Khi xe chuyển động, momen từ động cơ tới hệ thống truyền lực tới các bánh xe, bánh xe ma sát với mặt đường tạo ra lực kéo giúp xe di chuyển. Khi hoạt động thực tế, động cơ không chỉ chạy một tốc độ mà tốc độ quay và momen xoắn liên tục thay đổi. Hơn nữa, các bánh xe tiếp xúc với mặt đường không phải lúc nào cũng giống nhau về lực kéo, tốc độ. Chính vì thế mà hệ thống truyền lực có vai trò rất quan trong trong việc truyền và phân bổ momen tới các bánh xe một cách tối ưu.
Khi động cơ hoạt động mà chưa vào số, trục sơ cấp quay, vì bánh răng số 1 và số 2 liền trục nên quay theo kéo theo bánh răng ở hai cấp số đó trên trục thứ cấp quay trơn trên trục thứ cấp. Khi cần vào số 1 hay số 2 thì bộ đồng tốc trên trục thứ cấp sẽ dịch chuyển sang bánh răng số cần vào cho phép liên kết bánh răng với trục thứ cấp như vậy momen từ bánh răng đã có thể truyền vào trục thứ cấp.
Còn đối với các số 3, 4, 5 thì bánh răng trên trục sơ cấp quay trơn và các bộ đồng tốc bố trí trên trục sơ cấp. Bánh răng trên trục thứ cấp thiết kế liền trục hoặc lắp ghép qua khớp then hoa luôn luôn cho phép truyền momen qua. Khi cần vào số nào trong các số này thì cần kết nối bánh răng đó trên trục sơ cấp với trục sơ cấp thông qua bộ đồng tốc.
Trục thứ cấp truyền momen đến vi sai trung tâm. Vi sai trung tâm là Torsen( chống trượt). Torsen là một cơ cấu vi sai giữa các trục, trong đó mômen ma sát bên trong xuất hiện của cơ cấu này gây ra tất cả sự khác biệt động học giữa các trục truyền của trục trước và trục sau của một chiếc xe tạo ra sự thay đổi trong phân phối mô-men xoắn, giúp cân bằng tốc độ quay của trục truyền động của cầu trước và cầu sau. Vi sai trung tâm sẽ phân bổ momen ra cầu trước và cầu sau, cho phép cầu trước và cầu sau quay khác tốc độ khi cần thiết hoặc khi một trong hai cầu mất độ bám thì cho phép momen truyền nhiều hơn sang cầu còn lại.[6]
Hình 2.9 Ăn khớp giữa bánh răng bên và bánh răng Invex
Bánh răng invex kết nối với vỏ visai, bánh răng bên kết nối với trục dẫn động ra hai cầu. Một bánh răng invex sẽ ăn khớp với một bánh răng bên và
quay ngược chiều với bánh răng invex ăn khớp với bánh răng bên còn lại. Như vậy thì hai bánh răng bên đã cố định chuyển động với nhau cho phép qua ngược chiều nhau.
Vì bánh răng invex ăn khớp với bánh răng bên nhờ các bánh răng xoắn giống trục vít bánh vít nên sinh ra ma sát, gây ra tỷ lệ lệch momen xoắn( TBR) nên sẽ giúp ích cho việc hạn chế sự chênh lệch tốc độ giữa hai bánh răng bên.
Tỷ lệ lệch mô-men xoắn cực đại được hỗ trợ bởi một thiết kế vi sai cụ thể được gọi là ‘torque bias ratio- TBR’ . Thuật ngữ này được biểu thị bằng thương số của mô-men xoắn ở trục có mô-men xoắn cao hơn chia cho mô-men xoắn ở trục có mô-men xoắn thấp hơn theo tỷ lệ cố định.
Việc cung cấp tỷ số lệch ảnh hưởng đáng kể đến kết nối hoạt động giữa các trục truyền động và thể hiện sự lựa chọn cẩn thận để kiểm soát sự truyền mô-men xoắn giữa các trục truyền động để đạt được lực kéo tối ưu. Thiết kế tỷ lệ lệch 1:4 có nghĩa là bộ vi sai Torsen có khả năng phân phối để bánh dẫn động có độ bám đường tốt hơn, gấp bốn lần lượng mô-men xoắn có thể được hỗ trợ bởi bánh dẫn động có lực kéo thấp hơn. So với bộ vi sai bánh răng hành tinh, điều này có nghĩa là, trong cùng điều kiện, bộ vi sai tỷ số lệch 1;4 có khả năng phân phối mô-men xoắn tới trục truyền động nhiều hơn xấp xỉ 2,5 lần so với bộ vi bánh răng hành tinh.
Một số ví dụ cụ thể:
Giả sử hộp số đang cho ra là 600 Nm và vi sai trung tâm đang phân chia lực xoắn đó cho cầu trước và cầu sau, vi sai trung tâm có tỷ lệ lệch momen xoắn là 1: 4,5
Tình huống 1) Nếu cả hai cầu có thể duy trì mô-men xoắn 300 Nm (mỗi
lốp) trước khi bánh xe bị bị trượt do mất ma sát, bộ vi sai sẽ lấy 600 Nm và chia đều cho mỗi bên, không có bất kỳ sự khác biệt nào xảy ra. Vì vậy, 300 Nm được phân phối đến mỗi lốp.
Tình huống 2) Nếu các bánh ở cả hai cầu có thể xử lý 450 Nm trước khi
cho cả hai bên. Sự khác biệt là lốp xe nằm dưới giới hạn trượt một cách thoải mái.
Tình huống 3) Lần này, hai bánh phía sau đột nhiên gặp phải sự sụt giảm
độ bám đường và rơi xuống, ví dụ: 150 Nm, Torsen sẽ ngay lập tức lấy 150 đó và cố gắng nhân với TBR của nó. Điều này có thể cho phép bộ vi sai gửi tới 675 Nm tới lốp trước có độ bám đường cao - nếu có đủ mô-men xoắn truyền đến trục để hỗ trợ điều đó. Nhưng trong trường hợp này thì không, vì chỉ có tổng cộng 600 Nm, vì vậy chỉ có 450 Nm có sẵn để gửi đến phía có lực kéo cao.
Tình huống 4) Bây giờ, giả sử rằng càng xuống xa đường mòn, hai lốp
sau xe gặp phải một điểm có độ bám đường thấp khác. Lần này, lực kéo của lốp sẽ chỉ hỗ trợ mô-men xoắn 100 Nm. Một lần nữa, bộ vi sai sẽ ngay lập tức làm lệch mô-men xoắn về phía lực kéo cao là lốp trước, trong giới hạn TBR của nó. Vì vậy, phía lực kéo thấp chỉ nhận được 100 Nm, và sự khác biệt một lần nữa nhân lên và cung cấp 450 Nm cho phía có lực kéo cao. Một lần nữa, lốp có độ bám đường cao đang nhận được mô-men xoắn cực đại trước khi bị trượt.
Như vậy ở đây nếu sử dụng vi sai trung tâm là vi sai thường, lốp sau chỉ cho phép truyền 100 Nm trước khi trượt thì lốp trước tối đa cũng là 100Nm vì Momen ở 2 trục phải luôn cân bằng nhau. Cho nên với vi sai thường ta chỉ có tổng là 200 Nm giúp chiếc xe di chuyển, thấp hơn khá nhiều so với visai torsen 550 Nm.
Tình huống 5) Trường hợp một bánh xe nào đó của một cầu bị nhấc lên
hẳn trên cao. Điều đó cho thấy bánh xe đó không thể truyền momen. Nếu vi sai cầu đó không khóa thì có nghĩa là cầu đó cũng không truyền momen hay momen =0. Khi đó momen truyền tới cầu còn lại là TBR x 0 =0. Trường hợp này chiếc xe sẽ bị mất lực kéo hoàn toàn. Đây cũng chính là điểm yếu trong vận hành của visai torsen. Để khắc phục điều này cần có bộ khóa vi sai cụ thể cho phép truyền 100% momen tới một cầu chủ định.
Khi xe chạy thẳng, một lực cản đều nhau tác động lên cả bánh xe bên phải và bánh xe bên trái, bánh trước và sau vì vậy bánh răng vành chậu, bánh răng vi sai và bánh răng bán trục đều quay như một khối liền để truyền lực dẫn động đến cả hai bánh xe.
Vi sai cầu trước và cầu sau:
Khi xe chạy trên đường vòng, tốc độ quay của lốp ngoài và lốp trong sẽ khác nhau.Vì vậy chính cơ cấu quay độc lập với tốc độ khác nhau của 2 bán trục nhờ bộ vi sai giúp xe vào vòng êm dịu và dễ dàng. Nói khác đi, bên trong bộ vi sai, bánh răng bán trục B phía trong quay chậm và bánh răng vi sai phải quay sao cho bánh răng bán trục A phía ngoài quay nhanh hơn.
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ CƠ KHÍ HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC