quay

Tuy nhiên nếu trọng lương lớn hơn hoặc đặt lên thanh răng bên trái và tay kéođược kéo lên như hình (b) thì bánh răng có khối lượng nhỏ hơn bên phải sẽ quay theobánh răng con Khoảng cách thanh răng nhỏ đi lên bằng số vòng quay bánh răng con.Nói cách khác thanh răng chịu lực lớn hơn thì chuyển động chậm hơn thanh răng chịulực nhỏ hơn Nguyên tắc chuyển động đó của thanh răng và bánh răng con được dùng

để thiết kế các bánh răng vi sai

- Chức năng cơ bản của cụm bánh răng vi sai.

+ Chuyển động thẳng về phía trước.

Sức cản lăn của hai bánh xe gần như bằng nhau khi xe chạy thẳng về phía trước

Vì thế hai bánh răng bên quay như nhau với số vòng quay của bánh răng vi sai Tất cảcác bộ phận điều quay thành một cụm

Khi lực cản bằng nhau trên cả hai trục sau (A và B), bánh răng vi sai tự nó khôngquay nhưng quay cùng một cụm với vỏ vi sai và vòng răng Trong trường hợp này cácbánh răng vi sai chỉ có nhiệm vụ nối các bánh răng bên Kết quả là các bánh răng bênquay cùng một cụm với số vòng quay của bánh răng vi sai làm cho cả hai bánh xe chủđộng quay cùng số vòng quay.

Hình 1.9: Đường truyền công suất khi xe chạy thẳng

Hình 1.10 :Đường truyền công suất khi xe chạy vòng.

Nếu một bánh xe bị mắc lầy, nó sẽ bắt đầu trượt nếu tiếp tục ấn ga Đó là do lực

ma sát giữa lốp bánh xe với mặt đường quá thấp Khi đó bánh xe không mắc lầy sẽđứng yên, gây khó khăn cho bánh xe vượt lầy Trường hợp này xe có hệ thống 4WD sẽphát huy hiệu quả hơn

1.3.2.2 Bộ vi sai không trượt (khoá vi sai)

Để tránh tình trạng mất lực kéo xảy ra khi một bánh xe chủ động bị trượt trênsình lầy, một vài loại vi sai đặc biệt được thiết kế để chúng tự động truyền momentđến bánh xe không bị trượt, buộc bánh này quay đưa xe vượt lên Mặc dầu các loại nàykhác nhau nhưng cùng chung một nguyên lý là dùng các đĩa ma sát nhằm tạo một phầnlực cản giúp bộ vi sai hoạt động bình thường

- Cấu tạo:

Hình 1.11: Cấu tạo của khoá vi sai.

- Về cấu tạo, khóa vi sai gồm có các bộ phận sau:

+ Các tai khóa đĩa thép với vỏ vi sai

+ Bánh răng bán trục được ăn khớp với đĩa ma sát

Nhìn bằng mắt thường bạn sẽ thấy bộ khóa vi sai mang hình dáng một ụ tròn nằmchính giữa cầu sau Hình ảnh mặt cắt bên trong khóa vi sai cho thấy vị trí các răng cưa.Bánh răng nằm cuối trục truyền động có nhiệm vụ quay bánh răng Mục đích làtruyền lực cho tổ hợp bánh răng vi sai, bánh răng quay kết hợp để tạo ra tốc độ riêngcủa mỗi bánh xe

Tỷ số răng giữa vành răng và bánh răng chủ động gọi là tỷ lệ bánh răng truyềncủa cầu sau hoặc tỷ số truyền động cuối cùng Tỷ số này sẽ được hãng sản xuất tùychỉnh dựa vào loại xe và mục đích sử dụng

- Nguyên lí hoạt động:

Để khoá cứng vi sai cần phải khoá cứng bán trục với vỏ vi sai Vì vậy trênmoayơ 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

Hình 1.12: Cấu tạo (a) và sơ đò khoá vi sai (b) khoá vi sai

Khi ôtô hoạt động trên đường tốt bình thường thì khớp gài vi sai được gặt sangphía bên phải, bán trục và vỏ vi sai quay tự do với nhau, bộ vi sai hoạt động bìnhthường

Khi một bánh xe của cầu chủ động rơi vào vùng hệ số bám thấp, ôtô không cókhả 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 bởikhớp gài vi sai nên bộ vi sai mất tác dụng, mômen từ vỏ vi sai sẽ truyền tới bánh xecòn bám trên đường tốt để xe có khả năng vượt lên được

Điều khiển khớp gài vi sai có thể thực hiện bằng tay, bằng điện, bằng khí nénhoặc tự động và bán tự động Trong các trường hợp một bánh xe của cầu chủ động rơivào đường trơn lầy phải khóa vi sai Còn khi ôtô vượt khỏi vùng trơn lầy hoặc đi trên

đường bình thường thì nhất thiết phải mở khoá vi sai.

- Ưu điểm:

+ Cung cấp lực kéo tốt hơn bộ vi sai thường

+ Rất hữu ích và hiệu quả khi xe di chuyển trên đường trơn, có ổ gà sình lầy

+ Truyền động rất tốt và hữu hiệu trong trường hợp tăng tốc tức thì, động cơ cóthể tăng công suất tối đa đột xuất

- Nhược điểm:

+ Khóa vi sai phát ra tiếng ồn khi xe vào cua Ngoài ra, nguyên nhân khiến bánh

xe bị mài mòn cũng đến từ khóa vi sai Nhưng nếu đặt khóa vi sai ở cầu trước thì xe lạikhó di chuyển

+ Nếu xe đi vào vũng lầy sâu, thường bị mắc kẹt lại vì không có đủ lực đẩy hếttất cả các bánh lên Vấn đề này được xử lý khi xe lắp thêm khóa vi sai chống trượt

+ Các dòng xe ô tô hiện nay ngoài sử dụng khóa vi sai thông thường cũng lắpđặt thêm cả bộ vi sai chống trượt Ngoài ra những mẫu xe hiện đại chỉ lắp đặt hệ thốngABS mà không cần dùng đến khóa vi sai.

1.3.2.3 Bộ vi sai tăng ma sát

1.3.2.3.1 Vi sai tăng ma sát trong có lực ma sát cố định:

- Cấu tạo: Bộ truyền động loại này gồm có: bộ truyền lực chính (bộ bánh răng

vành chậu 1 - côn xoắn 8); bộ vi sai gồm 4 bánh răng hành tinh 4, hai bánh răng cônbán trục 3 đều được lắp thêm hai bộ ly hợp đĩa ma sát trục chữ thập có lỗ rộng bêntrong có lò xo để ép hai bánh răng côn bán trục cùng với hai bộ ly hợp vào hai nửakhung vi sai Ly hợp ma sát gồm các đĩa thép trượt trên đuôi có then hoa của bánhrăng côn bán trục và các đĩa ma sát có tai nằm trong khung vi sai (các đĩa ma sát nàycòn được gọi là các đệm chặn lực dọc trục)

Hình 1.13: Vi sai tăng ma sát có lực ma sát không đổi

1 Bánh răng vành chậu 2 Vỏ vi sai 3 Bánh răng bán trục 4 Bánh răng hành tinh 5

Lò xo ép 6 Đĩa ma sát 7 Vỏ vi sai 8 Bánh răng côn chủ động 9 Đế lò xo

- Nguyên lý làm việc:

Khi chuyển động thẳng trên đường bằng phẳng, quãng đường lăn của hai bánh xebằng nhau, nếu lực cản trên hai bánh xe như nhau, sẽ làm cho các bánh răng bán trụcquay cùng tốc độ, như vậy bánh răng hành tinh không quay trên trục của nó, mà chỉquay quanh trục của bán trục

Khi chuyển động thẳng, dòng mômen truyền chủ yếu qua cụm vi sai, một phầnnhỏ (có thể bị trượt nhẹ) truyền qua khớp ma sát

Khi đi trên đường vòng, quãng đường lăn của các bánh xe khác nhau, hoặc lựccản của các bánh xe khác nhau, thì mômen hai bên chênh lệch nhau đúng bằng giá trị

+ Trị số mômen hãm sẽ không phải là một hằng số như các vi sai khác mà sẽ tỉ

lệ với mômen truyền lên các bánh xe

+ Vi sai tăng ma sát được ứng dụng rộng rãi

- Nhược điểm:

+ Phải dùng loại dầu cầu đặc biệt, không dùng loại dầu thông thường dễ gây sự

cố kĩ thuật, phải sử dụng hai bên lốp có kích cỡ, hoa văn, áp suất như nhau

+ Mms lớn khi quay vòng do vậy làm tăng sức cản nên mất mát công suất

1.3.2.3.2 Vi sai tăng ma sát trong có lực ma sát không cố định:

- Cấu tạo: Bộ truyền động loại này gồm có: bộ truyền lực chính (bộ bánh răng

vành chậu 2 - côn xoắn 1) bộ vi sai gồm 4 bánh răng hành tinh 7, hai bánh răng cônbán trục 6 đều được lắp thêm hai bộ ly hợp đĩa ma sát 4

Trục chữ thập được thay thế bằng trục 5 cắt nhau theo góc vuông hai trục 5 cókhả năng dịch chuyển với nhau theo cả chiều trục lẫn chiều góc nghiêng tương đương

A và B ở các đầu trục Ly hợp ma sát gồm các đĩa thép trượt trên đuôi có then hoa củabánh răng côn bán trục và các đĩa ma sát có tai nằm trong khung vi sai (các đĩa ma sátnày còn được gọi là các đệm chặn lực dọc trục)

Hình 1.14: Vi sai tăng ma sát trong có lực ma sát không cố định.

1 Bánh răng côn chủ động 2 Bánh răng vành chậu 3 Vỏ vi sai 4 Đĩa ma sát 5 Trục

6 Bánh răng bán trục 7 Bánh răng hành tinh

- Nguyên lý làm việc.

Khi chuyển động thẳng trên đường bằng phẳng, quãng đường lăn của hai bánh xebằng nhau, nếu lực cản trên hai bánh xe như nhau, sẽ làm cho các bánh răng bán trụcquay cùng tốc độ, như vậy bánh răng hành tinh không quay trên trục của nó, mà chỉquay quanh trục của bán trục

Khi đi trên đường vòng, quãng đường lăn của các bánh xe khác nhau, hoặc lựccản của các bánh xe khác nhau lúc đó các bánh răng hành tinh ngoài quay cùng vỏ visai còn quay trên trục của nó Khi bánh răng hành tinh quay các mặt nghiêng trên trục

5 sẽ bị dịch chuyển đi thế nào để lực trên ly hợp ma sát 4 truyền đến vỏ vi sai tăng lênđối với nửa trục quay chậm và giảm đi đối với nửa trục quay nhanh

- Ưu điểm:

+ Khi đi trên đường có chênh lệch hệ số bám lớn, khả năng động lực học tốt hơncác loại vi sai khác

+ Trị số mômen hãm sẽ không phải là một hằng số như các vi sai khác mà sẽ tỉ

lệ với mômen truyền lên các bánh xe

+ Vi sai tăng ma sát được ứng dụng rộng rãi

- Nhược điểm:

+ Phải dùng loại dầu cầu đặc biệt, không dùng loại dầu thông thường dễ gây sự

cố kĩ thuật, phải sử dụng hai bên lốp có kích cỡ, hoa văn, áp suất như nhau

1.4.1.3 Phân loại:

- Theo kết cấu chia ra:

+ Bán trục ở cầu phụ thuộc

+ Bán trục ở cầu độc lập

- Theo mức độ chịu lực chia ra:

+ Bán trục không giảm tải: Ở loại này bạc đạn trong và ngoài đều đặt trực tiếplên nữa trục Lúc này nữa trục chịu toàn bộ các lực, các phản lực từ phía đường và lựcvòng của bánh răng chậu

+ Bán trục giảm tải một nửa: Ở loại này bạc đạn trong đặt trên vỏ vi sai, còn bạnđạn ngoài đặt ngay trên nửa trục

+ Bán trục giảm tải ¾: Ở loại này bạc đạn trong đặt lên vỏ vi sai, còn bạc ngoàiđặt trên vỏ cầu và lồng vào trong moayơ của bánh xe

+ Bán trục giảm tải hoàn toàn: Ở loại này bạc đạn trong đặt lên vỏ vi sai, còn ởbên ngoài gồm có hai bạc đạn đặt gần nhau (có thể là bạc đạn côn hoặc bạc đạn cầu).Chúng được đặt trên vỏ cầu và lồng vào trong moayơ của bánh xe

1.4.2 Cấu tạo và hoạt động của bán trục

Bán trục là một trục thép được bọc trong vỏ cầu, ở một đầu có then hoa lắp vớibánh răng bán trục của bộ vi sai, đầu còn lại có mâm để gắn moay ơ bánh xe vào vàđược đỡ bằng bạc đạn Bán trục truyền moment quay từ cầu chủ động đến moay-ơbánh xe

Người ta gọi” trục sống” là trục mang đỡ một phần hay toàn phần trọng lượng xe,đồng thời truyền mômen để quay bánh xe cùng gắn dính với nó Danh từ” trục sống”phản nghĩa với” trục chết” Trục chết mang đỡ một phần trọng lượng của xe nhưngkhông dẫn động quay bánh xe, bánh xe chỉ quay trơn trên đầu các bán trục chết Cầutrước của xe du lịch loại dẫn động hai bánh xe sau là những trục chết, trong lúc cácbán trục sau là trục sống

Ở loại xe dẫn động bốn bánh (4WD) bán trục trước và bán trục sau đều là nhữngbán trục sống, còn ở xe dẫn động cầu sau thì bán trục sau là bán trục sống, bán trụctrước là bán trục chết

Hình 1.15: Cấu tạo của bán trục.

- Bán trục phụ thuộc:

Hai trục thép được đặt bên trong vỏ cầu liền, đầu phía trong lắp với vi sai, đầuphía ngoài nhô ra ngoài vỏ cầu có mâm để gắn moay ơ bánh xe Đầu trong ăn khớpthen hoa với bán răng bán trục và được đỡ bởi bởi bộ vi sai Đầu ngoài được đỡ bởibạc đạn Với loại bán trục này các bánh xe dao động phụ thuộc vào nhau (do vỏ cầuliền) nên tính điều khiển và tính ổn định kém Tuy nhiên loại này dễ chế tạo và đơngiản

Hình 1.16: Bán trục phụ thuộc

- Bán trục độc lập:

Trên hệ thống treo độc lập, các bán trục không nằm trong một vỏ cầu liền mà độclập với nhau Ở hai đầu bán trục có các khớp trục: Đầu trong khớp trục có then hoa,đầu ngoài nối với moay ơ bánh xe Ở loại này, vi sai được gắn chặt trên khung xe, cònđầu ngoài được đỡ bởi bạc đạn và gắn vào hệ thống treo sau

Hệ thống treo độc lập cho phép các bánh xe hoạt động độc lập riêng rẽ với nhaunhờ vậy cải thiện rất nhiều về tính điều khiển và tính ổn định của xe so với hệ thốngtreo phụ thuộc.n

Hình 1.17: Bán trục độc lập

- Khả năng giảm tải của bán trục:

Bán trục không giảm tải: Ở loại này bạc đạn trong và ngoài đều đặt trực tiếp lênnữa trục Lúc này nữa trục chịu toàn bộ các lực, các phản lực từ phía đường và lực

Hình 1.18: Loại bán trục không giảm tải.

Bán trục giảm tải một nửa: Ở loại này bạc đạn trong đặt trên vỏ vi sai, còn bạnđạn ngoài đặt ngay trên nửa trục

Hình 1.19: Loại bán trục giảm tải một nửa

Bán trục giảm tải ¾: Ở loại này bạc đạn trong đặt lên vỏ vi sai, còn bạc ngoài đặttrên vỏ cầu và lồng vào trong moayơ của bánh xe

Hình 1.20: Loại bán trục giảm tải ¾

Bán trục giảm tải hoàn toàn: Ở loại này bạc đạn trong đặt lên vỏ vi sai, còn ở bênngoài gồm có hai bạc đạn đặt gần nhau (có thể là bạc đạn côn hoặc bạc đạn cầu).Chúng được đặt trên vỏ cầu và lồng vào trong moayơ của bánh xe

Hình 1.21: Loại nửa trục giảm tải hoàn toàn.

- Đỡ toàn bộ trọng lượng phần được treo tác dụng lên cầu

- Bao kín và bảo vệ cho bộ truyền lực chính, vi sai và các bán trục để nó có thểhoạt động tốt trong thời gian dài

- Tiếp nhận và truyền các lực từ trên khung xe xuống và lực từ mặt đường lên.Đối với xe có hệ thống treo là hệ thống treo độc lập thì không có dầm cầu: Lúcnày cụm truyền lực chính và bộ vi sai được bố trí trong vỏ cầu bắt trực tiếp với thân

xe Tải trọng thẳng đứng trực tiếp qua hệ thống treo tác dụng lên thân xe

1.5.1.2 Yêu cầu:

- Vỏ cầu phải đủ cứng để chịu được trọng lượng của xe, tránh gẫy uốn ảnhhưởng đến các kết cấu bên trong

- Cầu phải đảm bảo kín để bảo vệ các kết cấu bên trong

- Có kích thước và khối lượng nhỏ để giảm tải trọng xe và tăng khoảng sánggầm xe

- Các góc đặt trên dầm cầu phải đúng quy định

1.5.1.3 Phân loại:

- Theo loại cầu:

+ Cầu không dẫn hướng, không chủ động

+ Cầu dẫn hướng, không chủ động

- Theo kết cấu chia ra:

+ Loại cầu liền

+ Loại cầu rời

1.5.2 Cấu tạo dầm cầu:

- Dầm cầu loại đúc có độ cứng vững tốt nhưng trọng lượng lớn nên làm tăngtrọng lượng của phần không được treo

- Dầm cầu được chế tạo bằng cách uốn các lá thép để có trọng lượng nhỏ, độcứng vững tốt và giá thành hạ

- Dầm cầu chủ động liên hợp là loại mà carter của truyền lực chính và vi sai đúcbằng gan rèn và vỏ bọc các bán trục là ống thép nối với carter bằng đinh tán có độcứng đảm bảo, đồng thời có trọng lượng bé, thường được dùng ở ô tô có trọng lượngnhỏ và trung bình

- Vỏ cầu rời: Được gắn với phần trước vỏ cầu (phần có bánh răng côn chủđộng) Vít cấy được gắn trên vỏ cầu để định vị phần vỏ rời Một vòng đệm kín lắp giữahai mặt vỏ cầu để ngăn sự rò rỉ dầu.

hoặc bằng nhôm được gắn với vỏ cầu bằng bu lông