nghiên cứu chức năng vi sai trong vấn đề điều khiển động lực học ô tô

1
MỤC LỤC
DANH MỤC KÝ HIỆU VIẾT TẮT
- ABS : Hệ thống chống hãm cứng bánh xe
- ADC :Điều khiển giảm chấn
- ESP :Ổn định điện tử
- CDC :Giảm chẩn thay đổi theo tải
- ABC :Điều khiển hệ gầm tích cực
-
( )
2
A m
: Diện tích, thiết diện
-
c
: Hệ số khí động
-
( )
3
/kg cm
ρ
: Mật độ không khí
-
( )
/
L
C N m
: Độ cứng hướng kính lốp
-
( )
1

/
L
C N m
: Độ cứng hướng kính lốp trước
-
( )
2
/
L
C N m
: Độ cứng hướng kính lốp sau
-
( )
1
/
R
L
C N m
: Độ cứng hướng kính lốp trước dãy phải
-
( )
1
/
L
L
C N m
: Độ cứng hướng kính lốp trước dãy trái
-
( )
2

/
R
L
C N m
: Độ cứng hướng kính lốp sau dãy phải
-
( )
2
/
L
L
C N m
: Độ cứng hướng kính lốp sau dãy trái
2
-
( )
/C N m
: Độ cứng hệ thống treo
-
( )
1
/C N m
: Độ cứng treo trước
-
( )
2
/C N m
: Độ cứng treo sau
-
( )

1
/
R
C N m
: Độ cứng treo trước dãy phải
-
( )
1
/
L
C N m
: Độ cứng treo trước dãy trái
-
( )
2
/
R
C N m
: Độ cứng treo sau dãy phải
-
( )
2
/
L
C N m
: Độ cứng treo sau dãy trái
-
( )
/K Ns m
: Hệ số cản hệ thống treo

-
( )
1
/K Ns m
: Hệ số cản hệ thống treo trước
-
( )
2
/K Ns m
: Hệ số cản hệ thống treo sau
-
( )
1
/
R
K Ns m
: Hệ số cản hệ thống treo trước dãy phải
-
( )
1
/
L
K Ns m
: Hệ số cản hệ thống treo trước dãy trái
-
( )
2
/
R
K Ns m

: Hệ số cản hệ thống treo sau dãy phải
-
( )
2
/
L
K Ns m
: Hệ số cản hệ thống treo sau dãy trái
-
( )
a m
: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu trước
-
( )
b m
: Khoảng cách từ trọng tâm xe đến cầu sau
3
-
r
: Bán kính tự do lốp
-
( )
2
X
J kgm
: Mômen quán tính trục x của xe
-
( )
2
Y

J kgm
: Mômen quán tính trục y của xe
-
( )
2
Z
J kgm
: Mômen quán tính trục z của xe
-
( )
2
1yA
J kgm
: Mômen quán tính trục y của cầu trước
-
( )
2
2yA
J kgm
: Mômen quán tính trục y của cầu sau
-
( )
2
1
R
Ay
J kgm
: Mômen quán tính trục y của lốp trước dãy phải
-
( )

2
1
L
Ay
J kgm
: Mômen quán tính trục y của lốp trước dãy trái
-
( )
2
2
R
Ay
J kgm
: Mômen quán tính trục y của lốp sau dãy phải
-
( )
2
2
L
Ay
J kgm
: Mômen quán tính trục y của lốp sau dãy trái
-
( )
h m
: Chiều cao mấp mô của đường
-
( )
1
h m

: Chiều cao mấp mô của đường phía trước
-
( )
2
h m
: Chiều cao mấp mô của đường phía sau
-
( )
Z
F N
: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe
-
( )
1Z
F N
: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước
-
( )
2Z
F N
: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau
4
-
( )
1
R
Z
F N
:Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước dãy phải
-

( )
1
L
Z
F N
: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía trước dãy trái
-
( )
2
R
Z
F N
: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau dãy phải
-
( )
2
L
Z
F N
: Tải trọng từ đường tác dụng lên bánh xe phía sau dãy trái
-
( )
Zt
F N
: Tải trọng tĩnh của bánh xe
-
( )
1,Z t
F N
: Tải trọng tĩnh bánh xe phía trước

-
( )
2,Z t
F N
: Tải trọng tĩnh bánh xe phía sau
-
( )
Zd
F N
: Tải trọng động bánh xe
-
( )
1,Z d
F N
: Tải trọng động bánh xe phía trước
-
( )
2,Z d
F N
: Tải trọng động bánh xe phía sau
-
( )
C
F N
: Lực đàn hồi hệ thống treo
-
( )
1C
F N
: Lực đàn hồi hệ thống treo trước

-
( )
2C
F N
: Lực đàn hồi hệ thống treo sau
-
( )
1
R
C
F N
: Lực đàn hồi hệ thống treo trước dãy phải
-
( )
1
L
C
F N
: Lực đàn hồi hệ thống treo trước dãy trái
-
( )
2
R
C
F N
: Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy phải
5
-
( )
2

L
C
F N
: Lực đàn hồi hệ thống treo sau dãy trái
-
( )
K
F N
: Lực cản hệ thống treo
-
( )
1K
F N
: Lực cản hệ thống treo trước
-
( )
2K
F N
: Lực cản hệ thống treo sau
-
( )
1
R
K
F N
: Lực cản hệ thống treo trước dãy phải
-
( )
1
L

K
F N
: Lực cản hệ thống treo trước dãy trái
-
( )
2
R
K
F N
: Lực cản hệ thống treo sau dãy phải
-
( )
2
L
K
F N
: Lực cản hệ thống treo sau dãy trái
-
( )
CL
F N
: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe
-
( )
1CL
F N
: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước
-
( )
2CL

F N
: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau
-
( )
1
R
Cl
F N
: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dãy phải
-
( )
1
L
Cl
F N
: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe trước dãy trái
-
( )
2
R
Cl
F N
: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dãy phải
-
( )
2
L
Cl
F N
: Lực đàn hồi hướng kính bánh xe sau dãy trái

-
( )
M kg
: Khối lượng toàn xe
6
-
( )
m kg
: Khối lượng được treo
-
( )
1
m kg
: Khối lượng được treo trước
-
( )
2
m kg
: Khối lượng được treo sau
-
( )
1A
m kg
: Khối lượng không được treo trước
-
( )
2A
m kg
: Khối lượng không được treo sau
-

( )
1
R
A
m kg
: Khối lượng không được treo trước dãy phải
-
( )
1
L
A
m kg
: Khối lượng không được treo trước dãy trái
-
( )
2
R
A
m kg
: Khối lượng không được treo sau dãy phải
-
( )
2
L
A
m kg
: Khối lượng không được treo sau dãy trái
DANH MỤC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ
7
LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay khi mà ô tô đã trở thành phương tiện đi lại ngày càng phổ biến ,tốc độ
ô tô ngày càng tăng cao.thì yêu cầu về độ an toàn cũng như sự thuận tiện khi điều
khiển ô tô ngày càng yêu cầu phải cao hơn. Dưới các tác động điều khiển của người
lái cũng như các yếu tố ngoại cảnh làm cho khả năng ổn định của ô tô ngày càng
giảm. Chính vì vậy ô tô ngày càng được áp dụng các hệ thống tích cực như ABS,
TCS, ESP, CDC các hệ thống này nhằm tăng tính ổn định hướng, tức là tăng khả
năng chống trượt khi xe chịu các tác động của ô tô. Tuy nhiên một trong những vấn
đề đặt ra đó là các hệ thống này không phải là hệ thống an toàn tuyệt đối và tiết kiệm
năng lượng. Chính vì vậy việc nghiên cứu các hệ thống ổn định bằng cách phân chia
mô men hợp lý là một việc hết sức cần thiết.
Với mục tiêu như vậy, luận văn:”Nghiên cứu chức năng vi sai trong vấn đề điều
khiển động lực học ô tô” đưa ra các nghiên cứu về việc tăng tính ổn định bằng cách
phân chia mô men hợp lý. Cụ thể hơn là về điều khiển vi sai trên ô tô hiện đại. Để đạt
được mục tiêu đó luận văn bao gồm các phần chính như sau:
(i) Tổng quan về vi sai trên ô tô;
(ii) Các dạng vi sai truyền thống;
(iii) Vi sai điều khiển động lực học ô tô.
Trong thời gian làm luận văn, tác giả đã có nhiều cố gắng tích cực và chủ động
học hỏi, vận dụng các kiến thức đã được học và tìm hiểu các kiến thức mới. Dưới sự
hướng dẫn trực tiếp PGS-TS Võ Văn Hường và các thầy trong Bộ môn ô tô và xe
chuyên dụng, Viện Cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội, đề tài đã
được hoàn thành các mục tiêu và nhiệm vụ đề ra.
Mặc dù hết sức cố gắng nhưng do kiến thức và thời gian có hạn nên luận văn
này khó tránh khỏi một vài sai sót, em mong nhận được sự chỉ bảo thêm của các thầy.
Hà Nội, ngày tháng năm 2013
Tác giả
Đặng Thế Dũng
8
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ VI SAI

Hình 1.1 là sơ đồ hệ truyền lực xe con 4WD thông dụng gồm động cơ đốt trong
(1), hộp số (3), vi sai giữa (6), truyền lực-vi sai trước (2) và sau (5). Khi chuyển động
trên đường không bằng phẳng và khi xe quay vòng, các bánh xe chuyến động với vận
tốc góc khác nhau, gây cưỡng bức động học giữa bánh phải và trái, vận tốc góc trung
bình giữa cầu trước và sau. Vì vậy, cần có một cơ cấu cho phép các bánh xe quay với
các vận tốc khác nhau; đó là vi sai (differential). Tuy nhiên, nếu vi sai hoàn toàn (ma
sát trong bé) thì trong một số trường hợp, nếu một bên bánh xe có hệ số bám thấp thì
vi sai không có khả năng truyền lực. Do vậy ta có thể khái quát cụm truyền lực vi sai
của ô tô có các chức năng sau:
(1) Chức năng truyền mô men và đổi hướng mô men;
(2) Chức năng vi sai: cho phép hai bánh xe/ hai cầu quay với số vòng quay khác nhau;
(3) Chức năng khóa vi sai: để bảo đảm truyền lực khi hệ số bám ở các bánh xe khác nhau
cần có khóa ví sai hoặc vi sai ma sát trong cao hoặc vi sai có điều khiển;
(4) Chức năng điều khiển: khi tăng tốc hoặc phanh, các mô men cấp thường vượt qua tới
hạn, xe có thể quay vòng thừa hoặc thiếu; xe mất ổn định hoặc mất tính điều khiển.
Các ô tô thông minh cần tối ưu trong quá trình phân bố mô men ra các bánh xe với tỷ
lệ từ 0 đến 100% ra các bánh xe và ra các cầu. Vì vậy cần có vi sai điện tử.
Trong luận văn này, chương 2 trình bày vi sai thường, chương 3 trình bày vi sai
điện tử. Trong chương 1 ta xét tổng quát một số bố trí chung hệ truyền lực là cơ sở
cho nghiên cứu vi sai.
9
Hình 1.1a Sơ đồ hệ truyền lực xe con 4WD
Hình 1.1b Sơ đồ hệ truyền lực xe con 4WD vi sai giữa hành tinh
1.1 Tiêu chuẩn đánh giá hệ truyền lực hệ truyền lực xe con
Hệ động lực gồm động cơ và Hệ truyền lực, có thể có 6 phương án bố trí cho xe
con: (1) động cơ đặt trước và cầu chủ động đặt trước; (2) động cơ đặt trước và cầu
chủ động đặt sau; (3) động cơ đặt trước và 4WD; (4) động cơ đặt sau, 4WD; (5) động
cơ đặt sau và cầu sau chủ động; (6) động cơ đặt sau và cầu chủ động đặt trước.
Phương án 2 là phương án tiêu chuẩn.
Người ta đánh giá bố trí chung hệ truyền lực theo 5 tiêu chí:

(1) Không gian sử dụng và an toàn thụ động: Kích thước ngoài, không gian sử dụng,
không gian vào gara. Không gian cần đủ cho người và khoang hàng hóa. Không gian
cho hệ thống treo, lái và động cơ, hệ thống lái, hệ thống phanh cũng cần tính toán tỉ
10
mỉ. Khung vỏ cần có độ cứng vững. Tiêu chí này cũng liên quan đến đỗ xe, lực quay
vô lăng và cung quay vòng.
(2) Trọng lượng và tải hữu ích: Trọng lượng riêng, trọng lượng hữu ích và lực kéo mooc.
Bố trí hệ truyền lực có liên quan đế phân bố khối lượng (hệ thống treo, lái). Phân bố
khối lưởng ảnh hưởng nhiều đến các hệ thống treo, lái, phanh; tất nhiên là có ảnh
hưởng trong quá trính phanh và tăng tốc
(3) Khả năng kéo: Khả năng gia tốc, khả năng lên dốc. Bố trí hệ truyền lực có ảnh hưởng
đến phân bố trọng lượng bám và như vậy ảnh hưởng đến quá trình phanh và tăng tốc.
(4) Tính tiện ích: Hệ thống treo, tiếng ồn, dao động, điều khiển. Phân bố tải trọng ảnh
hưởng đến hệ thống treo, tần số cộng hưởng, dao động lắc dọc và lắc ngang.
(5) Động lực học: Ổn định hướng khí chuyển động thẳng và tác dụng của gió; trạng thái
quay vòng; tính lái; ổn định khi phanh. Phân bố tải trọng ra các bánh xe có ảnh hưởng
đến ổn định hướng chuyển động thẳng, ổn định vào cua, tự vào cua, ổn định khi tăng
tốc và ổn định khi phanh.
1.2 Các dạng sơ đồ hộp số
Bố trí hệ truyền động cho ô tô là sắp xếp vị trí của động cơ, hộp số trong xe.
Động cơ có thể có các cách bố trí như sau:
(i) Động cơ đặt trước hoặc đặt sau
(ii) Động cơ đặt dọc hay đặt ngang
(iii) Động cơ đặt trước hay sau hộp số
(iv) Cầu trước hay cầu sau hủ động
(v) Bốn bánh chủ động
(vi) Hộp số đặt dọc hay đặt ngang.
Hình 1.2 là dạng bố trí động cơ và hộp số đặt trước (a,b,c,d,e,f). Trường hợp (a)
có động cơ đặt trước dọc , hộp số đặt dọc sau cầu; trường hợp (b) hộp số và động cơ
đôit vị trí cho nhau; trường hợp (c) động cơ đặt dọc trước, hộp số đặt dọc liền và cầu

11
xe nằm dưới; trường hộp (d) động cơ và hộp số đặt ngang liền một dãy nằm trước
cầu; trường hợp (e) động cơ và hộp số đặt song song ngang phía trước cầu còn trường
hợp (f) cũng như vậy nhưng đông cơ và hộp số nằm sau cầu xe.
Hình 1.2 Bố chung hệ truyền lực xe con
Hình 1.3 là loại bố trí hỗn hợp. Trường hợp (g) động cơ hộp số đặt dọc liền nhau
phía trước và cầu sau chủ động; trường hợp (h) động cơ dọc đặt trước, hộp số dọc
nằm trước cầu và cầu sau chủ động; trường hợp (i) chỉ khác (h) là hộp số đặt sau cầu
chủ động.
Hình 1.3 Hệ truyền lực hỗn hợp
12
Hình 1.4 Cầu sau chủ động
Hình1.4 là loại bố trí cầu sau chủ động; động cơ hộp số đặt sau. Trường hợp (j)
động cơ đặt dọc sau hộp số đặt dọc; trường hợp (k) ngược lại (j) động cơ đặt sau hộp
số; trường hợp (m) giống (k) nhưng hộp số dặt ngang; trường hợp (l) động cơ dọc
trước hộp số đặt dọc và chúng nằm trước cầu chủ động; trường hợp (n,o) động cơ và
hộp số nằm ngang trước hoặc sau cầu chủ động.
Hình 1.5 là các sơ đồ bố trí 4WD có vi sai phân mô men. Trong các hệ này bộ vi
sai bánh răng hành tinh hoắc vi sai trục vít có thể phân mô men ra các cầu theo tỷ lệ
mong muốn, thường là 50:50% cho đến 33:67%. Trường hợp (a) động cơ đặt trước
dọc; trường hợp (b) động cơ và hộp số đặt trước ngang; trường hợp (c) giống (a)
nhưng động cơ và hộp số đặt sau cầu chủ động; trường hợp (d,e) động cơ và hộp số
đặt dọc sau còn trường hợp (f) động cơ hộp số đặt dọc trước cầu sau.
Hìn
h 1.5 Hệ truyền lực 4WD
Chương 2
VI SAI TRUYỀN THỐNG
2.1 Truyền lực và vi sai cầu
Truyền lực cuối cùng và vi sai cầu, gọi chung là cầu, có bốn nhiệm vụ: Tăng tỷ
số truyền và thay đổi hướng truyền lực qua cặp bánh răng chậu (2) với bánh răng quả

dứa (1); cho phép các bán trục (3) quay tương đối thông qua cụm bánh răng hành tinh
13
(7,8) và chức năng phân bố mô men điện tử. Cụm bánh răng hành tinh được gọi là bộ
truyền vi sai. Khi mô men truyền và tốc độ ở hai bánh xe phải và trái như nhau, các
bán trục (3) quay cùng nhau thành một khối với vỏ vi sai. Ngược lại, khi mô men
truyền và tốc độ trái phải khác nhau do sự bám hoặc độ gồ ghề của đường khác nhau
hay khi quay vòng, hai bán trục có thể quay tương đối với nhau vì bánh răng hành
tinh (8) có thể tự quay quanh chốt chữ thập (10). Bộ vi sai bảo đảm không bị cưỡng
bức động học. Tuy nhiên sẽ bất lợi về khả năng truyền lực khi hệ số bám hai phía
bánh xe khác nhau vì mô men truyền thực tế phụ thuộc giá trị mô men phía cực tiểu.
Trong trường hợp trượt quay, xe không có khả năng chuyển động. Để khắc phục yếu
tố này, người ta thiết kế một bộ phận để nối cứng hai bán trục khi có thể xảy ra trượt
quay, gọi là khoá vi sai (hình 2.1). Các bán trục nối then với bánh răng mặt trời (7),
không bị quay cưỡng bức với bánh răng vành chậu (2) và vỏ vi sai (9), mômnen được
truyền qua chốt chữ thật (10). Các bán trục có thể quay tương đối với nhau và cũng
có thể quay tương đối với vỏ vi sai (về mặt động học). Khoá vi sai đơn giản có cấu
tạo như sau: Thiết kế ống gài (11) liên kết then với bán trục trái, trên đó có các răng
để gài vi sai(5). Khi các bánh răng (5) của ống gài (11) ăn khớp với răng (5) của vỏ vi
sai, bán trục trái cùng một khối với bánh răng chậu chủ động, quay cùng vỏ vi sai (9).
Bánh răng mặt trời phía trái nối với bán trục trái cũng bằng then do vậy nó bị khoá
cùng vỏ (9) nên bánh răng hành tinh (8) bị khoá theo, dẫn đến bánh răng mặt trời phải
cũng bị khoá, hai bán trục bị khoá với nhau thành một trục. Khoá vi sai chỉ được sử
dụng không thường trực nếu không hệ truyền lực sẽ bị cưỡng bức. Để khoá hai bán
trục, người ta di chuyển cần (6) sang phải. Khoá vi sai có thể thực hiện bằng tay hoặc
tự động. Quá trình trượt ở các bánh xe thường xẩy ra nhanh hơn nhiều so với khả
năng thao tác của lái xe nên nhiều khi xe bị hạn chế tính năng thông qua. Vì vậy,
khoá vi sai tự động là một xu thế tất yếu để bảo đảm khả năng cơ động của ôtô. Có
thể hoàn thiện cơ cấu khoá nhờ hệ thống khí nén như trong hình (2.2): Khí nén (1)
vào xy lanh (2) đẩy piston (4) sang phải làm các răng (5) phần chủ động và bị động
ăn khớp với nhau.

14
Hình 2.1. Khoá vi sai
1.bánh răng quả dứa; 2. bánh răng vành chậu; 3. bán trục; 4. ổ vi sai; 5.
răng gài vi sai; 6. cần gạt; 7. bánh răng mặt trời; 8. bánh răng hành tinh; 9. vỏ vi
sai; 10. chốt hành tinh; 11. ống gài.
15
Hình 2.2. Khoá vi sai gài bằng khí nén
1. khí nén cấp; 2. xy lanh; 3. lò xo hồi vị; 4. piston; 5. ống gài vi sai; 6. răng
khoá vi sai; 7. bán trục
2.2 Vi sai ma sát trong cao
2.2.1 Vi sai ma sát trong nhờ ly hợp đĩa
Vi sai ma sát trong cao như trong hình 2.3 được Hãng Armerican Thornton
Axle chế tạo. Để hạn chế sự trượt của vi sai, người ta thiết kế bên cạnh bánh răng mặt
trời các đĩa ma sát (7,8) như một ly hợp đĩa; đĩa (7) liên kết với bánh răng mặt trời là
đĩa bị động của ly hợp còn đĩa (8) liên kết với vỏ vi sai là đĩa chủ động.
Nguyên lý hoạt động như sau: Trước hết ta chú ý chốt chữ thập không liên kết
cứng với vỏ vi sai như thường gặp, mà nó có thể quay tương đối với vỏ vi sai. Khi
không truyền mô men chốt chữ thập nằm đúng vào rãnh (6) . Khi có mô men, chốt
chữ thập quay tương đối với vỏ vi sai, mặt vát của đầu chốt trượt trên bề mặt rãnh (6).
Mô men truyền càng lớn thì lực tiếp F
d
càng lớn và do vậy lực ép F
s
cũng càng lớn.
Lực F
s
xuất hiện, ép vào bánh răng hành tinh và ép vào cốc (3), tiếp tục ép các đĩa ma
16
sát (7,8). Mô men ma sát trong ly hợp đĩa xuất hiện, phanh bán trục (1) với vỏ vi sai,
đồng thời cốc (3) cũng khoá chính bánh răng hành tinh. Hình 2.4 chỉ ra đồ thị lực kéo

phụ thuộc hệ số bám cho hai vi sai cùng cỡ nhưng khác nhau ở ly hợp khoá vi sai.
Với vi sai thường (đường thấp), khi một phía hệ số bám bằng 0 (trượt quay chẳng
hạn), lực kéo tổng bằng 0, xe không chuyển động được; ngược lại, với vi sai chống
trượt (đường cao), khi hệ số bám bằng không, lực kéo bằng đúng giá trị của bánh xe
không trượt, xe vẫn chuyển động.
Hình 2.3. Vi sai tự khóa bằng ly hợp đĩa
17
Hình 2.4 Đồ thị so sánh khả năng kéo của vi sai thường chống trượt
2.2.2 Vi sai trục vít-bánh vít
Về cấu tạo, cầu vi sai trục vít bánh vít có dạng như trong hình (2.5 và 2.6). Có
hai trục vít (1) ở đầu hai bán trục (5); ba cặp trục vít nhỏ hành tinh (2) mằn vuông góc
và ăn khớp với (1), hai đầu của các cặp trục vít (2) là hai cặp răng dẫn (4) nối then
trên chốt (7), hai cặp bánh răng dẫn có vai trò liên kết gián tiếp hai bán trục.Bình
thường bánh vít hành tinh (2) lớn hơn trục vít bán trục (1) nhưng trong vi sai này, trục
vít bán trục lớn hơn trục vít hành tinh. Ý nghĩa đặc trưng của loại trục vít là các răng
ăn khớp theo đường xoắn ốc và do đó trục vít bán trục (1) có thể quay trục vít hành
tinh (2) chứ bản thân nó không quay được trục vít. Sở dĩ đạt được điều đó là do độ
dốc của răng xoắn bán trục bé hơn độ dốc của răng vít hành tinh. Cần chú ý rằng, với
bánh răng thẳng hoặc răng nghiêng có tính thuận nghịch trong hiệu suất còn bánh
xoắn không có tính thuận nghịch đó; nghĩa là hiệu suất thuận cao hơn. Nguyên lý
hoạt động của cầu trục vít như sau:
- Đi thẳng: (hình 2.6): Khi xe đi thẳng, mô men từ động cơ được truyền đến
bánh răng chậu (3), quay cùng vỏ vi sai. Mô men truyền đến vỏ vi sai sẽ phân đều
cho hai chốt (7) của trục vít hành tinh và nó truyền cho trục vít bán trục mô men như
nhau, không có quay tương đối giữa hai bán trục.
18
- Khi quay vòng: Khi vào cua, bánh xe ngoài quay nhanh hơn bánh xe trong,
nghĩa là bánh xe ngoài quay nhanh hơn vỏ vi sai, bánh xe trong quay chậm hơn vỏ vi
sai. Khi bán trục quanh nhanh hơn vỏ vi sai, răng xoắn bán trục quay bánh răng xoắn
hành tinh (2) quanh trục (7) cùng chiều; ngược lại khi bán trục quay chậm, trục vít

trên nó làm trục vít hành tinh tương ứng quy chậm lại đúng một trị số như phía bên
kia nhưng hướng ngược lại. Như vậy, cặp bánh răng dẫn (4) có vai trò như một nội
liên kết không phụ thuộc tốc độ ô tô.
- Khi lực bám khác nhau: Khi một bánh xe bị mất lực kéo, nó có xu hướng quay
trượt và nó chuyển chủ động từ trục vít (1) trên bán trục lên trục vít hành tinh cùng
phía và từ bánh răng dẫn (4) phía quay trơn chuyển cho bánh dẫn (4) đối diện như
một cầu nối. Như vậy bất cứ khi nào bánh bánh xe có xu thế mất lực kéo, nó trở
thành cơ cấu phanh đối với bán trục đối diện. Bánh xe có lực kéo thấp bị cản bởi
quay trơn và vì vậy mô men truyền từ động cơ chỉ tập trung truyền cho bánh có hệ số
bám cao. Cũng có thể rút ra là, ngay cả khi lực bám hai phía khác nhau, tốc độ hai
bánh xe cũng có xu thế khác nhau.
Hình 2.5. Vi sai bánh vít hành tinh
1. Răng xoắn bán trục; 2. răng xoắn hành tinh; 3. bánh răng chậu; 4. bánh
răng dẫn; 5. bán trục; 6. vỏ vi sai; 7. chố trục bánh răng dẫn
19
Hình2.6.Vi sai trục vít
1. bánh răng bán trục; 2. bánh răng hành tinh; 4. bánh răng dẫn; 5. bán trục;
6. vỏ vi sai; 7. chốt trục răng xoắn hành tinh; 8. mặt bích bánh răng chậu
2.2.3 Vi sai có ly hợp ma sát ướt
Cầu vi sai hạn chế trượt bằng ly hợp ma sát ướt có dạng như hình (2.7), bao
gồm cụm vi sai truyền thống (1,2,3) và bộ đĩa ma sát ướt (7). Đĩa chủ động gắn với
vỏ vi sai (4) còn đĩa bị động gắn với đế bán trục (9), bản thân nó cùng với bánh răng
mặt trời nối then hoa với bán trục (8). Các tấm ma sát nằm liền nhau và được điền
đầy dầu. Nguyên lý làm việc như sau: Khi có chuyển động tương đối với nhau giữa
hai đĩa chủ động và bị động, dầu ở giữa hai mặt kề sát bị nén và tạo thành mô men
cản mà độ lớn của nó phụ thuộc với độ nhớt và tốc độ tương đối giữa hai bề mặt. Dầu
Silicon phát triển cho mục đích trên có khả năng ổn định nhiệt về độ nhớt và tuổi thọ
20
cao. Hình 2.8chỉ ra đặc tính ly hợp ma sát ướt: Mô men ma sát của ly hợp ma sát khô
không thay đổi trong khi ma sát ướt thay đổi nhanh và bắt đầu từ 0.

Hình 2.7. Vi sai ly hợp đĩa
1. bánh răng mặt trời; 2. bánh răng hành tinh; 3. chốt chữ thập; 4. vỏ vi sai;
5. đệm; 6. mặt bích bánh răng chậu; 7. hộp đĩa ly hợp; 8. bán trục; 9. đế bán trục
Nguyên lý cầu vi sai và ly hợp chống trượt:
- Vận tốc khác nhau: Khi chuyển động thẳng, mô men được truyền từ động cơ
đến bánh răng chậu và vỏ vi sai, truyền mô men qua chốt chữ thập; bánh răng hành
tinh như cầu nối truyền mô men đều cho hai bán trục. Khi vào đường vòng tốc độ
bánh xe ngoài sẽ nhanh hơn bánh trái hoặc bánh xe đi qua mấp mô sẽ phải quay
nhanh hơn. Khi một bánh xe quanh nhanh hơn tương đối so với vỏ vi sai thì bánh xe
đối diện cũng quay chậm tương ứng. Sự chênh tốc độ đó làm cho phản ứng mô men
của các bánh răng mặt trời đến các bánh hành tinh khác nhau làm cho nó tự quay
quanh trục chữ thập. Vận tốc bị mất của bánh trong làm cho bánh răng mặt trời cùng
phía quay chậm tạo làm bánh răng hành tinh quay, tác động làm cho bánh răng mặt
trời đối diện quay nhanh hơn.
21
- Tác động của ly hợp ma sát ướt: Khi một bánh xe bị giảm lực bám, nó có xu
hướng trượt quay làm cho bánh răng hành tinh quay quanh trục chữ thập và trục chữ
thập quay quanh bánh răng mặt trời đối diện mà không truyền mô men. Vì vậy vỏ vi
sai và bánh răng mặt trời quay tương đối với nhau, các đĩa chủ động và bị động của ly
hợp quay tương đối làm cho dầu silocon giữa chúng bị nén tạo ra mô men cản trong
ly hợp, do vậy ly hợp bị khoá và mô men chủ động từ động cơ được truyền cho bánh
xe có lực bám tốt (hình 2.8).
Hình 2.8. So sánh mômen truyền của vi sai ly hợp đĩa với ly hợp hạn chế phụ thuộc
sự lệch số vòng quay
2.3 Cầu có truyền lực cạnh
2.3.1 Sự cần thiết của truyền lực cạnh
Hộp số tạo ra sự thay đổi lực kéo và tốc độ cho ô tô. Khi miền thay đổi lực kéo
rộng thì tỷ số truyền lực cuối khá lớn, có thể từ 4,5 đến 9. Với truyền lực một cấp,
một bánh răng quả dứa và một bánh răng chậu sẽ không giải quyết được thoả mãn tỷ
số truyền cao như vậy. Vì vậy hệ truyền lực cuối nhiều hơn một cấp là cần thiết.

2.3.2 Giảm tốc đặt trước cầu vi sai
Hình 2.9 là kết cấu bộ giảm tốc đặt trước, gồm một cắp bánh răng nghiêng, tỷ số
2:1. Bố trí gọn và nâng được cầu xe nhưng mô men truyền cho bánh răng chậu là
lớn.Giảm tốc đặt sau bánh răng chậu: Kết cấu như trong hình 2.10 làm giảm mô men
cho bánh răng chậu.
22
Hình 2.9. Bộ truyền lực cuối cùng có cặp bánh răng giảm đặt trước
1. cặp bánh răng truyền giảm; 3. bánh răng quả dứa; 4. bánh răng vành
chậu
2.3.3 Bộ giảm tốc đặt cạnh vi sai
Với xe tải siêu trọng, cần có bộ giảm tốc để giảm tải cho bánh răng chậu. Trong
hình 2.11, bên cạnh một bộ truyền truyền thống, người ta thiết kế cạnh vi sai hai bộ
hành tinh (Scammell). Như vậy giảm tốc đặt sau vi sai, bánh răng chậu kích thước sẽ
lớn.Trong hình 2.12 là một kết cấu của Kirkstall. Không dùng bánh răng chậu và quả
dứa truyền thống mà thay vào đó cặp bánh răng kiểu trục vít (1,2), truyền mô men
đến hai cặp hành tinh và hai cặp hành tinh sẽ truyền mô men ra bán trục. Các cặp
hành tinh giữ chức năng vi sai và giảm tốc.
Hình 2.10. Bộ truyền lực cuối có bộ truyền bánh răng đặt giữa bánh răng chậu
và vi sai
1. Cặp bánh răng cuối; 2. cặp bánh răng trung gian; 3. cặp bánh răng
quả dứa; 4. bánh răng chậu
23
Xét cặp hành tinh trái: Khi vỏ hành tinh (3), vì bánh răng hành tinh (4) ăn khớp
với cả bánh răng ngoại luân (6) và mặt trời (5) nên khung hành tinh (8) quay cùng
chiều với vỏ (3). Vì bánh răng mặt trời (5) tự do nên nó quay ngược so với bánh răng
ngoại luân. Vì vậy khung hành tinh và bán trục quay chậm hơn so với vỏ vi sai nhưng
cùng chiều.
Xét bộ truyền phải: Bộ truyền phải gồm bánh răng (10), (9) và bánh răng vành
(6). Bộ truyền này không phải là cặp hành tinh thực thụ vì trục của các bánh răng (10)
cố định trên vỏ cầu. Bánh răng (9) quay ngược chiều với vỏ hành tinh (3), thông qua

bánh răng đảo chiều (10) làm cho trục (7) quay cùng chiều với vỏ hành tinh (3).
Hình 2.11. Bộ truyền cuối có cụm hành tinh giảm tốc
1. cặp bánh răng vành chậu -quả dứa; 2. vi sai; 3. khung bánh răng hành tinh;
4. bánh răng mặt trời; 5. bánh răng hành tinh; 6. răng vành ngoài
Xe quay vòng trái: Tốc độ bán trục trái giảm và khung hành tinh (8) giảm tương
ứng, buộc các bánh hành tinh (4) quay ngược quanh trục của nó làm tốc độ quay của
nó tăng lên dẫn đến tốc độ của bánh răng mặt trời (5) tăng, gián tiếp làm cho bán trục
phải tăng nhẹ.
24
Xe quay vòng phải: Bánh xe phải quay chậm lại, gián tiếp làm giảm tốc độ bánh
răng (9) và bánh răng mặt trời (5) nhưng bánh răng hành tinh không quay trên trục
của nó mà tăng tốc độ của khung hành tinh làm cho tốc độ bán trục trái tăng.
Hình 2.12. Truyền lực cuối giảm tốc hành tinh kép
1. trục vít; 2. bánh vít; 3. vỏ hành tinh; 4. bánh răng hành tinh; 5. bánh răng
mặt trời; 7. bán trục; 8. khung hành tinh;
2.4.4. Giảm tốc cạnh
Để giảm tỷ số truyền cho cầu, người ta có thể thiết kế truyền lực cạnh như hình
2.13. Đầu bán trục phía bánh xe (8) là bánh mặt trời (4), nằm liên kết đối diện là bánh
răng hành tinh (1) ăn khớp với bánh răng ngoại luân (3) không quay. Khung hành tinh
(5) liền khối với bánh xe. Chúng ta một bộ hành tinh giảm tốc cạnh có tỷ số truyền là
4. Khi bán trục quay làm bánh răng mặt trời quay. Do bánh răng ngoại luân cố định
nên khung hành tinh và theo đó là bánh xe phải quay theo bánh răng mặt trời. Hình
2.14 là giảm tốc cạnh sử dụng bộ truyền hành tinh hai cấp : Bánh răng mặt trời (1),
hành tinh (2), chốt chữ thập (3). Bán trục (5) nối then với ống gài (6).
25
Số cao: Khi quay chốt lệch tâm (7), ống gài (6) chuyển động sang trái, răng của
nó ăn khớp với răng của mặt bích (8), bán trục truyền mô men trực tiếp cho bánh xe
qua ống gài (6) với tỷ số truyền thẳng (vị trí H).
Số thấp: Khi đẩy ông gài (6) sang phải làm cho nó ăn khớp với bánh răng mặt
trời (1). Bánh rằng mặt trời đối diện nối then với dầm cầu (4). Vì vậy khi bán trục

quay truyền mô men cho bánh răng mặt trời trái (1) truyền mô men sang bánh hành
tinh (2), nhưng vì bánh mặt trời đối diện bị phanh nên bánh răng hành tinh bị phanh
và mô men được truyền cho chốt chữ thập quay quanh bán trục vơi tỷ số truyền bằng
2, số thấp L.
Hình 2.13. Truyền lực cạnh giảm tốc hai cấp hành tinh
1. bánh răng hành tinh; 2. trục moay ơ; 3. vành răng; 4. bánh răng mặt trời; 5.
khung bánh răng hành tinh; 6. trục chặn; 7. vỏ trục