Để đảm bảo đƣợc mục tiêu phân chia mô men xoắn cho các bánh xe trên cùng một cầu, phân chia mô men xoắn cho các cầu, đảm bảo cho xe quay vòng, tránh hiện tƣợng tuần hoàn công suất, trong hệ thống truyền lực của ô tô ngƣời ta sử dụng bộ vi sai. Với các bánh xe trên cùng một cầu, có bộ vi sai cầu xe, thông thƣờng là loại vi sai bánh răng côn, có thể sử dụng vi sai cam hoặc một số loại
54
khác. Với các cầu chủ động khác nhau, trên một số xe để tránh hiện tƣợng tuần hoàn công suất giữa các cầu chủ động, có thêm bộ vi sai giữa các cầu.
Theo quan điểm lý thuyết dòng lực vi sai cơ cấu ba khâu. Phƣơng trình của nút đƣợc xây dựng trên cơ sở các phƣơng trình cân bằng năng lƣợng và phƣơng trình động học đặc trƣng. Mô hình cơ cấu vi sai theo lý thuyết dòng lực nhƣ trên Hình 2.13. Nếu không bỏ qua khâu quán tính của các thành phần của cơ cấu vi sai thì mô men quán tính qui dẫn của giá hành tinh - vi sai có thể tính theo công thức:
Trong đó:
J0 - Mô men quán tính qui dẫn của giá hành tinh - vi sai
J1 - Mô men quán tính của giá hành tinh so với trục quay chính mht - Khối lƣợng của bánh răng hành tinh
Rht - Khoảng cách giữa trục quay chính và bánh răng hành tinh
Hình 2.13. Mô hình khối vi sai
Phƣơng trình cân bằng năng lƣợng của nút vi nhƣ sau:
+ + . = 0 (2.19) + + . = 0 (2.20) + + . = 0 (2.21) . + . + . + . . (2.22) Trong đó :
55
M1 , w1 , M2, - Mô men và vận tốc góc tƣơng ứng của bán trục bên trái, phải.
Jc - Mô men quán tính của bánh răng hành tinh
- Vận tốc góc của bánh răng hành tinh quanh trục của nó
= (2.23)
Trong đó:
r1 - Bán kính bánh răng bán trục rHT - Bán kính bánh răng hành tinh
Phƣơng trình động học đặc trƣng của cơ cấu vi sai đối xứng là:
w1 + w2 = 2.w0 (2.24)
Do có ma sát trong cơ cấu vi sai (ma sát do ăn khớp giữa các bánh răng, ma sát tại các ổ đỡ, ma sát do các đệm tựa...) nên mô men xoắn phân chia ra các bán trục là khác nhau. Thừa nhận rằng mômen ma sát Mms sinh ra khi vận tốc quay của các bán trục khác nhau. Khi ấy công suất mất mát do ma sát trong vi sai có dạng: Nms = Mms( )
Nhƣ vậy thì tổng công suất truyền đến các nửa trục sẽ bằng công suất trên vỏ vi sai trừ bớt đi công suất ma sát và ta có:
N1 + N2 = N0 - Nms (2.25) M1.w1 + M2.w2 = M0.w0 - Mms( ) (2.26) Từ đó ta có: M1 = 0,5.(M0-Mms) (2.27) M2 = 0,5.( M0+Mms) (2.28) Hệ số khóa vi sai đƣợc tính: = (2.29) Qua đó cho thấy khi sử dụng vi sai có ma sát trong cao, nếu mô men trên một trong hai bán trục bằng không thì mô men trên bán trục còn lại sẽ khác không. Điều này làm tăng khả năng thông qua của xe trên đƣờng trơn trƣợt khi một trong các
56
bánh xe chủ động bị mất bám với đƣờng, xe vẫn tiếp tục chuyển động nhờ mô men kéo ở các bánh xe còn lại.
Trong hệ thống truyền lực của ô tô có nhiều cầu chủ động, bộ vi sai giữa các cầu thông thƣờng đƣợc sử dụng là vi sai không có ma sát trong cao. Việc mô tả động lực học của bộ vi sai này tƣơng tự nhƣ khi mô tả cho bộ vi sai có ma sát trong cao, trong quá trình hoạt động, Mms có giá trị bằng 0.
Trên hình 2.14 thể hiện mô hình mô phỏng khối vi sai cam lắp trên xe GAZ66. Mô men đầu vào đƣợc truyền thông qua một cặp bánh răng với tỷ số truyền của bộ truyền lực chính i0, sau đó mô men đƣợc chia ra cho hai bán trục thông qua bộ truyền bánh răng hành tinh, khối ly hợp nối hai trục ra tạo mô men bằng với mô men ma sát sinh ra trong cụm vi sai. Hai đầu ra cho hai bán trục bánh xe hai bên đƣợc đƣa qua hai cổng kết nối (1) và (3). Với khối vi sai thƣờng, chỉ cần đƣa vào tín hiệu điều khiển cho khối ly hợp mở làm cho Mms có giá trị bằng 0.
Hình 2.14. Mô hình mô phỏng khối vi sai cam
1. Cổng kết nối mô men dầu vào; 2.Khối mô tả cặp bánh răng truyền lực chính; 3.Khối tạo ma sát trong của vi sai; 4,10. Khối mô tả cặp bánh răng hành tinh; 5,8.Khối mô tả cặp bánh răng tạo tỷ số truyền bán trục; 6,7. Cổng kết nối mô men ra hai bán trục phải và bán trục trái; 9. Khối bánh răng tạo điều kiện động lực học
57