CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG CẦU XE TRÊN Ô TÔ, GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG CẦU SAU XE TOYOTA HILUX 2. Tổng quan về hệ thống cầu xe trên ô tô 1. Tổng quan Cầu xe hay còn được gọi là trục bánh xe, là một phần cốt lõi của hệ thống treo được sử dụng để kết nối các bánh xe của ô tô.
Cầu xe đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển động của xe. Các bánh của xe tải sẽ quay ở cùng tốc độ nếu xe chạy trên một đường thẳng còn khi vào cua, các bánh xe sẽ có tốc độ khác nhau. Tốc độ của bánh xe phụ thuộc vào bán kính đường trong của khúc cua, bánh xe bên ngoài bán kính xe quay lớn hơn nên tốc độ quay nhanh hơn. Bánh xe phía sau trong có bán kính quay nhỏ nên tốc độ quay chậm hơn.
Vì vậy ở cùng một thời điểm khi vào cua, 2 bánh sẽ quay với 2 tốc độ khác nhau. Nếu không có cầu xe, 2 bánh sẽ bị khóa với nhau và sẽ quay cùng một tốc độ, khiến xe trở nên trơn trượt.1 Cầu xe trên ô tô Chức năng của cầu xe: + Truyền mômen của động cơ tới trục bánh xe. + Là nơi giảm tốc cuối cùng trước khi truyền mô-men xoắn tới trục của bánh xe. + Thay đổi tốc độ của các bánh xe khi vào cua để không gây ra hiện tượng trượt của bánh xe.
Khi xe bị sa lầy khi gặp địa hình xấu, bánh xe bị lầy sẽ quay liên tục trong khi bánh không bị sa lầy đứng yên. Lúc này tài xế hãy đổ thêm đất đá vào chỗ bị sa lầy và hãm cầu nối cứng 2 trục với vỏ cầu để 2 bánh xe quay cùng tốc độ để có thể vượt lấy, sau đó mở cầu để xe hoạt động bình thường. Phạm Văn Trọng 3 SVTH: Dương Đức Linh Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô 1. Cấu tạo hệ thống cầu xe ô tô Cấu tạo hệ thống cầu xe ô tô bao gồm 4 bộ phận chính: + Trục các đăng + Bộ vi sai + Bộ truyền bánh răng hành tinh + Bán trục 1.
Trục các đăng Trục các đăng là một ống thép nhẹ được làm từ thép cacbon, nó đủ khỏe để chống cong và xoắn. Thông thường, chúng là một ống liền có hai khớp nối ở hai đầu hình hình thành các khớp các đăng. Vì có sự rung động nhẹ ở dải tốc độ cao, nên ngày nay người ta thường sử dụng loại trục các-đăng 3 khớp nối. Cấu tạo của trục các đăng + Trục các đăng có hai khớp nối: Tổng chiều dài mỗi đoạn của loại trục tương đối lớn.
Điều này có nghĩa là khi trục các-đăng quay ở dải tốc độ cao, nó sẽ có xu hướng cong đi một chút và rung động mạnh hơn do mất đi độ cân bằng. + Trục các đăng có ba khớp nối: Chiều dài mỗi đoạn trục của trục các-đăng ba khớp nối ngắn hơn, vậy nên độ cong do không cân bằng ngắn hơn. Độ rung động ở dải tốc độ cao từ đó cũng giảm. Phạm Văn Trọng 4 SVTH: Dương Đức Linh Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Hình 1.
Phân loại theo kết cấu + Ổ đỡ giữa: Ổ đỡ giữa sẽ đỡ hai phần của trục các đăng và được lắp qua mặt bích vào các rãnh then hoa ở đầu trục trung gian. Bản thân ổ đỡ giữa có ống lót cao su che chắn và ổ đỡ này lại đỡ các trục các đăng. Nó được lắp vào thân xe bằng một giá đỡ. Bởi vì người ta tách trục các đăng làm hai đoạn, ống lót cao su sẽ khử độ rung trong trục để ngăn sự rung này truyền tới khung xe.
Vậy nên, độ rung và tiếng ồn từ trục các đăng ở dải tốc độ cao sẽ được giảm xuống mức thấp nhất. Bộ vi sai A. Mục đích Bộ vi sai ô tô là một bộ phận không thể thiếu trong hệ thống truyền động của xe, đóng vai trò quan trọng trong việc phân phối lực kéo từ động cơ đến các bánh xe. Khi xe vào đường vòng, vết các bánh xe sẽ tạo một đường tròn đồng tâm, tâm các đường tròn nằm trên một đường thẳng nối dài đi qua hai tâm của bánh xe.
Do đó bánh xe ngoài sẽ lăn nhiều hơn bánh xe trong. Hoạt động của bộ vi sai GVHD: TS. Phạm Văn Trọng 5 SVTH: Dương Đức Linh Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Nếu các bánh xe sau được ăn khớp bánh răng cố định với trục các đăng thẳng vào trục bánh xe bên trong sẽ trượt trên mặt đường. Như vậy vỏ (lốp) xe sẽ mòn nhanh hơn và gây ứng suất xoắn trên trục làm cho việc đi vào đường không ổn định bộ vi sai sẽ loại bỏ được trục trặc này, bởi vì nó cho phép các bánh xe quay ở những đường tròn khác nhau.
Nguyên lý làm việc của bộ vi sai Khi chuyển động thẳng trên đường bằng phẳng, quãng đường lăn của hai bánh xe bằng nhau, nếu lực cản trên hai bánh xe như nhau, sẽ làm cho các bánh răng bán trục quay cùng tốc độ, như vậy bánh răng hành tinh không quay quanh trục của nó, mà chỉ cùng quay quanh trục của bán trục. Mômen truyền xuống từ vỏ vi sai cân bằng với mômen cản lăn tại vết tiếp xúc của bánh xe, tức là : nt = np = n0 và mt = mp = 0,5m0 Nt , np , n0 – tốc độ quay của bánh xe trái, phải, vỏ vi sai, vg/ph; Mt , mp , m0 – mômen trên bánh xe trái, phải, vỏ vi sai. Có thể hiểu các bánh răng đóng vai trò là chêm truyền lực. Khi quay vòng; c.
Quan hệ lực và bánh răng vi sai Hình 1.Quan hệ động học và động lực học vi sai côn đối xứng (bỏ qua ma sát) Khi đi trên đường vòng, quãng đường lăn của các bánh xe khác nhau, các bánh răng bán trục quay với các tốc độ góc khác nhau, hoặc lực cản của các bánh xe khác nhau dẫn tới tốc độ góc các bánh răng bán trục cũng khác nhau. Như vậy bánh răng hành tinh vừa quay quanh trục của nó với tốc độ góc ht và quay quanh đường tâm trục của bánh răng bán trục với tốc độ Vht. Mômen chuyền xuống từ vỏ vi sai cân bằng với mômen cản đặt tại tâm trục của bánh răng vi sai mt + mp. Trên bánh răng vi sai: Do sự không cân bằng của các lực ăn khớp tạo nên mômen quay bánh răng vi sai xung quanh trục của nó với gía trị bằng mt – mp, mômen còn lại bằng giá trị mp tác dụng cho cả các bánh răng bán trục hai bên.
Như vậy : Mt = mp Nếu np = 2n0 thì nt = 0 và khi đó bánh xe phải quay gấp đôi, còn bánh xe trái không quay. Mặt khác bánh xe bên phải có lực cản trở rất nhỏ, coi như bằng không mt GVHD: TS. Phạm Văn Trọng 6 SVTH: Dương Đức Linh Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô = 0, thì mt = mp = 0. Do vậy xe không còn khả năng khắc phục lực cản đường.
Đó chính là hiện tượng patinê. Quan hệ tổng quát của vi sai là : nt + np = 2n0 Nt np Mt = mp Việc sử dụng vi sai đối xứng như trên cho phép các bánh xe quay với tốc độ khác nhau, hạn chế mài mòn lốp xe, nhưng lại làm xấu khả năng truyền lực của cầu chủ động, đồng thời có thể làm tăng khả năng tiêu hao nhiên liệu của ô tô. Phân loại * Theo công dụng chia ra + Vi sai giữa các bánh xe + Vi sai giữa các cầu + Vi sai đối xứng + Vi sai không đối xứng * Theo mức độ tự động chia ra + Vi sai không có hãm + Vi sai hãm cưỡng bức bằng tay + Vi sai hãm tự động * Theo kết cấu vi sai chia ra + Vi sai bánh răng nón + Vi sai bánh răng trụ + Vi sai tăng ma sát + Vi sai loại cam + Vi sai loại trục vít + Vi sai loại ma sát thủy lực + Vi sai có tỷ số truyền thay đổi * Theo giá trị của hệ số gài vi sai chia ra + Theo giá trị của hệ số gài vi sai : K = Mms / M0 Trong đó Mms: mômen ma sát. M0: mômen trên vỏ vi sai.
+ Theo giá trị của hệ số gài vi sai :K được chia ra : - Loại vi sai hãm ma sát trong bé (K = 0 – 0. - Loại vi sai hãm với ma sát trong tăng (K = 0. - Loại vi sai hãm hoàn toàn (hãm cưỡng bức) ( K > 0. Phạm Văn Trọng 7 SVTH: Dương Đức Linh Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Yêu cầu Các cơ cấu vi sai phải thỏa mãn yêu cầu sau : + Phân phối mômen xoắn từ động cơ cho các bánh xe (loại vi sai giữa các bánh) hay cho các cầu (loại vi sai giữa các cầu) theo tỷ lệ cho trước phù hợp với khả năng bám của bánh xe (hay cầu) đối với mặt đường.
+ Đảm bảo số vòng quay của các bánh xe chủ động khác nhau trong khi ô tô quay vòng hoặc chuyển động trên đường không bằng phẳng và những trường hợp khác, hoặc khi bán kính lăn của hai bánh xe chủ động ở cùng một cầu không bằng nhau. + Kết cấu bộ vi sai phải gọn nhẹ. Bộ truyền bánh răng hành tinh Bộ truyền này chuyển giữa các tay số của hộp số tự động. Nó sử dụng áp suất thủy lực để giữa một trong 3 bánh răng (bánh răng hành tinh, bánh răng mặt trời hay bánh răng bao) đứng yên nhằm tạo ra các trạng thái như mong muốn sau đây: giảm tốc, truyền thẳng và quay ngược chiều.
Chức năng giảm tốc + Đầu vào: Bánh răng bao + Đầu ra: Cần dẫn + Bộ phận cố định: Bánh răng mặt trời Khi bánh răng mặt trời được giữ cố định, chỉ có bánh răng hành tinh quay quanh trục của nó và chạy quanh bánh răng mặt trời. Do đó, trục đầu ra giảm tốc độ tỷ lệ với trục đầu vào chỉ bằng chuyển động quay của bánh răng hành tinh.6 Sơ đồ họat động của hệ thống khởi động GVHD: TS. Phạm Văn Trọng 8 SVTH: Dương Đức Linh Đồ án tốt nghiệp Ngành: Công nghệ kỹ thuật ô tô Chức năng truyền trực tiếp Hình 1. Sơ đồ họat động của hệ thống khởi động + Đầu vào: Bánh răng mặt trời và bánh răng bao + Đầu ra: Cần dẫn Bánh răng bao quay và cần dẫn bị khóa, trục đầu vào và đầu ra quay cùng tốc độ.