Chương 1 TỔNG QUAN VỀ CẦU CHỦ ĐỘNG VÀ PHANH TAY Ngày nay hệ thống giao thông đường bộ Việt Nam đã được cải tiến rất đáng kể, xe hiện đại và có tốc độ ngày càng cao. Cho nên việc đi sâu vào nghiên cứu sự làm việc của cầu chủ động để đảm bảo tính năng động lực học là rất cần thiết nhằm tăng khả năng cạnh tranh và nội địa hóa các sản phẩm trong nước. Giới thiệu về cầu chủ động Cầu chủ động là cụm chi tiết của xe ô tô làm nhiệm vụ truyền công suất từ trục chủ động đến các bánh xe và là bộ phận cuối cùng trong hệ thống truyền lực. Là bộ phận giảm tốc cuối cùng trong hệ thống truyền lực do vậy cầu chủ động cũng làm cho tỉ số truyền của hệ thống truyền lực được tăng lên.
Cầu chủ động truyền công suất của động cơ đến các bánh xe theo phương vuông góc. Cầu chủ động phân phối mô men tới các bánh xe trong khi cho phép chúng quay với tốc độ là khác nhau từ đó đảm bảo cho xe quay vòng hay đi trên đường không bằng phẳng được dễ dàng hơn. Tránh được hiện tượng trượt lết bánh xe và hạn chế lật xe khi quay vòng. Phân loại Cầu chủ động loại đơn: Cầu chủ động loại đơn thường thường là cặp bánh răng nón, hoặc bánh răng trụ (răng thẳng hoặc răng xoắn) hoặc một cặp bánh răng Hypoid, hoặc một cặp bánh răng vít để tăng mômen quay (tỷ số truyền I >1) và thông qua bộ vi sai truyền mô men xoắn đến hai bán trục (nửa trục) của xe.
Cầu chủ động kép: Cầu chủ động kép thường có hai cặp bánh răng (một cặp bánh răng nón, một cặp bánh răng trụ). Nhằm đạt được tỷ số truyền lớn ở những xe có động cơ cao tốc. Tuỳ theo cách bố trí và sắp xếp 2 cặp bánh răng mà ta có cầu chủ động kép loại tập trung và phân tán. Cầu chủ động 2 cấp: Trên một số xe ô tô tải để tăng khả năng di chuyển, tạo ra nhiều cấp độ cho xe ô tô, cải thiện đường đặc tính kéo của ô tô, nên người ta kết cấu bộ cầu chủ động hai cấp.
Cấu tạo cầu chủ động Cầu chủ động dùng trên ô tô bao gồm các phần chính như sau: Bộ truyền lực chính, bộ vi sai, các bán trục, dầm cầu. 11 a) Truyền lực chính * Công dụng: Dùng để tăng mô men quay và truyền mô men quay từ trục các đăng đến các bánh xe chủ động của ô tô. * Phân loại: - Theo số cấp truyền: Có thể có 1 cấp hoặc 2 cấp tốc độ. - Theo truyền lực chính có: Loại đơn và loại kép.
+ Loại đơn có một cặp bánh răng ăn khớp. + Loại kép có hai cặp bánh răng ăn khớp. - Theo loại bánh răng có: Bánh răng nón, bánh răng nón răng cong, bánh răng hypoid và bánh răng trục vít. Hiện nay trên các ô tô người ta thường dùng bánh răng nón răng cong và bánh răng hypoid.
* Yêu cầu: Phải đảm bảo tỷ số truyền cần thiết để phù hợp với chất lượng kéo và tính kinh tế nhiên liệu. Có kích thước và chiều cao cầu xe không lớn để tăng khoảng sáng gầm xe. Hiệu suất làm việc cao ngay cả khi thay đổi nhiệt độ và vận tốc quay. Đảm bảo có độ cứng vững tốt, làm việc không ồn để tăng thời gian làm việc.
Trọng lượng phần không được treo phải nhỏ. * Cấu tạo: Truyền lực chính trong cầu chủ động ô tô thường gồm 1 cặp bánh răng là bánh răng côn (bánh răng quả dứa), bánh răng vành chậu và có các dạng sau: - Bánh răng nón răng thẳng: Hình 1. Bánh răng nón răng thẳng. 12 + Ưu điểm: Dễ chế tạo.
+ Nhược điểm: Ăn khớp không êm và nhất là chạy ở tốc độ cao rất ồn, khả năng chịu tải kém. Hiện nay loại này rất ít dùng. - Bánh răng nón răng cong: Hình 1. Bánh răng nón răng cong.
+ Ưu điểm: Tăng được tỷ số truyền mà không cần tăng kách thước bánh răng bị động. Vì số lượng răng của bánh răng nón răng thẳng Z1 ≥ 9 nếu không sẽ không đảm bảo ăn khớp điều đặng, còn đối với bánh răng nón răng cong Z1 có thể nhỏ hơn 5. Vì I = 2 mà Z1 nhỏ thì i0 = 1 tăng lên mà không cần tăng Z2. Do đó giảm được kích thước chung của cầu xe đồng thời tăng được khoảng sáng gầm xe, giảm được trọng lượng phần không treo.
Răng cong làm việc êm dịu hơn so với răng thẳng vì khi làm việc các răng ăn khớp từ từ, chiều dài ăn khớp lớn, do đó tuổi thọ bánh răng tăng. Điều này rất quan trọng đối với ôtô du lịch và ô tô chở khách. Độ êm dịu càng tăng khi khi góc xoắn của răng càng tăng. Do đó ở ô tô du lịch góc xoắn của răng thường lớn hơn ô tô chở khách và ô tô chở hàng.
+ Nhược điểm: Lực dọc trục lớn. - Bánh răng hypoit: Loại truyền động này có kích thước nhỏ gọn hơn, truyền động êm hơn răng cong, chạy 13 Hình 1. Bánh răng hypoit. ở tốc độ cao không ồn, có thể đặt thấp thùng xe hơn.
Vì vậy, tốc độ chuyển động trung bình của xe được tăng lên, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với ô tô du lịch và ô tô chở khách. - Trục vít - Bánh vít: Hình 1. + Ưu điểm: Có tỷ số truyền i0 lớn mà kích thước lại nhỏ, do đó trọng lượng bé, làm việc êm dịu và cho phép đặt vi sai ở giữa cầu sau, do đó có thể làm cho cầu sau đối xứng và tháo lắp dễ dàng. Khi đặt trục vít phía dưới sẽ hạ thấp được sàn xe cho nên giảm được trọng tâm, do đó xe sẽ chuyển động ổn định hơn và có thể tăng được tốc độ vận chuyển trung bình, nếu đặt trục vít lên trên bánh vít thì bôi trơn kém tuy góc nghiêng trục các đăng có giảm.
14 + Nhược điểm: Hiệu suất thấp (nếu lắp không chính xác thì trục vít chóng mòn), chế tạo bộ bánh vít phức tạp nên giá thành cao, điều chỉnh khó khăn khi bị mòn. - Truyền lực chính kép: Hình 1. Truyền lực chính kép. Bánh răng trụ nghiêng.
Truyền lực chính thường dùng trên ô tô vận tải loại trung bình và tải nặng. Ngoài ra truyền lực nhờ áp dụng cặp truyền lực thứ 2 ở truyền lực chính nên tăng được tỷ số truyền i0 mà không cần phải tăng kích thước bánh răng bộ vi sai, do đó kích thước cầu sau sẽ nhỏ theo mặt phẳng thẳng đứng cho nên tăng được khoảng sáng gầm xe. Độ cứng vững của truyền lực chính phụ thuộc căn bản vào kết cấu của các điểm tựa và phụ thuộc vào độ cứng vững của xe. Độ cứng vững của bánh răng chủ động truyền lực chính: + Góc biến dạng của bánh răng truyền lực chính lúc làm việc do có tác dụng của các lực sẽ phụ thuộc vào ổ bi nằm sát bánh răng nón chủ động, phụ thuộc vào đường kính cổ trục tại các gối tựa và khoảng cách các gối tựa, phụ thuộc vào độ căng lắp ghép ổ tựa và kết cấu ổ bi.
Ổ bi truyền lực chính kép. 15 + Vì truyền lực chính thường là bánh răng nón xoắn nên luôn xuất hiện lực chiều trục. Vì thế chọn ổ bi phải khử được lực chiều trục này, cho nên độ cứng vững lớn nhất theo chiều trục phụ thuộc vào độ nghiêng của ổ thanh lăn (ổ bi nón) và ổ bi cầu hai ổ đỡ và chặn (ổ bi cầu hai dãy đỡ chặn thì độ cứng vững theo hướng kính lớn hơn nhiều). + Để giảm góc uốn thì đường kính ổ trục và khoảng cách giữa các điểm tựa phải chọn lớn.
+ Để giảm công xôn trên bánh răng chủ động, khi lắp ổ thanh lăn hình nón chú ý lắp sao cho các đầu hình nón của chúng hướng vào phía trong trục để giảm độ công xôn và khoảng cách giữa các gối tựa. + Để tăng độ cứng vững của bánh răng chủ động người ta đặt ổ bi ở cả hai phía của bánh răng (cách đặt này độ cứng vững tăng lên gấp 30 lần so với đặt công xôn). Tuy nhiên ở một số loại truyền lực kép khó bố trí được theo phương pháp trên vì sẽ vướng cặp bánh răng ăn khớp thứ hai, còn nếu đặt ổ bi ở cả hai phía của bánh răng thì kết cấu vỏ phức tạp. Bánh răng ăn khớp thứ hai.
Độ cứng của bánh răng nón bị động: Độ cứng vững của bánh răng nón bị động phụ thuộc vào loại ổ bi, khoảng cách các điểm tựa, sự phân bố tải trọng lên ổ bi và tỷ lệ giữa các 16 cánh tay đòn c và d. Để tăng độ cứng vững thì khoảng cách c và d giữa các ổ bi cần phải nhỏ, cho nên khi đặt ổ bi côn trên vỏ vi sai thì đỉnh của hình côn phải được quay ra ngoài. Khi bố trí ổ bi theo kết cấu chung của cầu cần chú ý đến các cánh tay đòn c và d để tải trọng tác dụng lên ổ gần như gần nhau. Để bánh răng bị động truyền lực chính làm việc không bị đảo người ta cần làm thêm chốt tỳ để tăng độ cứng vững và bánh răng truyền lực tốt.
Bánh răng nón bị động. b) Bộ vi sai * Công dụng: Bộ vi sai đảm bảo cho các bánh xe quay với tốc độ khác nhau lúc xe quay vòng hay chuyển động trên đường không bằng phẳng, hoặc có sự sai lệch về kích thước của lốp, đồng thời phân phối lại mô men xoắn cho hai nửa trục. * Phân loại: - Theo công dụng chia thành: Vi sai giữa các bánh xe, vi sai giữa các cầu, vi sai giữa các truyền lực cạnh. - Theo kết cấu chia thành: Vi sai bánh răng nón, vi sai bánh răng trụ, vi sai cam, vi sai trục vít, vi sai ma sát thuỷ lực, vi sai có tỷ số truyền thay đổi.
- Theo đặc tính phân phối mô men xoắn chia thành: Vi sai đối xứng (mô men xoắn phân phối điều trên các trục), vi sai không đối xứng (mô men xoắn phân phối không điều trên các trục). * Yêu cầu: - Phân phối mô men xoắn từ động cơ cho các bánh xe hay các cầu theo tỷ lệ cho trước, phù hợp với trọng lượng bám của bánh xe với mặt đường. Đảm bảo số vòng quay khác nhau giữa các bánh xe chủ động khi ô tô vào đường vòng, chạy trên đường gồ ghề hay trong nhiều trường hợp khác. - Kích thước truyền động phải nhỏ.
- Hiệu suất truyền động cao.