Nghiên cứu cơ chế phân bổ mô men tới các cầu chủ động của ô tô con loại 4 x 4

trơng thế thử

bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học bách khoa hà nội
-------------------

luận văn thạc sĩ khoa học
ngành: cơ khí ôtô

Cơ khí ô tô

nghiên cứu cơ chế phân bố mô men
tới các cầu chủ động của ôtô con loại 4 x 4

2005-2007
Hà Nội
2007

trơng thế thử

hà nội 2007


bộ giáo dục và đào tạo
Trờng đại học bách khoa hà nội
-------------------

luận văn thạc sĩ khoa học

nghiên cứu cơ chế phân bố mô men
tới các cầu chủ động của ôtô con loại 4 x 4

ngành : cơ khí ôtô

trơng thế thử

Ngời hớng dẫn khoa học: PGS.ts. nguyễn trọng hoan

hà nội - 2007


mục lục

Mở đầu.......................................................................................................2
Chơng 1: Tổng quan
1.1 Nhu cầu và phạm vi sử dụng......................................................4
1.2 Phân loại ôtô 2 cầu chủ động.....................................................6
Chơng 2: Cơ chế phân bố mô men tới các bánh xe chủ động trong
hệ thống truyền lực 4x4
2.1 Hệ thống truyền lực và hiện tợng tuần hoàn công suất..............13
2.2 Vi sai trong hệ thống truyền lực 4x4...........................................16
2.3 Phân bố mô men tới các bánh xe chủ động.................................28
Chơng 3: Mô phỏng hệ thống truyền lực bằng SimDriveline trong
Matlab
3.1 Giới thiệu chung về Matlab.........................................................35
3.2 Các công cụ cơ bản trong SimDriveline......................................42
3.3 Mô phỏng hệ thống truyền lực bằng SimDriveline.....................59
Chơng 4: Khảo sát HTTL 4x4 bằng SimDriveline
4.1 ảnh hởng của hệ số
bám............................................................72
4.2 HTTL công thức 4x4 không có vi sai giữa các cầu.....................73
4.3 HTTL 4x4 có vi sai giữa các cầu.................................................87

Kết
luận..........................................................................................................97
Tài liệu tham khảo.



pH×nh 3.15- m« h×nh m« pháng httl cña «t« 4 b¸nh chñ ®éng
dïng khíp gµi cÇu


H×nh 4.24 - m« h×nh m« pháng httl cña «t« 4 b¸nh chñ ®éng
dïng vi sai gi÷a c¸c cÇu


H×nh 4.1- m« h×nh m« pháng httl cña «t« 4 b¸nh chñ ®éng
dïng khíp gµi cÇu


1

mục lục

Mở đầu.......................................................................................................2
Chơng 1: Tổng quan
1.1 Nhu cầu và phạm vi sử dụng......................................................4
1.2 Phân loại ôtô 2 cầu chủ động.....................................................6
Chơng 2: Cơ chế phân bố mô men tới các bánh xe chủ động trong
hệ thống truyền lực 4x4
2.1 Hệ thống truyền lực và hiện tợng tuần hoàn công suất..............13
2.2 Vi sai trong hệ thống truyền lực 4x4...........................................16

2.3 Phân bố mô men tới các bánh xe chủ động.................................28
Chơng 3: Mô phỏng hệ thống truyền lực bằng SimDriveline trong
Matlab
3.1 Giới thiệu chung về Matlab.........................................................35
3.2 Các công cụ cơ bản trong SimDriveline......................................42
3.3 Mô phỏng hệ thống truyền lực bằng SimDriveline.....................59
Chơng 4: Khảo sát HTTL 4x4 bằng SimDriveline
4.1 ảnh hởng của hệ số bám............................................................72
4.2 HTTL công thức 4x4 không có vi sai giữa các cầu.....................73
4.3 HTTL 4x4 có vi sai giữa các cầu.................................................87
Kết luận..........................................................................................................97
Tài liệu tham khảo.


2

mở đầu

Trong đời sống xã hội hiện nay, ôtô và máy kéo đợc sử dụng phổ biến
ở nhiều lĩnh vực khác nhau nh: Giao thông vận tải; công- nông- lâm nghiệp;
Xây dựng; Thuỷ lợi; An ninh quốc phòng.v.v. ôtô & máy kéo chiếm một vị trí
quan trọng đối với sự hoạt động chung của các ngành kinh tế trong sự nghiệp
công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nớc .
Việc phát triển và cải tiến kết cấu các bộ phận trên xe ôtô đi đôi với áp
dụng thành tựu khoa học kỹ thuật tiên tiến của các nớc phát triển về nền
công nghiệp ôtô là một trong những mục tiêu nghiên cứu của các cán bộ kỹ
thuật chuyên ngành ôtô ở nớc ta. Việc nghiên cứu sâu và hiểu rõ hơn các quá
trình xảy ra trong các hệ thống nhằm can thiệp đợc nhiều hơn vào các quá
trình này đang là mục tiêu đặt ra cho ngành chế tạo và sản xuất ôtô ở nớc ta
trong giai đoạn công nghiệp hoá, hiện đại hoá và hội nhập kinh tế quốc tế hiện

nay.
Xuất phát từ những vấn đề đã nêu trên, tôi chọn đề tài luận văn tốt nghiệp là:
" Nghiên cứu cơ chế phân bố mô men tới các cầu chủ động của ôtô con loại
4 x 4."
Đề tài bao gồm 4 chơng:
- Mở đầu
- Chơng I: Tổng quan về ôtô con 4x4.
- Chơng II: Cơ chế phân bố mô men tới các bánh xe chủ động trong hệ thống
truyền lực 4 x4
- Chơng III: Mô phỏng hệ thống truyền lực bằng Simdriveline trong Matlab.
- Chơng IV: Khảo sát hệ thống truyền lực 4x4 bằng Simdriveline.
- Kết luận.
Trong quá trình thực hiện đề tài, với trình độ và thời gian còn hạn chế,
chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, tôi mong sẽ nhận đợc sự đóng


3

góp, giúp đỡ của các thày trong hội đồng và các đồng nghiệp để tôi hoàn thiện
đợc đề tài này.
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn thầy PSG-TS Nguyễn Trọng Hoan
cùng các thày giáo trong bộ môn Ôtô và máy chuyên dụng đã tận tình hớng
dẫn để tôi hòan thành đề tài này.
Hà nội ngày 15 tháng 11 năm 2007.


4

Chơng I
tổng quan về ôtô con 4x4

1.1.Nhu cầu và phạm vi sử dụng:
Vào những thập niên cuối của thế kỷ XX và đầu thế kỷ XXI ngành sản
xuất ôtô trên thế giới đã có những bớc phát triển mạnh mẽ. Ước tính hiện nay
thế giới có khoảng gần 600 triệu ôtô đang lu hành, đặc biệt là các nớc đang
phát triển, bởi lợi ích to lớn mà ôtô mang lại nh vận tải hàng hoá nội địa của
các nớc đang phát triển chiếm khoảng 82% tổng khối lợng hàng hoá đợc
vận chuyển.
Trong khoảng 20 năm lại đây, nhiều chủng loại xe ra đời với những mẫu
mã đa dạng, hiện đại, tiện ích trong sử dụng và thân thiện với môi trờng hơn.
Tuy vậy, xu hớng phát triển của ôtô trong tơng lai vẫn theo hớng là:
Hiện đại hoá công nghệ sản xuất và tự động hoá quá trình điều khiển
ôtô nhằm tăng năng suất, tăng tính kinh tế, đạt độ tin cậy cao trong sử dụng,
an toàn và thân thiện với môi trờng.
ở Việt nam, ngành công nghiệp ôtô đã có bớc phát triển nhanh chóng,
trong thời gian gần chục năm gần đây, số phơng tiện ôtô tăng trởng hàng
năm từ 12 đến 18%. Khối lợng vận chuyển hàng hoá chiếm khoảng 60 70%.
Về cơ cấu phơng tiện, có nhiều chủng loại, kiểu dáng và nhãn hiệu đa
dạng, bao gồm xe nhập khẩu và xe lắp ráp trong nớc.Theo thống kê, hiện nay
ở Việt nam có khoảng 11 liên doanh sản xuất và lắp ráp ôtô, tuy vậy các liên
doanh này mới chỉ dừng lại ở việc lắp ráp cụm tổng thành và chế tạo các chi
tiết đơn giản. Vì vậy, một trong những chiến lợc của ngành công nghiệp ôtô
là tới năm 2020 phải đáp ứng đợc khả năng và nhu cầu phát triển kinh tế của
đất nớc, trớc mắt tới năm 2010 đáp ứng đợc 75 - 80% nhu cầu trong nớc.


5

Cùng với sự phát triển của đời sống xã hội, nhu cầu đi lại của ngời dân
ngày một tăng, địa bàn dân c phân bố rộng, điều kiện đờng sá và hạ tầng cơ

sở giao thông còn nhiều thiếu thốn, nhất là nông thôn và miền núi. Để đáp ứng
đợc nhu cầu đi lại đó cần phải có loại xe ôtô có tính năng việt dã cao, nó có
khả năng di chuyển trên các loại đờng gồ ghề, trơn trợt, đồi núi... Một trong
các loại xe đó là xe ôtô con 4 bánh chủ động.
Khi xe ôtô chuyển động trên đờng trơn trợt, sình lầy, gồ ghề, đèo dốc
....Điều kiện để xe chuyển động đợc thuận lợi là độ bám giữa các bánh xe với
mặt đờng, nó đợc thể hiện bởi trọng lợng bám phân bố trên các cầu chủ
động ( G ) của xe.
Lực kéo lớn nhất có thể phát huy tại các bánh xe chủ động của xe ôtô
đợc xác định theo lực bám:
Pkmax = P = . G
Trong đó: Pkmax - lực kéo cực đại tại các bánh xe chủ động.

- Hệ số bám.
G - Trọng lợng bám phân bố trên cầu chủ động.
Đối với xe ôtô con một cầu chủ động (công thức 4x2) khi chuyển động
bình thờng trên đờng bằng phẳng, lực truyền tới các bánh xe ổn định nh
nhau, lực kéo cực đại của xe là:
Pkmax = . G
Thông thờng trên các loại xe con thì trọng lợng bám G 1/2 G.
Trong đó: G - Trọng lợng toàn bộ của xe.
Nếu xe ôtô có hai cầu chủ động thì lực bám cực đại tại các bánh xe sẽ là:
Pkmax = .G.
Nh vậy ôtô 2 cầu chủ động có thể phát huy đợc lực kéo cực đại lớn gấp
gần 2 lần so với ôtô một cầu chủ động. Vì vậy trong những năm gần đây,


6

nhiều loại ôtô 2 cầu đã đợc chế tạo để phục vụ sản xuất, đời sống và an ninh

quốc phòng.
Mức độ u việt của xe ôtô 2 cầu so với xe ôtô một cầu chủ động đợc
minh hoạ trên hình 1.1

xe 2 bánh chủ động

xe 4 bánh chủ động

Hình 1.1-So sánh lực kéo của xe 2 bánh chủ động và xe 4 bánh chủ động

Lực dự trữ giúp xe chạy ổn định

Lực bám tổng

Lực bám dùng để đẩy xe
- Bánh xe chủ động

Ta thấy, ở các xe ôtô con có 2 cầu chủ động, trọng lợng bám đợc phân
bố tới các bánh xe gấp 2 lần so với ôtô có 1 cầu chủ động (G = 2 G ), do vậy
chỉ cần một giá trị độ bám thấp cũng giúp cho ôtô 2 cầu chủ động có thể vợt
qua các loại đờng phức tạp một cách dễ dàng.
Một số u điểm của xe 2 cầu chủ động:
- Chạy tốt trên các loại đờng trơn, gồ ghề, đèo dốc.
- Khả năng quay vòng tốt, chạy ổn định trên đờng thẳng.


7

- Xuất phát và gia tốc tốt.
Nhợc điểm của loại xe 2 cầu chủ động:

- Kết cấu phức tạp.
- Trọng lợng xe tăng lên.
- Hiệu suất thấp, tiêu thụ nhiên liệu tăng
- Độ ồn khi làm việc tăng, giá thành cao .
Tuy vậy, nhờ có tính năng việt dã tốt nên ngày nay xe 2 cầu chủ động
đợc dùng nhiều trong các lĩnh vực nh:
- Trong quân sự: các loại xe 2 cầu chủ động trang bị cho quân đội có khả
năng di chuyển tốt trong các điều kiện địa hình, nơi không có đờng và có địa
hình phức tạp nhiều đèo dốc hay trong điều kiện sa mạc hoặc có băng tuyết.
- Trong dân sự: Đáp ứng nhu cầu đi lại trong các vùng từ thành thị đến
nông thôn, đồi núi hoặc nơi cha có đờng sá.
- Trong thể thao: Đợc chế tạo ở dạng các xe ôtô đua trên các loại địa
hình, xe dùng để thám hiểm.
- Trong khai thác hầm mỏ và trong lâm nghiệp, ở những nơi hẻo lánh.v.v.
1.2. Phân loại ôtô 2 cầu chủ động:
Loại ôtô này nhìn chung đợc phân chia theo các cách sau :
- Theo cách sử dụng gồm có loại đi trên đờng bình thờng và loại đi trên
đờng phức tạp. Loại đi trên địa hình phức tạp (đồi núi; sông suối) đợc thiết
kế gầm và thân cứng vững để thích hợp với nhiệm vụ hơn so với loại bình
thờng.
- Theo cách truyền công suất giữa các cầu chủ động gồm: Loại làm việc
liên tục toàn thời gian và loại làm việc gián đoạn.
ở 2 loại xe này ngoài sự khác nhau về cách sử dụng còn có sự khác nhau
về cơ chế truyền mô men tới các cầu chủ động. Đối với loại xe làm việc gián
đoạn, thờng xuyên sử dụng 2 bánh chủ động và chỉ chuyển đổi thành 4 bánh


8

chủ động khi ngời lái thấy cần thiết, cho nên chúng chỉ có 2 bộ vi sai đặt ở

cầu trớc và cầu sau(hình 1.2)

a)

b)

Hình 1.2-Sơ đồ truyền lực của loại xe 2 cầu chủ động làm việc gián đoạn
Loại xe này thờng có cơ cấu gài cầu trong hộp số phụ, bình thờng xe
chỉ sử dụng một cầu chủ động, cơ cấu gài cầu không làm việc, mômen chủ
động chỉ truyền tới một cầu của xe (Hình 1.2.a). Khi xe chuyển động trên
đờng xấu, ngời lái xe phải dùng cơ cấu gài cầu để xe làm việc ở chế độ 2
cầu chủ động, mômen sẽ đợc truyền tới cả hai cầu trớc và sau (Hình 1.2.b).
Ví dụ các loại xe UAZ; TOYOTA 4WD dùng trong quân đội hoặc cảnh sát.
Các loại xe này khi sử dụng yêu cầu ngời lái xe phải đợc đào tạo có trình độ
chuyên nghiệp.
Ưu điểm của loại xe làm việc không liên tục:
Hoạt động tốt trên các loại đờng bằng phẳng, hiệu suất truyền lực cao.
Khi không gài cầu sẽ giúp cho xe chuyển động có các bánh xe bị động
không bị trợt lăn và trợt lê tránh đợc hiện tợng mài mòn lốp xe.
Tránh đợc hiện tợng tuần hoàn công suất giữa các cầu xe.
Dễ điều khiển khi xe quay vòng.
Nhợc điểm:


9

Khi gài cầu và thực hiện quay vòng xe ôtô thờng có hiện tợng bó và
trợt lết tại các bánh xe khi ôtô quay vòng với bán kính nhỏ đồng thời khó
điều khiển lái và gây nên hiện tợng tuần hoàn công suất giữa các cầu xe.
Đối với các xe 4 bánh chủ động làm việc liên tục, ngoài các vi sai đặt

trong các cầu chủ động còn có một vi sai thứ 3 đặt giữa cầu trớc và cầu sau.
Thực tế cho thấy, khi quay vòng xe ôtô với loại xe có vi sai đặt giữa các
cầu chủ động (Vi sai trung tâm), sẽ không có hiện tợng bó và trợt lết tại các
bánh xe khi ôtô quay vòng với bán kính nhỏ, không gây nên hiện tợng tuần
hoàn công suất giữa các cầu xe (Hình 1.3).

Hình 1.3-Sơ đồ truyền lực của xe 2 cầu chủ động làm việc liên tục
Để tránh tình trạng mất lực kéo xảy ra khi một bánh xe hoặc một cầu chủ
động trợt trên đờng trơn, một loại vi sai đặc biệt đợc thiết kế để chúng tự
động truyền mô-men đến các bánh không trợt, buộc các bánh này truyền lực
kéo đa xe vợt lên, đó là bộ vi sai chống trợt (Vi sai tăng nội ma sát). Cơ sở
lý thuyết của loại vi sai này đợc trình bày trong phần (2.2.4). Các loại vi sai
này tuy khác nhau về kết cấu nhng đều chung một nguyên lý là dùng lực ma
sát sinh ra trong vi sai nhằm tạo một phần lực cản giúp bộ vi sai khắc phục
nhợc điểm trên.
ở các xe ôtô 2 cầu chủ động (công thức 4x4) ngời ta thờng bố trí các
hệ thống truyền lực ( HTTL) theo các sơ đồ sau:
- Sơ đồ HTTL có 2 vi sai, dùng liên động ly hợp trợt giữa các cầu xe
(Hình 1.4).


10

Hình 1.4 - Sơ đồ truyền lực ôtô con 4x4 có ly hợp trợt giữa các cầu xe
1;3 - Bộ vi sai; 2 -Ly hợp trợt
ở phơng án này, ngời ta đặt một khớp ly hợp trợt trong hộp số phụ,
khi đó tỷ số giữa mômen tại cầu trớc và cầu sau (Mt/Ms) phụ thuộc vào độ
trợt của ly hợp nối giữa 2 cầu, khớp chỉ trợt khi có sự chênh lệch mômen
truyền quá lớn, còn lại chúng nối liền hai cầu trong suốt quá trình hoạt động.
Loại khớp nối này thờng áp dụng cho các xe ôtô nh: SUBARU; JUSTY

FIAT; PANDA ALFA 33; FORD v.v.
- Sơ đồ HTTL có bộ vi sai giữa các bánh xe và vi sai giữa các cầu dùng ly
hợp trợt (Hình 1.5)

Hình 1.5 - Sơ đồ truyền lực ôtô con 4x4
có ly hợp trợt giữa các bánh xe và giữa các cầu xe.
1;2;3 - Các vi sai; 4;5 - các ly hợp trợt
Loại sơ đồ này, ngời ta thiết kế vi sai giữa các cầu và vi sai trong cầu
chủ động sau kết hợp ly hợp trợt, có tỷ số giữa mômen tại cầu trớc và cầu


11

sau (Mt/Ms) cố định 50/50, cấu trúc này tăng đợc khả năng cơ động của xe.
Nó đợc ứng dụng trên các xe con nh: AUDI QUATTRO VW; PASSAT;
SUBARU IMPREZA.v.v.
- Sơ đồ HTTLsử dụng bộ gài vi sai có ma sát cao (Hình 1.6)

Hình 1.6 Sơ đồ truyền lực ôtô con 4x4 sử dụng bộ gài có ma sát cao.
1;2;3 - các vi sai; 4;5 - Bộ gài có ma sát cao
Loại sơ đồ này về kết cấu có vi sai giữa các cầu và vi sai trong cầu sau
kết hợp với các bộ gài ma sát cao, đợc phân chia tỷ số truyền theo tải trọng
và có tỷ số giữa mômen tại cầu trớc và cầu sau cố định 34/66, kết cấu nh
vậy thoả mãn điều kiện làm việc của ôtô trong mọi trờng hợp nhng phức tạp
và giá thành cao, nó đợc ứng dụng trên xe ôtô con FORD; BMW 325
- Sơ đồ HTTL sử dụng bộ vi sai ma sát cao và ly hợp trợt (Hình 1.7)

Hình 1.7- Sơ đồ HTTL ôtô con 4x4 có ly hợp trợt và vi sai ma sát cao.
1;3 - Bộ vi sai; 2 - Bộ vi sai ma sát cao; 4 - Bộ ly hợp trợt

12

Loại sơ đồ này đợc thiết kế vừa có ly hợp trợt vừa có vi sai ma sát cao
đặt giữa các cầu, tỷ số giữa mômen tại cầu trớc và cầu sau (Mt/Ms) cố định
50/50, nhờ khớp có thể thay đổi đợc mômen ma sát, khi có sự thay đổi nhỏ
tốc độ góc sẽ không xảy ra sự sai khác nhiều, còn khi sai lệch tốc độ góc lớn,
đồng thời với mômen truyền lớn thì khớp có khả năng tiếp nhận mômen ma
sát lớn, nâng cao khả năng hoạt động linh hoạt cho xe, đợc ứng dụng trên xe
ôtô con AUDI 80, QUATRTO
-Sơ đồ HTTL sử dụng khớp ly hợp tự động điều chỉnh (Hình 1.8).

Hình 1.8 - Sơ đồ truyền lực ôtô con 4x4 có ly hợp tự động điều chỉnh
1;2;3 - Các bộ vi sai; 4;5;6- Khớp ly hợp tự động điều chỉnh
Loại sơ đồ này có tỷ số giữa mômen tại cầu trớc và cầu sau (Mt/Ms) cố
định 50/50, các khớp ly hợp tự động điều chỉnh đợc đặt trong hộp phân phối,
trong cầu sau, trên đờng nối ra cầu trớc, nó cho phép các bán trục làm việc
với các tốc độ quay khác nhau và đợc ứng dụng trên các xe ôtô con nh:
MERCEDES- BENZ ; 4 MATIZ.v.v.
Qua sự phân tích nêu trên ta thấy, với mỗi loại bố trí HTTL khác nhau,
chúng ta thấy sự phân bố mômen giữa các cầu chủ động cũng khác nhau, việc
" Nghiên cứu cơ chế phân bố mô men tới các cầu chủ động của ôtô con loại
4 x 4" sẽ giúp chúng ta hiểu hơn về kết cấu của HTTL các dạng xe ôtô 4x4, từ
đó có thể đa ra đợc gợi ý về cách sử dụng những loại xe này sao cho có hiệu
quả kinh tế nhất .


13

Chơng II

cơ chế phân bố mô men tới các bánh xe chủ động
trong hệ thống truyền lực 4 x 4

2.1. Hệ thống truyền lực 4x4 và hiện tợng tuần hoàn công suất:
Trong số những biện pháp khác nhau đợc sử dụng để nâng cao chất
lợng kéo - bám của ô tô, đối với những xe cần có tính năng cơ động cao,
ngời ta thờng sử dụng biện pháp tăng số cầu chủ dộng của xe. Với cách bố
trí này, chất lợng kéo - bám của ô tô sẽ tăng rất nhiều nhờ việc tận dụng tới
mức tối đa trọng lợng sử dụng của xe để biến thành trọng lợng bám.
Để đơn giản cho việc nghiên cứu, ta xét loại xe bố trí theo sơ đồ 4x4 (bốn
bánh xe đều là bánh chủ động).

Hình 2.1- Cấu trúc chung của xe ôtô con 4 bánh chủ động
Động lực học kéo của xe có bốn bánh chủ động phụ thuộc vào sơ đồ dẫn
động tới các trục chủ động, bởi vì cấu trúc của hệ thống dẫn động có ảnh
hởng tới việc phân bố lực kéo giữa các bánh xe trớc và sau. Hiện nay ngời
ta dùng hai loại dẫn dộng: dẫn động cứng và dẫn động vi sai
Đặc tính khác nhau về mối quan hệ động học giữa các trục cũng gây nên
sự khác nhau trong việc phân bố mômen chủ động cho chúng. ở những ôtô
có dẫn động cứng hai trục chủ động thì hầu nh luôn luôn có sự không tơng
ứng động học giữa các bánh xe trên cầu trớc và trên cầu sau, để hạn chế mức


14

độ không tơng ứng động học do dẫn động cứng gây ra, ngời ta sử dụng các
loại xe có thiết kế HTTL bố trí vi sai nằm giữa cầu chủ động trớc và cầu chủ
động sau (Hình1.3).
Khi chuyển động thẳng trên mặt đờng bằng phẳng, sự không tơng ứng
động học giữa các bánh xe đợc biểu thị ở chỗ: tốc độ vòng lý thuyết của các

bánh trớc và bánh sau có thể khác nhau, trong khi các trục của chúng lại
đợc gắn với khung xe và phải di chuyển với cùng một vận tốc tịnh tiến. Đảm
bảo sự đồng bộ tuyệt đối vận tốc vòng của các bánh xe trớc và sau thực tế là
không thể thực hiện đợc, vì bán kính của các bánh xe có thể sai lệch so với
tính toán do nhiều nguyên nhân gây nên nh: sai số chế tạo, độ mài mòn của
lốp, áp suất không khí trong lốp, sự dao động của tải trọng thẳng đứng tác
động lên bánh xe.v.v.
Trên đờng vòng, sự không tơng ứng động học đợc tạo nên ở chỗ: khi
ôtô chuyển động trên đờng cong thì mỗi trục của chúng phải cùng lúc đi
đợc những quãng đờng khác nhau, nhng hai trục của xe đợc xem nh gắn
với khung lại di chuyển với cùng một vận tốc tịnh tiến.
Khi ôtô chuyển động thẳng, sự cân bằng vận tốc tịnh tiến của hai trục chủ
động chỉ có thể đạt đợc trong điều kiện có sự trợt quay hoặc trợt lết của
các bánh xe, vì trợt quay làm giảm vận tốc tịnh tiến của trục bánh xe, còn
trợt lết làm tăng nó lên. Điều kiện cân bằng vận tốc tịnh tiến của hai trục chủ
động đợc biểu thị bằng phơng trình sau:

v' (1 ' ) = v" (1 " )

(2.1)

ở đây: -Trị số đặc trng cho sự trợt của bánh xe.

v vận tốc tịnh tiến.
Dấu (') ứng với trục đặt bánh xe có vận tốc vòng lý thuyết lớn và dấu (")
ứng với trục đặt bánh xe có vận tốc vòng lý thuyết nhỏ. Chúng ta tạm cho rằng
các bánh xe của trục trớc là bánh quay nhanh và các bánh xe của trục sau là
bánh quay chậm. Trị số trong phơng trình trên đặc trng cho sự trợt quay

15

và trợt lết của các bánh xe; trờng hợp trợt quay nó lấy dấu dơng và trừơng
hợp trợt lết nó lấy dấu âm để đa vào phuơng trình.
Chúng ta gọi tỉ số v' / v" là hệ số không tơng ứng động học của các bánh
xe chủ động trớc và sau, ký hiệu là k. Giữa sự trợt của các bánh chủ động
quay nhanh và quay chậm có mối quan hệ xác định và tìm đợc từ phơng
trình (2.1) nh sau:

"= 1

v'
(1 ' ) = 1 k (1 ' )
v"

(2.2)

Trị số ' trong biểu thức trên có giá trị dơng, vì các bánh xe quay
nhanh bao giờ cũng làm việc với mức độ trợt quay nào đó. Còn về phần các
bánh xe quay chậm, trị số trợt " có thể có giá trị âm, bằng 0 hoặc dơng.
Nếu " < 0 chúng sẽ chuyển động với sự trợt lết ;
Nếu " = 0 chúng lăn không trợt quay và không trợt lết ;
Nếu " > 0 chúng làm việc với sự trợt quay, nhng trị số trợt quay của
chúng nhỏ hơn so với các bánh xe quay nhanh.
Chỉ tiêu kéo tốt nhất của ôtô chỉ có thể nhận đợc khi có sự cân bằng vận
tốc vòng của các bánh trớc và bánh sau (ở điều kiện hệ số không tơng ứng
động học k = 1). ở trờng hợp này, các bánh trớc và sau làm việc với cùng
một độ trợt và chất lợng bám của chúng đợc sử dụng ở mức độ bằng nhau.
Khi tồn tại sự không tơng ứng động học của các bánh xe thì chỉ tiêu kéo
của xe bị giảm nhiều.

Nếu do hậu quả của việc mất tơng ứng động học mà các bánh xe trớc
và sau bị trợt với mức độ khác nhau khi làm việc thì chất lợng bám của các
bánh xe quay chậm sẽ đợc sử dụng ở mức độ nhỏ hơn so với chất lợng bám
của các bánh xe quay nhanh.
Độ không tơng ứng động học càng lớn thì chất lợng bám của các bánh
xe trên hai trục càng mất đồng đều, ảnh hởng xấu nhất tới chỉ tiêu kéo của xe
là khi các bánh xe quay chậm bị trợt lết.


16

ở trờng hợp này, thực tế là xe chỉ còn lại hai bánh chủ động vì các bánh

bị trựơt lết đã trở thành bị động.
Khi quay vòng, ở ôtô có các trục chủ động nối động học cứng với nhau
ngời ta luôn quan sát thấy sự lu thông của công suất ký sinh. Các bánh
trớc, mà chúng cần phải đi đợc quãng đờng lớn hơn bánh sau, sẽ chuyển
động với sự trợt lết và chúng chịu tác động của những lực kéo âm. Bán kính
quay vòng càng nhỏ thì công suất ký sinh càng lớn. Phần công suất lu thông
này là vô ích, thậm chí có hại, nó không phải là nguồn năng lợng bổ sung
cho ôtô mà chỉ gây thêm tải trọng phụ cho hệ thống truyền lực và tổn thất cơ
khí. Đây đợc gọi là hiện tợng tuần hoàn công suất
Hiện tợng tuần hoàn công suất không những tồn tại ở ôtô có nhiều cầu
chủ động và các trục của chúng đợc nối với nhau bằng hệ thống động học
cứng (hộp phân phối), mà còn xuất hiện ngay trong cầu chủ động khi vi sai
giữa các bánh xe bị gài cứng ở các trờng hợp xe chuyển động trên mặt đờng
cứng và khi quay vòng.
Để tránh hiện tợng tuần hoàn công suất ở các ôtô có tính năng cơ động
cao, thì trong các điều kiện làm việc bình thờng trên mặt đờng tốt không
nên sử dụng cùng một lúc nhiều cầu chủ động và gài cứng vi sai giữa các bánh

xe.
Vi sai giữa các cầu dùng trong xe ôtô nhiều cầu chủ động có tác dụng
tránh hiện tợng tuần hoàn công suất giữa các cầu chủ động với nhau.
2.2 - Vi sai trong hệ thống truyền lực (HTTL) 4x4:

Trong hệ thống truyền lực 4x4 thờng có hai loại vi sai:
- Vi sai giữa các bánh xe.
- Vi sai giữa các cầu xe.
2.2.1- công dụng của vi sai:

Cơ cấu vi sai giữa các bánh xe dùng để đảm bảo cho các bánh xe chủ
động bên trái và bên phải quay với vận tốc góc khác nhau (khi xe quay vòng,


17

khi kích thớc bánh xe trái và phải không giống nhau hoàn toàn, khi đờng
không bằng phẳng và trên mặt đờng nghiêng nào đó).
Nếu các bánh xe chủ động nối với nhau bằng một trục chung thì các bánh
xe chủ động luôn luôn quay cùng một tốc độ. Khi ôtô quay vòng hoặc chuyển
động trên đờng gồ ghề hay khi chất tải không đều, làm cho bán kính lăn của
bánh xe thay đổi sẽ gây nên hiện tợng trợt lê và trợt lăn các bánh xe trên
đờng. Do vậy gây ra hậu quả:
- Lốp bị mài mòn nhanh.
- Tổn hao công suất cho trợt lăn và trợt lê.
- Lợng nhiên liệu tiêu hao tăng lên.
- Khó quay vòng ôtô.
Để tránh hiện tợng trên, ngời ta không dùng một trục chung cho các
bánh xe chủ động, mà dùng hai nửa trục và giữa hai nửa trục đặt cơ cấu vi sai.
Vi sai cho phép hai bánh xe chủ động trong cùng một cầu quay với tốc độ

khác nhau (Tức là không cỡng bức các bánh xe quay cùng tốc độ khi xe quay
vòng hoặc đi trên đờng gồ ghề.)
2.2.2-Đặc điểm cấu tạo của một số vi sai điển hình:
2.2.2.1- Bộ vi sai bánh răng côn (Răng thẳng).

Hình 2.2 - Bộ vi sai bánh răng côn


18

Khi ô tô chuyển động thẳng mô men xoắn đợc truyền từ bánh răng bị
động của truyền lực chính sang vỏ của hộp vi sai. Trong trờng hợp sức cản
từ mặt đờng của hai bánh xe chủ động là nh nhau, bán kính lăn ở hai bánh
xe chủ động là nh nhau, các bánh rănng hành tinh không quay quanh trục
của nó mà chỉ đóng vai trò nh các vấu truyền mô men xoắn từ bánh răng
vành chậu đến bánh răng mặt trời ở hai phía với cùng mô men xoắn và số
vòng quay nh nhau.
Khi ô tô quay vòng hoặc đi trên đờng gồ ghề thì tốc độ góc của hai
bánh xe khác nhau, thông qua hai bán trục làm cho hai bánh răng mặt trời
cũng quay với các tốc độ góc khác nhau. Dẫn đến các bánh răng vi sai vừa
quay theo vỏ của bộ vi sai vừa quay quanh trục của nó, đảm bảo cho hai bánh
răng mặt trời quay với vận tốc góc khác nhau, phù hợp với tốc độ góc ở các
bánh xe chủ động. Đối với loại vi sai kiểu này, nó cho phép các bánh xe quay
với tốc độ khác nhau, hạn chế sự mài mòn lốp xe nhng lại làm xấu khả năng
truyền lực của cầu chủ động, đồng thời có thể làm tăng tiêu hao nhên liệu của
ôtô.
2.2.2.2 Bộ vi sai cam có tăng nội ma sát (Hình 2.3).

Hình 2.3 - Sơ đồ cấu tạo vi sai cam có tăng nội ma sát