Cấu tạo và phân loại cầu ô tô - Giáo trình kết cấu ô tô phần 2

• Chuyên ngành: Kỹ thuật ô tô
• Đề tài: Các khái niệm chung về cầu ô tô
• Loại tài liệu: Giáo trình

Tóm tắt

I. Tổng quan về kết cấu cầu ô tô và các bộ phận truyền lực

Giáo trình kết cấu ô tô phần 2 trình bày các cụm cơ cấu quan trọng của hệ thống truyền lực và hệ thống treo. Cầu ô tô là cụm chi tiết nằm ngang thân xe, cùng với bánh xe đỡ toàn bộ tải trọng của xe. Cầu ô tô gồm hai loại cơ bản là cầu chủ động và cầu bị động. Cầu chủ động thuộc hệ thống truyền lực, nhận công suất từ động cơ và tạo lực đẩy tại vết tiếp xúc với mặt đường. Cầu bị động chỉ đảm nhận chức năng đỡ trọng lượng, không có khả năng tạo lực đẩy. Bộ truyền lực chính có vai trò truyền và biến đổi momen xoắn từ hộp số đến bánh xe chủ động, với tỉ số truyền lớn ảnh hưởng trực tiếp đến khoảng sáng gầm xe. Bộ vi sai được bố trí trong lòng bánh răng bị động, phân phối công suất đến các bánh xe chủ động qua bán trục. Hệ thống treo bao gồm bộ phận đàn hồi, bộ phận dẫn hướng và bộ phận giảm chấn, đảm bảo sự vận hành êm ái và ổn định cho xe.

1.1. Phân loại cầu ô tô và công dụng cơ bản

Cầu ô tô được phân loại dựa trên chức năng truyền lực và dẫn hướng. Cầu chủ động dẫn hướng kết hợp cả truyền lực lẫn điều hướng chuyển động. Cầu chủ động không dẫn hướng chỉ thực hiện truyền lực. Cầu bị động dẫn hướng dùng để điều hướng mà không truyền lực. Công dụng chung của cầu là đỡ trọng lượng ô tô và nhận phản lực từ mặt đường. Cầu chủ động còn đóng vai trò như hộp giảm tốc, phân phối công suất đến bánh xe. Cầu dẫn hướng phối hợp với hệ thống lái để điều khiển hướng di chuyển của phương tiện.

1.2. Cấu tạo chung của cầu chủ động

Cầu chủ động bao gồm các thành phần chính: bộ truyền lực chính, bộ vi sai, các bán trục và vỏ cầu. Bộ truyền lực chính nối với hệ thống truyền lực thông qua trục chủ động, thường có tỉ số truyền lớn. Bộ vi sai được bố trí gọn trong lòng bánh răng bị động. Các bán trục dẫn công suất ra bánh xe chủ động. Toàn bộ cụm cầu chủ động được bao bọc trong vỏ cầu. Cầu chủ động có thể bố trí trên hệ thống treo độc lập hoặc liên kết với thân xe qua hệ thống treo phụ thuộc, tùy theo thiết kế của nhà sản xuất.

II. Phân tích trục truyền và khớp các đăng trên ô tô

Trục truyền là bộ phận trung gian truyền momen xoắn từ hộp số đến cầu chủ động. Trục truyền được bố trí giữa các cụm có dịch chuyển tương đối trong quá trình xe hoạt động. Các dịch chuyển này được đảm bảo thông qua các đoạn trục và khớp các đăng. Trục truyền cần đảm bảo khả năng quay với tốc độ đồng đều giữa phần chủ động và bị động, hạn chế tải trọng động phát sinh. Ngoài ra, trục truyền phải truyền được momen xoắn với các góc nghiêng truyền lực thường xuyên thay đổi, đồng thời cho phép thay đổi chiều dài thân trục. Khớp các đăng được phân thành hai loại chính: khớp các đăng khác tốc và khớp các đăng đẳng tốc. Khớp các đăng khác tốc có vận tốc quay tức thời hai trục khác nhau, được đặt theo tên nhà toán học Gerolamo Cardano. Khớp các đăng đẳng tốc có vận tốc tức thời hai trục luôn bằng nhau, thường gặp trên các xe dẫn động cầu trước.

2.1. Nguyên lý hoạt động của khớp các đăng khác tốc

Khớp các đăng khác tốc kiểu Hooke truyền momen xoắn với góc nghiêng truyền lực thay đổi. Nguyên lý dựa trên sự biến đổi vận tốc góc giữa hai trục khi góc nghiêng khác không. Vận tốc quay tức thời của trục bị động không đều trong một vòng quay, tạo ra dao động tải trọng. Để khắc phục hiện tượng này, thường sử dụng hai khớp các đăng khác tốc ghép lại với nhau theo nguyên tắc bù trừ pha. Cấu tạo gồm các trục chéo, bát và ổ trục kim, đảm bảo truyền lực liên tục.

2.2. Các loại khớp các đăng đẳng tốc phổ biến

Khớp các đăng đẳng tốc đảm bảo vận tốc quay đồng đều giữa hai trục, phù hợp cho vị trí gần bánh xe. Các loại phổ biến gồm: khớp Rzeppa sử dụng các viên bi dẫn hướng, khớp Bendix với cấu tạo hình cầu đặc biệt, khớp Tripot gồm ba bi trên giá chữ thập và khớp các đăng kép. Việc lựa chọn loại khớp phụ thuộc vào góc nghiêng truyền lực tối đa, momen xoắn cần truyền và điều kiện làm việc. Khớp đẳng tốc thường được dùng ở vị trí cầu trước của xe dẫn động cầu trước.

III. Giải pháp hệ thống treo và các bộ phận đàn hồi

Hệ thống treo là cầu nối giữa thân xe và bánh xe, gồm ba bộ phận chức năng chính. Bộ phận đàn hồi có tác dụng làm êm dịu sự chuyển động của thân xe bằng cách biến đổi tần số dao động thành tần số phù hợp với trạng thái sinh lý con người. Bộ phận dẫn hướng xác định quan hệ dịch chuyển tương đối của bánh xe so với thùng xe, cho phép dịch chuyển theo phương đứng và hạn chế các chuyển dịch không mong muốn. Bộ phận giảm chấn dập tắt nhanh dao động của thân xe bằng cách chuyển năng lượng cơ năng thành nhiệt năng tỏa ra môi trường. Các bộ phận đàn hồi bằng kim loại gồm nhíp lá, thanh xoắn, lò xo xoắn. Bộ phận đàn hồi phi kim loại sử dụng khí nén cho khả năng điều chỉnh linh hoạt. Ngoài ra, hệ thống treo còn có thanh ổn định ngang và các vấu giảm chấn để hạn chế hành trình làm việc, đảm bảo vận hành ổn định trên nhiều loại địa hình.

3.1. Phân loại bộ phận đàn hồi trong hệ thống treo

Bộ phận đàn hồi trong hệ thống treo được chia thành hai nhóm chính: bằng kim loại và phi kim loại. Nhíp lá là dạng cổ điển, kết hợp cả chức năng đàn hồi và dẫn hướng, thường dùng trên xe tải. Thanh xoắn có ưu điểm gọn nhẹ, phù hợp treo trước xe du lịch. Lò xo xoắn phổ biến nhất trên xe con hiện đại, hoạt động êm ái và tuổi thọ cao. Bộ phận đàn hồi phi kim loại bằng khí nén cho phép điều chỉnh độ cao thân xe, mang lại sự thoải mái tối ưu trên nhiều tải trọng và điều kiện đường khác nhau.

3.2. Vai trò của bộ phận giảm chấn và dẫn hướng

Bộ phận giảm chấn có nhiệm vụ dập tắt nhanh dao động của thân xe và bánh xe. Nguyên lý hoạt động dựa trên ma sát chất lỏng thủy lực, chuyển cơ năng thành nhiệt năng tiêu tán ra ngoài. Khả năng dập tắt dao động còn được hỗ trợ bởi ma sát giữa các lá nhíp, bạc và chốt. Bộ phận dẫn hướng xác định quỹ đạo chuyển động của bánh xe, truyền lực và momen từ bánh xe lên thân xe. Các kết cấu dẫn hướng gồm thanh đòn ngang, thanh đòn dọc và các loại tay đòn phức tạp, đảm bảo bánh xe luôn giữ góc đặt chuẩn.

IV. Kết luận và ứng dụng kiến thức kết cấu ô tô

Kiến thức về kết cấu cầu ô tô, trục truyền, khớp các đăng và hệ thống treo là nền tảng quan trọng trong đào tạo kỹ thuật ô tô. Cầu chủ động với bộ truyền lực chính và vi sai quyết định khả năng truyền lực và hiệu suất vận hành. Trục truyền cùng khớp các đăng đảm bảo truyền momen xoắn liên tục giữa các cụm có vị trí thay đổi tương đối. Hệ thống treo với bộ phận đàn hồi, dẫn hướng và giảm chấn ảnh hưởng trực tiếp đến sự thoải mái và an toàn khi vận hành. Ứng dụng thực tiễn của kiến thức này bao gồm: thiết kế và cải tiến hệ thống truyền lực cho phù hợp điều kiện sử dụng, chẩn đoán sửa chữa hư hỏng cầu xe và hệ thống treo, tối ưu hóa thông số kỹ thuật để nâng cao hiệu suất nhiên liệu. Nắm vững nguyên lý làm việc của từng cụm chi tiết giúp kỹ sư ô tô đưa ra giải pháp kỹ thuật chính xác, đảm bảo xe hoạt động ổn định, bền bỉ và an toàn trên mọi cung đường.

4.1. Ứng dụng trong thiết kế và sản xuất ô tô

Kiến thức kết cấu ô tô được ứng dụng rộng rãi trong thiết kế hệ thống truyền lực và treo. Kỹ sư sử dụng các nguyên lý động học khớp các đăng để tính toán góc truyền lực tối ưu, giảm rung động và tiếng ồn. Thiết kế hệ thống treo ảnh hưởng đến tính năng lái, sự thoải mái và tuổi thọ lốp. Các hãng sản xuất áp dụng công nghệ vật liệu mới cho bộ phận đàn hồi như composite và hợp kim nhẹ để giảm trọng lượng xe, cải thiện hiệu suất nhiên liệu mà vẫn đảm bảo độ bền kết cấu.

4.2. Ứng dụng trong bảo dưỡng và sửa chữa

Hiểu biết về kết cấu cầu ô tô và hệ thống treo giúp kỹ thuật viên chẩn đoán chính xác hư hỏng. Các hư hỏng thường gặp gồm mòn bánh răng truyền lực chính, hỏng bi khớp các đăng, gãy lá nhíp và xì giảm chấn. Quy trình bảo dưỡng định kỳ bao gồm kiểm tra khe hở bánh răng, thay mỡ bôi trơn khớp các đăng, kiểm tra độ cao thân xe và hiệu chỉnh góc đặt bánh xe. Việc áp dụng đúng quy trình kỹ thuật giúp kéo dài tuổi thọ các cụm chi tiết và đảm bảo an toàn vận hành.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 11 CUM CAU 0 TO 11. CÁC KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÀU Ô TÔ a) Phân loại và cầu tạo chung của câu ô tô Cầu ô tô được hiểu là cụm chỉ 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 ô tô. Cụm bánh xe được bố trí trên các đầu ngoài của cầu xe, truyền tải trọng của xe tác dụng lên mặt đường. Bên trong bánh xe lắp cơ cầu phanh, đảm nhận phanh trực tiếp bánh xe. Hình đáng chung của cầu trên ô tô tải được trình bảy trên hình 11.1: với hai dạng cơ ban: cau bị động (a) và cầu chủ động (b).1: Hình dạng chung cầu của ô tô tải + Cầu chủ động là một cụm của HTTL. Các bánh xe của cầu chủ động nhận công suất từ động cơ truyền tới và tạo ra lực đây tại vết tiếp xúc với mặt đường, nhờ đó ô tô có thê chuyển động. Trên ô tô có ít nhất một cầu chủ động, + Cầu bị động không thuộc về HTTL. Cùng với bánh xe, cầu bị động đảm nhận chức năng đỡ một phân trọng lượng của ô tô và không có khả năng tạo lực đây. Phụ thuộc vào bố trí hệ thống dẫn hướng cho ô tô, cầu ô tô được phân thành: cầu dẫn hướng và cầu không dẫn hướng. Trên cầu dẫn hướng, bánh xe chuyên động quay trong mặt phẳng lăn, còn quay quanh trụ đứng đề thay đổi hướng chuyên động của ô tô. Như vậy cầu ô tô có thể là: cầu chủ động dẫn hướng, cầu chủ động không dẫn hướng, cầu bị động dẫn hướng và cầu bị động (không dẫn hướng). b) Công dụng của câu ô tô Cầu ô tô có công dụng chung là đỡ phần trọng lượng của ô tô phân bố lên nó và nhận các phản lực từ mặt đường tác dụng lên ô tô thông qua bánh xe. Ngoài công dụng trên, phụ thuộc vào chức năng các cầu ô tô còn có các công dụng: ¬ Câu chủ động: đảm nhận chức năng như hộp giảm tốc (giảm tốc độ quay của từ động cơ truyền đên) 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 hướng chuyển động của ô tô. 212 c) Cầu tạo chung của cầu chủ động Cấu tạo chung của cụm cầu chủ động được trình bày trên hình 11.2, bao gồm: bộ tuyển lực chính, bộ vi sai, các ban truc va v6 cầu (hoặc dầm cầu). Toàn bộ cầu chủ động có thể được bố trí trên thân xe với hệ thông treo độc lập, hay liên kết với thân xe qua hệ thống treo phụ thuộc. Bộ truyền lực chính 1, 2 nối với HTTL thông qua trục chủ động 3 thường có tỉ số truyền lớn và có ảnh hưởng nhiều tới không gian dưới gầm xe (khoảng sáng gầm xe). Bộ vi sai 4 được bố trí gọn trong lòng bánh răng bị động 2, các trục dẫn ra bánh xe chủ động thông qua các bán trục 6.2: Cầu tạo chung cầu chủ động Toàn bộ cụm cầu chủ động được bao bọc trong vỏ cầu 5. với bộ bánh răng côn 1. Bánh răng chủ động 4. CÀU CHỦ ĐÔNG 2. Bánh răng bị động 5. Trục chủ động 6. Truyền lực chính a) Công dụng, phân loại, yêu câu truyền lực chính Công dụng: Bộ truyền lực chính đảm nhận một phần tỉ số truyền của HTTL với công dụng truyền, biến đổi (giảm tốc) chuyên động quay từ hộp số đến các bánh xe chủ động. Trên các ô tô có động cơ đặt dọc, truyền lực chính còn có công dụng đổi phương quay trước dùng còn khi truyền đến các bánh xe chủ động. Truyền lực chính trên các ô tô tải lớn và xe chuyên có thể được dùng đề thay đổi tỉ số truyền của HTTL. của Tỉ số truyền ï„ của truyền lực chính được xác định nhờ tỉ số (nu/n;) giữa số vòng quay truyền is thường có bánh răng chủ động (n,) với bánh rang bị động của truyền lực chính (n;). Tỉ số có i¿ lớn hơn). giá trị cổ định va năm trong khoảng từ 3 đến 12 (một số ô tô chuyên đụng số truyền hộp sỐ Ví dụ: Tốc độ của động cơ là nẹ (3000 min Ð), tốc độ quay của bánh xe — nụ„, tỉ được tính bằng: (in = 1, 28), cau xe (ip = 3, 83), ti số truyền của HTTL tại một số truyền trong hộp số itt = nạ/Tpx = iodh Nhu vay ir, = 4, 902, va Nox = Ne/to/in * 622 min `. sau: Phân loại: Truyền lực chính trên ô tô rất đa dạng và được phân loại như Theo dạng bộ truyễn: bánh răng, trục vÍt — bánh vít và xích. dạng bánh răng côn với Phể biến nhất hiện nay là truyền lực chính bánh răng (hình 11. phân biệt thành: Theo số lượng cặp bánh răng truyền, truyền lực chính được bánh răng, + Truyền lực chính đơn chỉ gồm một cặp bộ truyền 11. + Truyền lực chính kép gồm hai cặp bộ truyền bánh răng (hình lực chỉnh kép trung Truyền lực chính kép có thể được bố trí thành một cụm (a— truyễn cặp bộ truyền thứ nhất tâm), hoặc tách thành hai cụm riêng biệt (b). Ở cấu trúc bố trí tách riêng: tại cạnh bánh xe chủ được đặt cùng với bộ vi sai ở trung tâm, cặp bộ truyền thứ hai được bố trí lực cuối cùng). động và được gọi là truyền lực cụnh (hay truyền lực bánh xe, truyền 213 a) Với động cơ đặt dọc b) Với động cơ đặt ngang _ a) Truyền lực chính b) Truyền lực chính aig : kép trung tâm với truyền lực cạnh Hình 11.3: Sơ đỗ bỏ trí truyện lực chính 1. Truyền lực chính _ 3. Bánh xe chủ động - Hình 11.4: Các dạng truyện lực chính kép 2. Cụm động cơ, li hợp hộp số 1. Cặp bánh răng côn 4. Cặp bánh răng trụ — 5. Bánh xe chủ động cạnh Theo số lượng cáp số truyền: truyền lực chính được phân thành loại một cấp số (một tỉ số truyền cỗ định) và truyền lực chính có hai cấp số truyền (có hai tỉ số truyền khác nhau tùy thuộc vào vị trí gài). Loại truyền lực chính một cấp số truyền rất phổ biến hiện nay, truyền lực chính hai cấp số truyền chỉ được sử dụng trên một số ô tô có tính năng việt dã cao, ô tô quân sự và một số ô tô chuyên dụng khác. Yêu cầu kết cẩu: Bộ truyền lực chính cần phải: + Có kết cấu ñhỏ gọn nhằm đảm bảo tỉ số truyền và khoảng sáng gầm xe, + Các cặp bộ truyền cần được bố trí trên các ổ lăn đâm bảo độ cứng vững cao để các bánh răng ăn khớp đúng, êm và có độ bên cao. b) Cầu tạo bộ truyền lực chính * Bộ truyền lực chính đơn Bộ truyền lực chính đơn chỉ gồm một cặp bánh răng ăn khớp với nhau. Cặp bánh răng côn được sử dụng trên các ô tô có động cơ đặt đọc, cặp bánh răng trụ được sử dụng trên các ô tô có động cơ đặt ngang. 1) Truyền lực chính bánh răng côn Trong bộ truyền lực chính bánh răng côn, bánh răng chủ động (bánh răng quả dứa) có số răng rất ít (5 + 9 răng) được chế tạo liền trục, bánh răng bị động (bánh răng vành châu) thường có kích thước lớn, phù hợp với tỉ số truyền của truyền lực chính. Bộ truyền bánh răng côn sử dụng trong bộ truyền lực chính có thể là: + Bánh răng côn răng thẳng, chỉ dùng trên ô tô chuyên dụng tốc độ thấp, + Bánh răng côn xoắn, + Bánh răng #ypoử, trên ô tô ngày nay thường dùng. Cấu trúc các loại bánh răng sử dụng ở truyền lực chính trình bày trên hình 11. Cặp bánh răng côn răng thẳng đơn giản trong chế tạo, nhưng có hệ số trùng khớp nhỏ, độ ồn cao khi làm việc ở vận tốc lớn, kích thước công kểnh nên ít được sử dụng trong ô tô. 214 a) Bánh răng côn xoắn b) Bánh răng hypôit c) Bánh răng trụ Hình 11.5: Cầu trúc các cặp bánh răng của truyền lực chính 1. Bánh răng chủ động 2. Bánh răng bị động Cặp bánh răng côn xoắn (a) có kích thước nhỏ gọn hơn, hệ số trùng khớp cao hơn so với bánh răng côn răng thẳng. Tuy nhiên đòi hỏi công nghệ chế tạo phức tạo hơn, lực đọc trục lớn. Nếu chiều nghiêng của răng trùng với chiều quay của bánh răng chủ động, lực ăn khớp dọc trục hướng từ đáy lớn lên đáy nhỏ và có xu hướng lảm kẹt răng, tăng tổn hao công suất truyền. Vì vậy các bánh răng thường được chế tạo với chiều nghiêng của bánh răng chủ động là chiều nghiêng trái để tránh xu hướng kẹt răng khiô tô chuyển động. Bộ truyền bánh răng hypoit (b) có đặc điểm: đường tâm các trục chủ động và bị động lệch nhau một khoảng E, nên tỉ số truyền và hệ số trùng khớp lớn hơn so với các cặp bánh răng côn khác cùng kích thước. Đặc điểm này cho phép lựa chọn vị trí tối ưu của cầu xe với các đăng nhằm hạ thấp chiều cao trọng tâm ô tô, song vẫn giữ được khoảng sáng gầm xe yêu cau (so voi str dụng các cặp bộ truyền bánh răng côn khác).6: Truyền lực chính đơn 1. Trục chủ động 2. Bánh răng chủ động 3, Banh rang bị động 4 1 4, Cac 6 truc cht déng 4 ‘ 5. Các ỗ trục bị động ‘ ái 7. Bán trục Nath Yooh ‘| 2 ` = 7. BO vi sai p td 8. Vỏ câu od 6 7 — Ai 8 6 3 8 b) Bộ truyền bánh răng hypoit a) Bộ truyền bánh răng côn xoắn ghép cao, đặc Nhược điểm của bộ truyền hypéit 14 chế tạo phức tạp, đòi hỏi độ chính xác lắp dùng dầu bôi biệt là xuất hiện sự trượt lớn đọc theo bề mặt răng trong vùng ăn khớp và đòi hỏi phải trơn đặc biệt (dầu hypoit). Tuy vậy, do hạn chế tối đa độ én ở tốc độ cao nên cặp bộ truyền hypéit được sử dụng ngày càng phổ biến trên ô tô. Cấu tạo của bộ truyền lực chính đơn trình bảy trên hình 11. Bánh răng quả dứa 2 được chế tạo liền với trục. Bánh răng bị động 3 được chế tạo rời thành vành răng rồi ghép với vô vi sai. Ở bộ truyền bánh răng côn xoắn (a), kéo đài các đường tâm trục của cặp bánh răng gặp nhau tại tâm của bộ truyền. Ở trên bộ truyền hypoit (b), các đường tâm trục của cặp bánh răng lệch nhau với khoảng cách E. Trục chủ động hộp số 2) Truyền lực chính bánh Ộ răng trụ 3. Trục bị động hộp số Trên ô tô động cơ đặt nắm ngang, truyền 4.