Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cầu chủ động tăng ma sát

Hình:1.2: Truyền lực chính bánh răng côn Truyền lực chính bánh răng côn thường được sử dụng trên xe có cầu sau chủ động và động cơ đặt trước.. Hình 1.3: Truyền lực chính bánh răng hypoit

2.1 Cấu tạo chung và nguyên lý hoạt động của cầu chủ động………….13 2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại cầu chủ động tăng ma

CHƯƠNG I : NHIỆM VỤ, YÊU CẦU, PHÂN LOẠI CẦU CHỦ ĐỘNG 1.1 Nhiệm vụ

Cầu chủ động là bộ phận tiếp theo nhận đường truyền mô men từ động cơ thông qua trục các đăng, từ đó truyền đến các bánh xe chủ động Trong cụm cầu chủ động có một bộ phận quan trọng là bộ vi sai Bộ vi sai này phân chia công suất cho hai bánh xe chủ động trong các trường hợp xe di chuyển khác nhau Cầu chủ động còn có nhiệm vụ nâng đỡ trọng lượng xe

- Khoảng sáng gầm xe đủ lớn

- Đảm bảo độ cứng vững của vỏ và các ổ trục

-Phân phối mômen từ dông cơ cho các bánh xe hay các cầu theo tỉ lệ cho trước, phù hợp với mômen bám của bánh xe với mặt đường

-Kết cấu đơn giản dễ dàng trong lắp đặt, bảo dưỡng sửa chữa

1.3 Phân loại

-Phân loại cầu chủ động theo số lượng bánh răng truyền lực chính Truyền lực đơn được phân loại theo dạng bánh răng

+ Truyền lực chính bánh răng côn

Hình:1.2: Truyền lực chính bánh răng côn

Truyền lực chính bánh răng côn thường được sử dụng trên xe có cầu sau chủ động và động cơ đặt trước Nó gúp mô men từ hộp số được truyền đến cầu chủ động theo phương vuông góc

+Truyền lực chính bánh răng hypoit

Hình 1.3: Truyền lực chính bánh răng hypoit

Truyền lực chín sử dung bánh răng hypoit cũng thường được sử dụng trên xe có cầu sau chủ động và động cơ đặt trước Bánh răng hypoit cũng giúp truyền moment theo phương vuông góc nhưng nó có kích thước nhỏ gọn hơn nên làm cho khoảng sáng gầm xe lớn hơn Loại bánh răng này khó chế tạo hơn bánh răng côn và bánh răng thẳng

+ Truyền lực chính bánh răng trụ

Hình 1.4: Truyền lực chính bánh răng trụ

Truyền lực chính dạng bánh răng trụ thường được sử dụng trên xe cầu trước chủ động Bộ vi sai này có bánh răng bị động truyền lực chính ăn khớp luôn với bánh răng đầu ra của hộp số không cần phải truyền mô men từ hộp số qua trục cardang Các răng của bánh răng được làm nghiêng nhằm mục đích tăng độ êm dịu trong quá trình làm việc Loại truyền lực chính này chỉ cho phép truyền mô men khi hai trục song song với nhau

+Truyền lực chính dạng trục vít

Hình 1.5 Truyền lực chính trục vít

Loại truyền lực chính này sử dụng một trục vít có dạng răng xoắn ốc và một bánh ví dạng bánh răng ngiêng Nó truyền mô men cực kỳ lớn Vận hành rất êm dịu, nó có khả năng truyền mô men từ trục vít đến bánh vít nhưng không thể truyền mô men ngược lại từ bánh vít lên trục vít Loại truyền lực chính này thường ít được sử dụng trên ô tô Nó thường được sử dụng trên các loại xe cần lực kéo vô cùng lớn không yêu cầu tốc độ di chuyển cao và tính cơ động cao.Nhược điểm của loại này là khó gia công và sửa chữa nên thường thay mới khi bị hư hỏng

-Cầu chủ động kép được phân thành 2 loại:

Một số xe có động cơ cao tốc thường sử dùng cầu chủ động có truyền lực kép để giảm bớt tốc độ truyền tới bánh xe Tùy theo cách bố trí và sắp xếp ta có cầu chủ động kép loại trung tâm và phân tán

+ Cầu chủ động 1 cấp ( chỉ có 1 tỷ số truyền duy nhất )

Cầu chủ động kép tập trung với cả hai cặp bánh răng được bố trí trong cùng một cụm nằm giữa hai bánh xe chủ động

Hình 1.6: Cầu chủ động với truyền lực kép tập trung

Khi cầu chủ động làm việc, mô men xoắn được truyền từ bánh răng chủ động truyền lực chính sang bánh răng bị động truyền lực chính, một bánh răng trụ nhỏ được gắn chặt vào bánh răng bị động truyền lực chín Mô men từ bánh răng côn bị động cũng chính là mô men của bánh răng trụ chủ động ( bánh trụ răng nhỏ ) được truyền sang bánh răng trụ bị động ( bánh răng trụ lớn) Bánh răng trụ lớn được bắt với vỏ vi sai và cùng quay trong vỏ cầu

Cầu chủ động kép phân tán với hai cặp bánh răng được bố trí tại các dẫn động tới các bánh xe chủ động

Hình1.7: Cầu chủ động kép phân tán

Cầu chủ động loại này được bố trí ở giữa là truyền lực trung tâm Truyền lực trung tâm là hệ thống dẫn động bánh răng côn và bộ vi sai thông thường Hai bán trục sẽ được kết nối với hai truyền lực cạnh hai bên Đầu ra của hộp giảm tốc sẽ được kết nối với bánh xe chủ động

Khi làm việc mô men được truyền từ bánh răng chủ động truyền lực chính sang bánh răng bị động truyền lực chính Bánh răng bị động truyền lực chính được gắn với bộ vi sai Mô men từ bộ vi sai được truyền tới bánh răng chủ động của truyền lực cạnh rồi đến bánh răng bị động của truyền lực cạnh cuối cùng đến bánh xe Cầu chủ động có tỷ số truyền lớn mà vẫn giữ được khoảng sáng gầm xe lớn Loại cầu chủ động này thường được sử dụng trên máy kéo và ô tô tải hạng nặng

Cầu chủ động kép 2 cấp ( có 2 cấp số được điều khiển bởi người lái)

Trên trục của bánh răng bị động truyền lực chính 2 được được bố trí thêm hai bánh răng trụ 4,7 có kích thước khác nhau Ở giữa hai bánh răng trụ được bố trí thêm một khớp gài 8 Hai bánh răng trụ 4,7 được ăn khớp với hai bánh răng trụ lớn hơn 5,6 hai bánh răng trụ này đều được gắn với bộ vi sai

Khi cầu chủ động làm việc mô men được truyền bánh răng chủ động truyền lực chính sang bánh răng bị động truyền lực chính Lúc này một trong hai bánh răng trụ nhỏ quay trơn trên trục được khớp gài khóa lại với trục, mô men được truyền đến bộ vi sai thông qua cặp bánh răng được khớp gài khóa lại Khi người lái điều khiển cho khớp gài đi về phía bánh răng trụ còn lại thì bánh răng vừa được nhả ra lại quay trơn trên trục Còn bánh răng mới được

khóa với lại tiếp tục truyền mô men đến bộ vi sai Do sự chênh lệch về kích thước cảu các cặp bánh răng nên tỷ số truyền được thay đổi

- Phân loại theo kiểu bán trục

Hình 1.9: Các dạng bán trục

Hình 1.9a Bán trục giảm tải hoàn toàn

Bánh xe có moay ơ được lắp trên 2 ổ bi, cả hai ổ này đều lắp trên vỏ cầu Do hai ổ bi được bố trí cách nhau một đoạn, nên các mô men uốn các lực tương tác giữa bánh xe và mặt đường ( X,Y,Z) đều được tiếp nhận bởi vỏ cầu Nó không chịu uốn mà chỉ chịu tải duy nhất là mô men xoắn Loại này thường được sử dụng trên xe tải

Hình 1.9b Bán trục giảm tải 3/4

Moay ơ chỉ được bố trí một ổ bi Bởi vậy bán trục sẽ phải chịu một phần mô men uốn từ các lực tác dụng lên bánh xe Loại bán trục này thường rất ít được sử dụng,

Hình 1.9c Bán trục giảm tải 1/2

Đầu ngoài của bán trục được đỡ bởi một ổ bi nằm trong vỏ của cầu chủ động Trong trường hợp này moay ơ được bắt trực tiếp lên đuôi bán trục kết cấu dạng này cũng có thể không có moay ơ mà tang trống được lắp trực tiếp

lên mặt bích của đuôi bán trục Với kết cấu kiểu này, bán trục phải chịu toàn bộ mô men uốn của các lực thẳng đứng Z và của lực dọc trục X không lớn lắm do cánh tay đòn a thường được chế tạo sao cho nhỏ nhất có thểt, còn mô men của lực Y thường khá lớn Bán trục được bố trí như trên thường được sử dụng trên xe con vì có kết cấu nhỏ gọn, đơn giản

-Phân loại theo bố trí cầu chủ động

+ Cầu chủ động không dẫn hướng

Hệ thống dẫn động cầu sau là cách bố trí truyền lực cho hai bánh sau giúp xe di chuyển Mô men được truyền từ động cơ thông qua ly hợp đến hộp số đến trục cardang rồi đến cầu xe rồi đi thẳng xuống các bánh xe Cầu sau chủ động giúp cho 2 bánh xe dẫn hướng ở cầu trước tập trung hơn vào nhiệm vụ đánh lái Tronng trường hợp này thì động cơ và hộp

Khác với cầu sau chủ động thì cầu dẫn hướng chủ động không chỉ mang chức năng truyền mô men xoắn đến các bánh xe mà nó còn có chức năng dẫn hướng di chuyển của xe, vì vậy nó cần bố trí thêm một các đăng đồng tốc để có thể đồng thời thực hiện hả hai chức năng dẫn hướng và chủ động, bán trục được chế tạo thành hai đoạn 4 và 7, gữa chúng là khớp các đăng đồng tốc 8 Loại cầu dẫn hướng chủ động này thường được dùng trên các xe con có tải trọng nhỏ

CHƯƠNG II: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CẦU

- Nguyên lý hoạt động:

Khi cầu chủ động làm việc mô men được truyền từ động cơ xuống hộp số -> trục các đăng-> truyền lực chính và vi sai->trục bánh xe -> bánh xe

Hình 2.3: Cấu tạo bộ vi sai

Bộ vi sai có bốn bánh răng hành tinh được lắp lồng không lên trục chữ thập Trục chữ thập được cố định trên hai nửa vỏ vi sai hai nửa vỏ được ghép với nhau nhờ các bulong ,tạo thành trục bị động của truyền lực chính Các bánh răng hành tinh đồng thời ăn khớp với hai bánh răng bán trục Các bánh răng bán trục tựa lên vỏ vi sai và liên kết với các bán trục bằng then hoa , bánh răng vành chậu được bắt lên vỏ vi sai nhờ các lỗ bu lông ,tạo nên bánh răng bị động của truyền lực chính

Khi ô tô hoạt động trên đường thẳng , bộ vi sai làm việc như bộ phận truyền lực thực hiện chức năng truyền chuyển động từ bánh răng bị động của truyền lực chính đến các bánh răng bán trục lúc này mô men được chia đều cho hai bên bánh xe

Khi ô tô hoạt động trên đường xấu hoặc khí vào cua thì bộ vi sai sẽ hoạt động để chia mô men cho hai bánh xe theo tỷ để làm giảm sự khó khăn trong việc đánh lái do bánh xe bị trượt lết hoặc tránh trường hợp bán trục bị quá tải dẫn đến gãy bán trục

2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại cầu chủ động tăng ma sát

Với kết cấu vi sai thông thường trong trường hợp một bánh xe bị sa lầy thì bánh xe đó sẽ quay với mô men lớn hơn nhiều so với bánh xe không bị sa lầy Trong trường hợp này thì xe vẫn đứng yên mà động cơ vẫn hoạt động làm tiêu tốn nhiên liệu Vì vậy cần bố trí thêm hệ thống khóa vi sai để khóa chặt hai bên trục bánh xe với nhau nhằm mục đích tăng nội ma sát cho cầu chủ động

- Khóa vi sai cơ khí

Hình 2.4:Khóa vi sai điều khiển cơ khí

1- Cơ cấu khóa vi sai 2- Khớp gài vi sai

3- Vỏ vi sai 4- Bán trục

Khi xe bị sa lầy dẫn đến việc công suất chỉ được truyền đến bánh xe bị sa lầy còn bánh xe không bị sa lầy lại đứng yên không nhúc nhích do lực cản từ mặt đường Lúc này người lái điều khiển cơ cấu khóa vi sai làm hai bán trục được nối cứng với nhau, công suất được chia đều đến hai bánh xe chủ động

Đây là loại khóa vi sai được điều khiển thủ công, việc đóng mở vi sai được người lái điều khiển bằng tay nhờ cơ cấu dẫn động cơ khí Khi ngài vi sai di chuyển sang trái, các răng ở khớp gài ăn khớp với nhau biến hai bán trục thành khối liền Nhưng việc khóa vi sai quá lâu dẫn đến việc bộ vi sai bị vô hiệu hóa làm cho việc đánh lái bị khó khăn do bánh xe bị trượt lết khi đánh lái Điều này có thể làm gãy bán trục do quá tải Vì vậy trong thực tế người ta sẽ bố trí các loại khóa vi sai tự động hoặc khóa vi sai cảm ứng mô men

+ Khóa vi sai cảm nhận mô men quay

Hai bán trục của cầu xe được nối với hai trục vít tách biệt với nhau Mỗi trục vít lại được ăn khớp với 3 bánh vít, ở hai bên của bánh vít lại được bố trí thêm một cặp bánh răng thẳng Các bánh răng thẳng này lại ăn khớp với các bánh răng thẳng của bánh vít bên bán trục bên kia

Bộ vi sai này tự khóa bằng cách dựa vào tính năng đặc biệt của bộ truyền trục vít bánh vít đó là mô men chỉ truyền được từ trục vít sang bánh vít chứ không thể truyền ngược lại Khi vận tốc của bánh xe bị sa lầy lớn hơn 20% so với bánh xe còn lại thì môm men được truyền từ bán trục lên trục vít được gắn với bán trục đó Rồi truyền đến bánh vít Lại nhờ bánh răng thẳng truyền mô men sang bánh vít bên cạnh, nhưng do cơ cấu trục vít bánh vít không thể truyền mô men từ bánh vít sang trục vít nên cả cụm vi sai được nối cứng, kích hoạt khóa vi sai

- Khóa vi sai dạng ly hợp nhiều đĩa

Hình 2.6:Vi sai tăng ma sát với ly hợp

Visai này có kết cấu gần giống với loại vi sai bình thường nhưng được lắp thêm bộ hai bộ ly hợp nhiều đĩa vào hai bên

Trong trường hợp xe hoạt động trên đường thẳng hoặc đi đường vòng thì độ chênh lệch vận tốc chưa lớn nên bộ ly hợp nhiều đĩa chưa làm việc Trong trường hợp xe bị sa lầy, xuất hiện sự chênh lệch lớn giữa hai bánh xe, do các bánh răng vi sai là bánh răng côn nên lúc này sinh ra lực dọc trục giữa các bánh răng côn bán trục Lực dọc trục này cùng với lực đẩy của lò xo đẩy các đĩa ép chặt với nhau Các đĩa ăn khớp với bán trục và các đĩa gài vào vỏ vi sai ép chặt vớt nhau làm cho mô men từ bán trục này truyền sang bán trục bên kia giúp xe thoát khỏi sa lầy

- Khớp nối điều khiển điện tử

Hình 2.7 : Khóa vi sai với ly hợp

Ly hợp hadex thường được sử dụng trên xe có dẫn động bốn bánh bán thời gian Nó làm nhiệm vụ kết nối hai cầu với nhau trong trường hợp cần thiết để tăng tính việt dã cho xe trong các trường hợp đường trơn trượt băng tuyết Việc đóng mở ly hợp phụ thuộc vào hệ thống điều khiển điện tử và các cảm biến Các cấu chấp hành nhận tín hiệu từ các cảm biến từ đó điều khiển việc đóng mở ly hợp bằng việc bơm dòng dầu Áp suất dầu đẩy các đĩa ép chặt vào nhau từ đó hiệp tượng khóa vi sai sảy ra

- Loại khóa vi sai với khớp nối ly hợp nhớt

Hình 2.9 : Hệ thống dẫn động 4 bánh với khớp nối Visco

Khớp nối visco là một loại khớp nối kiểu ly hợp thủy lực được sử dụng để truyền mô men quay thông qua sức cản của dòng dầu có độ nhớt cao với mục đích ngăn chặn việc trượt của vi sai Dầu có độ nhớt cao trong khớp nối thủy lực làm ép đĩa ma sát lại với nhau tạo thành một khối Điều này giới hạn bánh xe trượt quay, đồng thời khóa bánh xe bị trượt với bánh xe không bị trượt

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN KIỂM MGHIỆM ĐỒI VÓI CẦU CHỦ ĐỘNG

3.1 Thông số xe vios 2014

Chiều dài đường sinh trung bình Lm = 108(mm)

Đường kính vòng chia trung bình

3.3 Tính toán tỉ số truyền và lực tác dụng lên cặp bánh răng hypoid

Để so sánh truyền động hypoit với truyền động bánh răng côn xoắn ta xét sơ đồ lực tác dụng lên cặp bánh răng hypoit thể hiện trên hình 1 Lực pháp tuyến tác động lên các bánh răng tại vết ăn khớp bằng nhau, nhưng các lực tiếp tuyến P1 và P2 không bằng nhau, cụ thể:

Trong đó, kh là hệ số tăng kích thước của bộ truyền hypoit, và 1  là góc 2 xoắn của các bánh răng chủ động và bị động (góc  thường lớn hơn 1  ) 2

Hình 3.1 Sơ đồ lực tác dụng lên bộ truyền hypoit

Do các góc  được lấy ở tiết diện trung bình nên thường ký hiệu là  1, 2.

Nếu gọi tỷ số truyền của TLC hypoit là i0 ta có:

Tỷ số truyền của TLC bánh răng côn: 0 2 2

Từ đây, còn có thể rút ra một số nhận xét như sau:

- Cùng một tỷ số truyền, nếu 𝑍1 không thay đổi thì bộ truyền hypoit có 𝑍2 nhỏ hơn bộ truyền côn xoắn, nghĩa là kích thước TLC giảm;

- Cùng một tỷ số truyền, nếu 𝑍2 không thay đổi thì ở bộ truyền hypoit có thể tăng 𝑍1 nhờ đó độ bền của TLC hypoit cao hơn

Đối với cặp bánh răng hypoit, do có sự lệch trục nên các góc nghiêng răng của 2 bánh răng trong cặp không bằng nhau, cụ thể:12. Vì vậy, lực tiếp tuyến tác dụng trên 2 bánh răng không bằng nhau

Trong các công thức trên dấu  được chọn như sau:

- Nhìn từ đáy lớn, nếu chiều quay cùng với chiều xoắn răng thì lực Q lấy dấu (-) còn lực R lấy dấu (+)

- Nhìn từ đáy lớn, nếu chiều quay ngược chiều với chiều xoắn thì lực Q lấy dấu (+) còn lực R lấy dấu (-)

Ở đây ta chọn lực Q lấy dấu (+) còn lực R lấy dấu (-) Thay số vào công thức trên ta được :

b − chiều dài theo đường sinh của côn chia; p −t bước răng theo mặt bên tính ở đáy côn chia;

r −1 bán kính côn chia tính tại đáy lớn

4 Hệ số dịch chỉnh mm 0,23 0,23

3.5.2 Tính toán kiểm tra bền

Hình 3.3 Sơ đồ vi sai bánh răng côn đối xứng

• Môđun pháp tuyến sơ bộ của bánh răng vi sai