Nghiên cứu động lực học của bộ vi sai tăng nội ma sát và khảo sát sự ảnh hưởng của nó tới khả năng động lực học của bánh xe

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
...........................................................................................................................

.................................................................................................................
.................................................................................................................
.................................................................................................................
............................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

.................................................................................................................................
.................................................................................................................................

1


.................................................................................................................................
..

2


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................

.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
.........................................................................................................................................
3


MỤC LỤC
MỤC LỤC.............................................................................................................3
DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP......5
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
................................................................................................................................5
DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP................................................................................................................7
LỜI NÓI ĐẦU......................................................................................................9
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI........................................................13
1.1. MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC KHẢO SÁT SỰ PHÂN BỐ MÔ MEN RA
CÁC BÁNH XE CHỦ ĐỘNG KHI QUAY VÒNG........................................13

1.2. TỔNG QUAN VỀ CÁC LOẠI VI SAI......................................................14
1.2.1. NHIỆM VỤ CỦA BỘ VI SAI............................................................................14
1.2.2. PHÂN LOẠI VI SAI..........................................................................................15
1.2.2.1. Theo cấu trúc bánh răng........................................................................15
1.2.2.2. Theo ma sát trong...................................................................................15
1.2.2.3. Theo khả năng điều khiển ma sát trong đối với bộ vi sai......................15
1.2.3. MỘT SỐ LOẠI VI SAI THƯỜNG GẶP...........................................................15
1.2.3.1. Vi sai thường (Vi sai ma sát trong thấp)................................................15
1.2.3.2. Vi sai ma sát trong cao...........................................................................16
1.2.4. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA VI SAI............................................23

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ LẬP MÔ HÌNH TÍNH.........................26
2.1. SƠ ĐỒ LOGIC TÍNH TOÁN CỦA BÀI TOÁN QUAY VÒNG.............27
2.2. PHƯƠNG TRÌNH CÂN BẰNG SỰ QUAY BÁNH XE...........................28
2.2.1. QUAN HỆ ĐỘNG HỌC CỦA VI SAI..............................................................29
2.2.2. MỐI QUAN HỆ ĐỘNG LỰC HỌC CỦA CẦU XE VÀ VI SAI.......................31

2.3. CÁC MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ĐƯỢC SỬ DỤNG...................................35
2.3.1. MÔ HÌNH ĐỘNG LỰC HỌC TOÀN XE.........................................................35
2.3.2. SỰ NGHIÊNG THÂN XE VÀ TẢI TRỌNG THẲNG ĐỨNG.........................37
2.3.3. MÔ HÌNH CÁC QUAN HÊ ĐỘNG HỌC CỦA Ô TÔ.....................................37

2.4. MÔ HÌNH LỐP...........................................................................................38
4


2.5. CÁC PHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN HỆ THỐNG.............................40
2.5.1. GÓC QUAY VÀNH LÁI....................................................................................40
2.5.2. CÁC TRẠNG THÁI MÔ MEN TRONG TÍNH TOÁN....................................41

CHƯƠNG 3: LẬP TRÌNH VÀ ĐỀ XUẤT CÁC PHƯƠNG ÁN TÍNH
TOÁN..................................................................................................................42
3.1. CÁC PHƯƠNG ÁN LỰA CHỌN TÍNH TOÁN THEO MỤC ĐÍCH ĐỀ
TÀI.......................................................................................................................42
3.2. PHƯƠNG PHÁP RUNGE KUTTA 4 ĐIỂM............................................42
3.3. VẤN ĐỀ SAI SỐ CỦA BÀI TOÁN............................................................43
3.4. LỰA CHỌN CÁC THÔNG SỐ TÍNH TOÁN..........................................44
3.5. LỰA CHỌN CÁC TRƯỜNG HỢP KHẢO SÁT.....................................44
3.6. CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG TRÊN MATLAB SIMULINK...........46
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ NHẬN XÉT................................49
4.1. KẾT QUẢ KHẢO SÁT..............................................................................50
4.1.1. TRƯỜNG HỢP 1: KHI KHÔNG CÓ MÔ MEN MA SÁT TRONG BỘ VI SAI
(MMS=0)..................................................................................................................... 50
4.1.2. TRƯỜNG HỢP 2: KHI CÓ MMS VỚI GIÁ TRỊ HỆ SỐ KHÓA VI SAI K=0.15
..................................................................................................................................... 52
4.1.3. TRƯỜNG HỢP 3: KHI CÓ MMS VỚI GIÁ TRỊ HỆ SỐ KHÓA VI SAI K=0.3
..................................................................................................................................... 55
4.1.4. TRƯỜNG HỢP 4: KHI CÓ MMS VỚI GIÁ TRỊ HỆ SỐ KHÓA VI SAI K=0.45
..................................................................................................................................... 58

4.2. NHẬN XÉT..................................................................................................60
KẾT LUẬN.........................................................................................................62
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................64
PHỤ LỤC............................................................................................................65

5


DANH MỤC CÁC BẢNG THÔNG SỐ TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TT

Bảng

Tên bảng

Trang

1

Bảng 3.1

Tỷ số truyền các tay số

44

2

Bảng 4.1

Số liệu đầu vào trường hợp 1

50

3

Bẳng 4.2

Số liệu đầu vào trường hợp 2

52

4

Bảng 4.3

Số liệu đầu vào trường hợp 3

55

5

Bảng 4.4

Số liệu đầu vào trường hợp 4

58

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ TRONG ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TT

Hình vẽ

Tên hình

Trang

1

Hình 1.1

13

2

Hình 1.2

3

Hình 1.3

Quan hệ Đường – Xe – Người
Mô tả tổng thể quan hệ điều khiển của lái xe
và
tô trong thấp của xe có cầu trước chủ
Kếtchuyển
cấu bộđộng
vi saicủa
maôsát

10

động
Sơ đồ cấu tạo bộ vi sai ma sát trong thấp của xe có cầu sau
Hình 1.4
chủ động
Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử
Hình 1.5
dụng một khớp ma sát
Kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng hai khớp ma
Hình 1.6

sát
Cấu tạo và nguyên lý của bộ vi sai khớp ma sát kép của xe
Hình 1.7
Misubishi Pajaro
Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng bánh
Hình 1.8
răng trụ
Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng trục
Hình 1.9
vít – bánh vít
Hình 1.10 Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao loại vi sai cam

11

Hình 1.11

4
5
6
7
8
9

14
15
15
16
17
18
19

20
21
22

13

Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của bộ khóa vi sai
Quan hệ động học và động lực học của vi sai côn có ma sát
Hình 1.12
trong thấp
Hình 2.1 Mô hình cơ học của ôtô

14

Hình 2.2

Sơ đồ logic tính toán của đề tài

27

15

Hình 2.3

Công trượt riêng của bộ ly hợp

29

16

Hình 2.4

29

17

Hình 2.5

Mô men ma sát đưa vào bộ vi sai
Sơ đồ cấu tạo bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng hai khớp
ma sát

12

23
26

30
6


18

Hình 2.6

Động lực học của vi sai

30

19

Hình 2.7

Động lực học truyền lực chính

31

20

Hình 2.8

Sơ đồ động lực học của bộ vi sai

32

21

Hình 2.9

Động lực học bánh xe

33

22

Hình 2.10 Sơ đồ quan hệ lực trên mặt phẳng dọc ô tô

35

23

Hình 2.11

36

24

Hình 2.12 Mô hình các quan hệ động học của ô tô

37

25

Hình 2.13

38

26

Hình 2.14 Sơ đồ tính toán lực cho bánh xe bị động

39

27

Hình 2.15 Sơ đồ tính toán lực cho bánh xe chủ động

40

28

Hình 2.16 Góc quay vành lái

41

29

Hình 2.17

Mô men điều khiển bánh xe chủ động

41

30

Hình 3.1

Sơ đồ bố trí xe con khảo sát

45

31

Hình 3.2

Chương trình chính

47

32

Hình 3.3

Mô đun tính toán cho bánh xe số 1

48

33

Hình 4.1

Mô men ma sát khi hệ số khóa vi sai K=0

50

34

Hình 4.2

Mô men của bánh xe chủ động khi hệ số khóa vi sai K=0

51

35
36
37
38
39
40
41

42
43
44

Các lực và mô men xác định trong mặt phẳng ngang
Các quan hệ lực và mô men trong lốp

Vận tốc góc bánh xe chủ động trong và ngoài khi hệ số
khóa vi sai K=0
Hình 4.4 Mô men ma sát trong bộ vi sai khi hệ số khóa vi sai K=0.15
Mô men chia ra hai bánh xe chủ động khi hệ số khóa vi sai
Hình 4.5
K=0.15
Vận tốc góc của bánh xe trong và ngoài khi hệ số khóa vi
Hình 4.6
sai K=0.15
Hình 4.7 Mô men ma sát trong bộ vi sai khi hệ số khóa vi sai K=0.3
Mô men chia ra hai bánh xe chủ động khi hệ số khóa vi sai
Hình 4.8
K=0.3
Vận tốc góc của bánh xe trong và ngoài khi hệ số khóa vi
Hình 4.9
sai K=0.3
Hình 4.10 Mô men ma sát trong bộ vi sai khi hệ số khóa vi sai K=0.45
Mô men chia ra hai bánh xe chủ động khi hệ số khóa vi sai
Hình 4.11
K=0.45
Vận tốc góc của bánh xe trong và ngoài khi hệ số khóa vi
Hình 4.12
sai K=0.45

Hình 4.3

51
53
53
54
55
56
57
58
59
60

7


DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VÀ KÝ HIỆU VIẾT TẮT TRONG ĐỒ ÁN TỐT
NGHIỆP
TT

Ký tự

Giải thích ký tự

Đơn vị

1

Mms

Mô men ma sát trong bộ vi sai

N.m

2

Mbx1

Mô men tại bánh xe chủ động trái

N.m

3

Mbx2

Mô men tại bánh xe chủ động phải

N.m

4

Me

Mô men có ích của động cơ

N.m

5

Md

Mô men trên vỏ bộ vi sai

N.m

6

M2

Mô men tại bánh răng chủ động của truyền lực chính

N.m

7

M3

Mô men tại bánh răng bị động của truyền lực chính

N.m

8

Msk

N.m

9

J kp

10

J kz

11

J rp

Mô men đàn hồi của lốp
Mômen quán tính của các phần liên kết với bánh xe
quanh trục quay bánh xe cầu trước
Mômen quán tính của các phần liên kết với bánh xe
quanh trục quay bánh xe cầu sau
Mômen quán tính của vi sai cầu trước

12

J rz

13

J2

14

kg.m2
kg.m2
kg.m2

kg.m2

J3

Mômen quán tính của vi sai cầu sau
Mô men quán tính tại bánh răng chủ động truyền lực
chính
Mô men quán tính tại bánh răng bị động truyền lực chính

15

J4

Mô men quán tính của bánh răng vi sai

kg.m2

16

J5

Mô men quán tính của bánh răng bán trục bên trái

kg.m2

17

J6

Mô men quán tính của bánh răng bán trục bên phải

kg.m2

18

Jr

Mô men quán tính của cầu xe

kg.m2

19

F1

Lực vòng của bánh xe bên trái ở cầu trước và mặt đường

N

20

F2

Lực vòng của bánh xe bên phải ở cầu trước và mặt đường

N

21

F3

Lực vòng của bánh xe bên trái ở cầu sau và mặt đường

N

22

F4

N

23

P2

24

P3

25

P5

Lực vòng giữa bánh xe bên phải ở cầu sau và mặt đường
Lực ăn khớp tác dụng lên bánh răng bị động của truyền
lực chính
Lực ăn khớp tác dụng lên bánh răng chủ động của truyền
lực chính
Lực ăn khớp tác dụng lên bánh răng bán trục trái

26

P6

Lực ăn khớp tác dụng lên bánh răng bán trục phải

N

27

S

Lực bên tác dụng lên các bánh xe

N

28

no

Số vòng quay của bánh răng bị động truyền lực chính

kg.m2
kg.m2

N
N
N

min-1

8


29

nt

Số vòng quay của bánh răng bán trục trái

min-1

30

np

Số vòng quay của bánh răng bán trục phải

min-1

31

e

Vận tốc góc của trục khuỷu động cơ

rad/s

32

l

Vận tốc góc của đĩa bị động trong ly hợp

rad/s

33

1

Góc quay của bánh xe bên trái của cầu trước

min-1

34

2

Góc quay của bánh xe bên phải của cầu trước

min-1

35

3

Góc quay của bánh xe bên trái của cầu sau

min-1

36

4

Góc quay của bánh xe bên phải của cầu sau

min-1

37

t

Góc quay của bánh xe dẫn hướng

rad

38

v

Góc quay vành lái

rad

39

K

Hệ số khóa vi sai

-

40

K’

Hệ số gài vi sai

-

41

ls1

Hệ số độ cứng bậc nhất của biến dạng dọc lốp xe

1/rad

42

ls2

Hệ số độ cứng bậc hai của biến dạng dọc lốp xe

1/kN.rad

43

l1

Hệ số độ cứng bậc nhất của góc lệch bên bánh xe

1/rad

44

l2

Hệ số độ cứng bậc hai của góc lệch bên bánh xe

1/kN.rad

45

o

Hệ số bám hai bên bánh xe

-

46

ic

Tỷ số truyền của cầu xe chủ động

-

47

ir

Tỷ số truyền của hệ thống lái

-

48

Crbxi

Độ cứng hướng kính của bánh xe thứ i

kN/m

49

rbxi

Bán kính trung bình của bánh xe thứ i

m

50

fv

Hệ số cản lăn

-

9

LỜI NÓI ĐẦU
Sự phân chia mô men ra các bánh xe chủ động có ảnh hưởng lớn tới khả năng
quay vòng và tính điều khiển chung của ô tô, điều này ảnh hưởng đến vấn đề an toàn
khi tham gia giao thông. Do đó nghiên cứu và giải quyết bài toán quỹ đạo chuyển động
ô tô khi có để ý tới mô men ma sát trong bộ vi sai là cần thiết, góp phần giảm thiểu tai
nạn giao thông.
Trên rất nhiều cầu xe của các xe có khả năng cơ động được đưa vào nội ma sát,
các tài liệu sử dụng và sửa chữa đi kèm không nêu được một cách đầy đủ những kiến
thức về vấn đề này mà chỉ nêu nên được phần khai thác và sử dụng. Chính vì vậy đề
tài được đặt ra để hiểu sâu hơn về động học, động lực học của cầu xe có vi sai ma sát
trong cao nhằm phục vụ bài toán quỹ đạo chuyển động của ô tô.
Do vậy, đồ án tốt nghiệp được thực hiện với tên đề tài “Nghiên cứu động lực
học của bộ vi sai tăng nội ma sát và khảo sát sự ảnh hưởng của nó tới khả năng
động lực học của bánh xe” nhằm góp phần hoàn thiện sâu sắc hơn về bài toán quỹ
đạo chuyển động của ô tô.
Được sự hướng dẫn tận tình của thầy: Phạm Văn Hải cùng với sự cố gắng của
bản thân, đồ án tốt nghiệp đã được hoàn thành đúng tiến độ và thời gian guy định. Vì
thời gian, kiến thức còn hạn chế, nên đồ án không thể tránh được những sai sót. Vì vậy
em mong các thầy, cô trong Bộ môn công nghệ ô tô cho ý kiến đóng góp để đồ án của
em được hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn cũng như các thầy, cô
giáo trong Bộ môn công nghệ ô tô đã truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức quý báu
trong quá trình học tập ở trường và thời gian làm đồ án tốt nghiệp

10


TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Bước sang thế kỷ 21, sự tiến bộ về khoa học kỹ thuật của nhân loại đã bước lên
một tầm cao mới. Rất nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật, các phát minh, sang chế
mang đậm tính hiện đại và có tính ứng dụng cao. Là một quốc gia có nền kinh tế đang
phát triển, nước ta đã và đang có những cải cách mới để thúc đẩy kinh tế. Việc tiếp
nhận, áp dụng các thành tựu khoa học tiên tiến của thế gưới được nhà nước quan tâm
cải tạo, đẩy mạnh sự phát triển của các ngành công nghiệp mới. Với mục đích đưa
nước ta là một nước nông nghiệp kém phát triển thành một nước công nghiệp phát
triển. Trải qua rất nhiều năm phấn đấu và phát triển. Hiện nay nước ta là thành viên
của khối kinh tế quốc tế (WTO). Với việc tiếp cận các quốc gia có nền kinh tế phát
triển, chúng ta có thể giao lưu, học hỏi kinh nghiệm, tiếp thu và áp dụng các thành tựu
khoa học tiên tiến để phát triển hơn nữa nền kinh tế trong nước, bước những bước đi
vững trắc trên con đường quá độ lên chủ nghĩa xã hội.
Trong các ngành công nghiệp mới đang được nhà nước chú trọng, đầu tư phát
triển thì công nghiệp ô tô là một trong những ngành tiềm năng. Do sự tiến bộ về khoa
học công nghệ nên quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa phát triển một cách ồ ạt. tỷ
lệ ô nhiễm các nguồn nước và không khí do chất thải công nghiệp ngày càng tăng, các
nguồn tài nguyên như: Than đá, dầu mỏ …Bị khai thác bừa bãi nên ngày càng cận
kiệt. Điều này đặt ra bài toán khó cho ngành động cơ đốt trong nói chung và ô tô nói
riêng, đó là phải đảm bảo chất lượng khí thải và tiết kiệm nhiên liệu. Các hang sản
xuất ô tô như KIA, PORD, TOYOTA, MESCEDES, HUYNDAI …đã có rất nhiều cải
tiến về mẫu mã, kiểu dáng công nghệ cũng như chất lượng phục vụ của xe, nhằm đảm
bảo an toàn cho người sủ dụng, tiế kiệm nhiên liệu và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.
Để đáp ứng được những yêu cầu đó thì các hệ thống điều khiển trên ô tô nói chung và
“Mô men truyền từ động cơ tới các bánh xe chủ động khi xe quay vòng” nói riêng phải
có độ hoạt đông an toàn, chính xác, độ bền cao…
Thực tế trong các trường kỹ thuật của nước ta hiện nay thì trang thiết bị cho sinh
viên, học sinh thực hành còn thiếu rất nhiều, đặc biệt là thiết bị, mô hình thực tập tiên
tiến hiện đại. Tài liệu về quan hệ truyền mô men từ đông cơ tới các bánh xe chủ động
còn thiếu chưa được hệ thống hóa một cách khoa học. Các bài tập hướng dẫn thực tập,
thực hành còn thiếu thốn. Vì vậy người kỹ thuật viên khi ra trường gặp nhiều khó

khăn, khó tiếp xúc với những kiến thức thiết bị tiên tiến trong thực tế.

11


 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Đề tài giúp sinh viên năm cuối khi sắp tốt nghiệp có thể củng cố, tổng hợp và
nâng cao kiến thức chuyên ngành cũng như kiến thức ngoài thực tế, xã hội. Đề tài
nghiên cứu về“Xây dựng quan hệ truyền mô men từ động cơ tới các bánh xe chủ
động khi quay vòng” không chỉ giúp cho chúng em tiếp cận với thực tế mà còn trở
nên quen thuộc với học sinh - sinh viên các khóa sau có thêm tài lieu để nghiên cứu,
học tập.
Những kết quả thu thập được sau khi hoàn thành đề tài này trước tiên xẽ giúp cho
em, sinh viên lớp ĐLK7 hiểu sâu hơn về quan hệ truyền mô men từ động cơ tới các
bánh xe chủ động khi quay vòng
Tổng hợp tài liệu trong và ngoài nước để hoàn thành đề tài.

 MỤC TIÊU CỦA ĐỀ TÀI
- Tìm hiểu về kết cấu của ô tô có cầu xe chủ động sử dụng bộ vi sai tăng nội ma
sát.
- Khảo sát động học và động lực học của ô tô chuyển động trên đường vòng bằng
việc bổ sung vào chương trình tính toán quỹ đạo quay vòng của ô tô khi có để ý tới mô
men ma sát trong bộ vi sai và để ý tới mô men của động cơ.
- Đề tài có thể dùng để giảng dạy về quan hệ truyền mô men từ động cơ tới các
bánh xe chủ động khi quay vòng. Và có thể phục vụ cho việc nghiên cứu, nâng cao
nhằm góp phần hoàn thiện sâu sắc hơn về bài toán quỹ đạo chuyển động của ô tô.

 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI
Nội dung của đề tài gồm 4 phần chính:
Chương 1: Tổng quan đề tài.

Chương 2: Cơ sở lý luận và lập mô hình tính.
Chương 3: Lập trình và đề suất các phương án tính toán.
Chương 4 : Kết quả tính toán và nhận xét.

 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
o Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
Đây là phương pháp tốn kém kinh phí và thời gian tuy nhiên phương pháp này lại
cho những kết quả thực tiễn có thể áp dụng ngay.
o Phương pháp nghiên cứu thông qua khảo sát mô hình trên máy tính
Phương pháp này được thực hiện qua các bước:
Bước 1: Tìm hiểu về các loại vi sai và các vấn đề động học, động lực học của các
loại vi sai.
12


Bước 2: Nghiên cứu và thiết lập mô hình quỹ đạo chuyển động của ô tô có quan
tâm đến các thông số kết cấu của vi sai trên phần mềm Matlab Simulink.
Bước 3: Phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến sự phân bố mô men ra các bánh xe
chủ động khi quay vòng trong đó đặc biệt quan tâm đến việc đưa mô men ma sát vào
bộ vi sai.
Bước 4: Lập trình giải bài toán mô phỏng trên máy tính bằng phần mềm Matlab
Simulink. Chọn một bộ số liệu tính toán cho xe để ứng dụng vào tính toán mô phỏng.
Bước 5: Đưa ra các kết quả cụ thể bằng đồ thị. Phân tích, thảo luận, đánh giá và
nhận xét các kết quả về sự phân bố mô men tới các bánh xe chủ động và về bài toán
quỹ đạo chuyển động.

13


CHƯƠNG 1

TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI
1.1. Mục đích của việc khảo sát sự phân bố mô men ra các bánh xe chủ
động khi quay vòng.
Từ những năm gần đây, lượng xe hơi nhập khẩu vào Việt Nam tăng lên đáng kể.
Hơn thế nữa, chủng loại xe cũng rất đa dạng, hiện đại và các dòng xe mới của các
hãng nổi tiếng trên thế giới. Hầu hết các loại xe có khả năng cơ động cao đều được
trang bị cầu xe có bộ vi sai ma sát trong cao. Do đó sự phân bố mô men ra các bánh xe
chủ động luôn là vấn đề quan tâm lớn của các nhà sản xuất ô tô. Nhưng song song với
việc các dòng xe hiện đại, có khả năng cơ động cao được nhập vào Việt Nam thì tài
liệu theo xe còn hạn chế rất nhiều, chỉ tập chung nói đến vấn đề sử dụng và sửa chữa.
Ở nước ta trong giai đoạn vừa qua, đường xá đang được hoàn thiện và mở rộng
dần, cho phép tăng tốc độ, tăng tính tiện nghi, điều khiển của xe. Nhưng sự hoàn thiện
về đường xá chưa thích ứng kịp với sự phát triển của ngành công nghiệp ô tô, nên
trong nhiều trường hợp xe không thể vượt qua được các trở ngại trên đường. Điều này
cần thiết phải nâng cao chất lượng kỹ thuật cho ô tô đang khai thác bằng các biện pháp
pháp lý, kể cả các vấn đề cụ thể về kỹ thuật của xe và yếu tố con người.
Trong các biện pháp nâng cao chất lượng phương tiện thì các hiểu biết về động
học và động lực học của ô tô sử dụng cầu xe có trang bị bộ vi sai tăng nội ma sát cần
được mở rộng.
Nhìn tổng thể, quan hệ của quá trình điều khiển của ô tô có thể mô tả bằng quan
hệ: “Đường – Xe – Người”. Người lái là chủ thể điều khiển xe, các vấn đề kỹ thuật của
xe chúng ta có thể can thiệp và khảo sát được, nhưng trạng thái đường thì không thể
khảo sát được mà tùy thuộc vào thực tế chuyển động của ô tô trên đường.

Hình 1.1: Quan hệ: Đường – Xe – Người
Sự chuyển động thực tế của ô tô luôn luôn được người lái điều chỉnh với mục đích
thực hiện tốt nhưng trạng thái mặt đường và yêu cầu chuyển động là đa dạng do vậy đề
tài khảo sát sự phân chia mô men ra các bánh xe chủ động theo các bộ vi sai có ma sát
14

trong cao, t ú cú th hon thin gn phự hp vi iu kin chuyn ng a dng ca
cỏc bỏnh xe ch ng trờn ng.
Lái xe

Các chuyển động
yêu cầu

Cơcấu điều khiển
n ga
Vành lái Châ
Vi sai

Quay bánh xe
dẫn h ớ ng

Tốc độ chuyển
động của ô tô

Mô men ma sát

Các điều kiện
ngoại cảnh khác

Đ iều kiện
đờng

Chuyển động thực
của ô tô

Hỡnh 1.2: Mụ t tng th quan h iu khin ca lỏi xe
v chuyn ng ca ụ tụ
Trong quan h tng hp ca ụ tụ, cú c chuyn ng thc t an ton l mt
mi quan h phc tp bao gm nh hng ca cỏc thụng s kt cu: Lp, h thng lỏi,
h thng treo, h thng truyn lc, h thng thy lc, h thng phanh v cỏc tỏc
ng iu khin ca ngi lỏi. Cỏc yu t ny c xem xột cỏc mc khỏc nhau
ca ti.
Thc t quan h truyn mụ men t ng c ti cỏc bỏnh xe ch ng thc hin
qua cỏc cm kt cu nh: Ly hp, hp s, cu xe... nhng s phõn chia mụ men ch
xy ra trong b vi sai ca cu xe ch ng, c bit l b vi sai cú ma sỏt trong cao. Do
vy, ti nh hng vo tỡm hiu quan h truyn mụ men t ng c ti cỏc bỏnh xe
ch ng khi xe vo quay vũng khi cú s cú mt ca mụ men ma sỏt trong b vi sai
ca cu xe ch ng, nhm gúp phn hon thin v sõu sc hn v bi toỏn qu o
chuyn ng ca ụ tụ.

1.2. Tng quan v cỏc loi vi sai
1.2.1. Nhim v ca b vi sai
Thc hin s sai lch tc quay ca cỏc trc bỏnh xe khi xe chuyn ng trờn
ng vũng, ng g gh. m bo d dng iu khin hng chuyn ng v hn
ch mi mũn lp xe.
15


Hạn chế sự trượt quay ở bánh xe khi có sự chênh lệch tốc độ góc giữa các bánh xe
trên cùng một cầu, tạo điều kiện tận dụng lực bám và nâng cao tính linh hoạt và tính
cơ động của xe.
1.2.2. Phân loại vi sai
1.2.2.1. Theo cấu trúc bánh răng
Ngày nay trên ô tô thông dụng thường dùng bánh răng côn thẳng. Các loại vi sai
bánh răng trụ, vi sai trục vít – bánh vít, vi sai cam thường được sử dụng trên một số

loại xe chuyên dụng sử dụng trong quân sự như GAZ66, BTR60P…
Vi sai giữa các bánh xe thường dùng loại đối xứng (tỷ lệ phân bố mô men là
50/50).
1.2.2.2. Theo ma sát trong
- Vi sai ma sát trong thấp.
- Vi sai ma sát trong cao.
- Khóa cứng vi sai.
1.2.2.3. Theo khả năng điều khiển ma sát trong đối với bộ vi sai
- Điều khiển bằng tay từ bên ngoài bằng hệ thống cơ khí.
- Điều khiển bằng điện từ ngoài bằng hệ thống điện.
- Tự động điều khiển (tự điều khiển bên trong cơ cấu).
1.2.3. Một số loại vi sai thường gặp
1.2.3.1. Vi sai thường (Vi sai ma sát trong thấp)
Loại này công suất tổn hao cho ma sát tối đa không quá 15% công suất truyền
xuống bánh răng bị động của truyền lực chính.
Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai ma sát trong thấp trên hình 1.3 và hình 1.4

Hình 1.3: Kết cấu bộ vi sai ma
sát trong thấp của xe có cầu
trước chủ động

Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo bộ vi sai
ma sát trong thấp của xe có cầu
sau chủ động

16


Bộ vi sai nằm trong lòng bánh răng bị động của truyền lực chính và gồm: Vỏ vi
sai đồng thời là thân bánh răng bị động, hai bánh răng mặt trời (bánh răng bán trục),

hai hoặc bốn bánh răng hành tinh (bánh răng vi sai), trục vi sai, các bán trục dẫn ra
bánh xe bên phải và bên trái, các đệm tựa lưng cho các bánh răng. Các bánh răng vi sai
quay trên trục vi sai và quay cùng vỏ vi sai.
Các bánh xe chủ động luôn nối với trục bị động của truyền lực chính thông qua sự
ăn khớp của bộ vi sai, đồng thời các bán trục gắn then hoa với bánh răng bán trục.
Loại vi sai này ma sát sinh ra chủ yếu là do sự ăn khớp của các bánh răng trong
quá trình chuyển động và ma sát giữa trục, bạc và ổ bi, loại này có hệ số khóa vi sai
K=Mms/Mo=0.02÷0.15.
1.2.3.2. Vi sai ma sát trong cao
a) Loại sử dụng một khớp ma sát
Kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng một khớp ma sát trên hình 1.5
Bộ vi sai sử dụng khóa ly hợp nhiều đĩa làm khớp ma sát đơn. Các đĩa răng ngoài
liên kết với vỏ vi sai, các đĩa răng trong liên kết với bánh răng bán trục. Các đĩa được
lắp xen kẽ giữa đĩa răng ngoài với đĩa răng trong, và bị ép bởi lò xo đĩa đặt nằm cạnh
vỏ vi sai.

Hình 1.5: Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của
bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng một khớp ma sát
Khi có sự quay tương đối giữa vỏ và bánh răng bán trục sẽ xuất hiện lực ma sát
giữa các đĩa nhờ vậy bộ ly hợp này có tác dụng khóa vi sai trong một giới hạn cố định.
Nếu sự trượt giữa các đĩa tăng lên, khớp ma sát chỉ tăng mô men ma sát tới giới hạn
nhất định.
Với bộ khóa vi sai đơn khi xe đi trên đường có chênh lệch hệ số bám lớn, khả
năng động lực ở các bánh xe sẽ tốt hơn so với loại vi sai ma sát trong thấp. Chất lượng
động lực học phụ thuộc vào khả năng tạo ma sát của cơ cấu khóa, nếu giá trị ma sát
17


lớn sẽ làm hạn chế sự sai khác tốc độ góc của bánh xe, nếu giá trị ma sát quá nhỏ thì
không cải thiện được chất lượng động lực học của ô tô.

Loại vi sai này mô men ma sát sinh ra do sự tiếp xúc của các đĩa ma sát khi có sự
chênh lệch tốc độ của hai bánh xe, loại này có hệ số khóa vi sai K=M ms/Mo=0.15÷0.3.
b) Loại sử dụng hai khớp ma sát
* Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng hai khớp ma sát
trên hình 1.6.

a)
Hình 1.6: Kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng hai khớp ma sát
a) Mặt cắt cầu xe có bộ vi sai 2 khớp ma sát; b) Chuỗi kết cấu bộ vi sai 2 khớp ma sát

a)

b)

Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cấu trúc này tương tự như loại vi sai sử dụng
một khớp ma sát. Trên xe bố trí hai khớp vi sai đối xứng, khóa bánh răng bán trục với
vỏ vi sai. Các khớp ma sát nằm giữa đáy của bánh răng bán trục với mặt đầu của vỏ vi
sai, bao gồm các đĩa răng trong và các đĩa răng ngoài. Phần sát với vỏ vi sai đặt một lò
xo đĩa, đóng vai trò tạo lực ép. Giữa lò xo đĩa và đĩa răng sát nó có một đĩa trơn đóng
vai trò đĩa ép.
Loại vi sai này hệ số khóa vi sai K=Mms/Mo=0.15÷0.3.
Do tính chất đối xứng của kết cấu nên tải trọng tác dụng vào hai bán trục và bánh
răng bán trục đồng đều, kết cấu của ly hợp khóa bớt cồng kềnh.
Vì không thay đổi được mô men ma sát giới hạn do vậy với loại vi sai này khả
năng động lực học của xe bị hạn chế.
* Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng hai khớp ma sát
của xe Misubishi Pajaro trên hình 1.7.

18

Hình 1.7: Cấu tạo và nguyên lý của bộ vi sai khớp ma sát kép của xe Misubishi Pajaro
a) Cấu tạo; b) Sơ đồ nguyên lý
Bánh răng vi sai 2 nằm trong hộp vỏ nhỏ 3. Vỏ nhỏ 3 được tạo bởi hai nửa có khả
năng dịch chuyển trong vỏ lớn vi sai. Bộ vi sai có hai bánh răng hành tinh đặt trên trục
của nó. Trục hành tinh tựa trong vỏ nhỏ nhờ hai rãnh vuông như trên hình 1.6b. Đầu
trục hành tinh có dạng hình vuông tựa vào rãnh vuông của vỏ trong. Giữa bánh răng
bán trục và vỏ vi sai không có đệm, thân trục bánh răng thò ra ngoài vỏ nhỏ, có bốn
rãnh tròn ăn khớp với hai đĩa ma sát răng trong. Trong vỏ vi sai lớn có bốn rãnh tròn
ăn khớp với hai đĩa ma sát răng ngoài mỗi bên. Mỗi khớp ma sát có hai lò xo dạng đĩa
nằm tựa giữa các đĩa ma sát và vỏ vi sai lớn. Ở trạng thái lắp ráp ban đầu: Tổng chiều
dài trong khoang vỏ lớn lớn hơn tổng chiều dày các đĩa và chiều dài vỏ nhỏ là 0,060,2mm, nhằm đảm bảo khả năng ép tiếp hai lò xo đĩa. Vỏ lớn được cố định nhờ nắp
đầu trục. Khi lắp, các lò xo đĩa được ép biến dạng ban đầu.
Nếu có sự chênh lệch tốc độ quay của hai bánh răng bán trục, lực vòng tạo nên
truyền qua đĩa ma sát tới hai nửa hộp nhỏ. Nhờ mặt vát của lỗ trục vi sai tạo nên lực
dọc thành phần theo hướng ép lò xo. Nếu lực dọc này lớn hơn lực ép tạo ban đầu của
bộ lò xo đĩa, sẽ làm gia tăng lực ép lên các đĩa ma sát và tăng thêm biến dạng các lò xo
đĩa, khắc phục nốt kích thước 0,06-0,2mm. Khi đã ép hết kích thước, mô men ma sát
không tăng tiếp được nữa. Mô men ma sát giới hạn có thể thay đổi trong giới hạn hẹp
phụ thuộc vào việc thay đổi lực ép này.
Nhờ khớp có thể thay đổi mô men ma sát, khi có sự thay đổi nhỏ số vòng quay
không gây cản trở cho việc sai khác số vòng quay. Còn khi thay đổi tốc độ góc lớn,
đồng thời mô men truyền lớn, thì khớp có khả năng tiếp nhận mô men ma sát lớn, nâng
cao chất lượng động lực của xe.
19


c) Loại sử dụng bánh răng trụ
Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng bánh răng trụ trên
hình 1.8. Các bánh răng bán trục và các bánh răng hành tinh trong bộ vi sai này đều là

bánh răng trụ. Hai bánh răng trụ bán trục ăn khớp then hoa với hai bán trục trái và
phải. Bộ vi sai này sử dụng ba cặp bánh răng trụ hành tinh đặt cách đều nhau 120 o.
Mỗi cặp bánh răng hành tinh hai bánh răng trụ sẽ ăn khớp với nhau và đều có trục
quay lắp trên vỏ bộ vi sai.

Hình 1.8: Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng bánh răng trụ
Khi xe chuyển động thẳng tức là vận tốc góc ở hai bên bánh xe bằng nhau hoặc
lực cản tại hai bên bánh xe bằng nhau thì vận tốc góc của hai bánh răng bán trục bằng
nhau. Khi đó các bánh răng hành tinh chỉ quay quanh tâm trục của bánh răng bán trục
mà không quay quanh trục của chúng.
Khi có sự sai lệch tốc độ ở hai bánh xe hoặc các lực cản của hai bánh xe khác
nhau thì vận tốc góc của hai bánh răng bán trục khác nhau. Do đó mô men trên các
bánh răng bán trục khác nhau. Nếu bánh xe bên phải quay nhanh hơn bánh xe bên trái
thì giá trị mô men Mt-Mp làm quay các bánh răng vi sai quanh trục của nó. Như vậy
các cặp bánh răng vi sai vừa quay quanh trục của nó vừa quay quanh tâm trục của
bánh răng bán trục.
Giá trị mô men ma sát trong bộ vi sai bánh răng trụ ngoài phụ thuộc vào sự sai tốc
của các bánh răng bán trục còn phụ thuộc vào góc nghiêng răng của bánh răng mặt trời
và bánh răng vi sai.
d) Loại sử dụng trục vít – bánh vít
Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng trục vít – bánh vít
trên hình 1.9.

20


Hình 1.9: Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao sử dụng trục vít – bánh vít
Hai bánh vít bán trục ăn khớp then hoa với hai bán trục trái và phải. Bộ vi sai này
sử dụng ba cặp trục vít hành tinh đặt cách đều nhau 120o. Mỗi cặp trục vít hành tinh sẽ
ăn khớp với nhau nhờ hai vành răng trụ hai đầu mỗi trục vít. Trong một cặp trục vít

hành tinh có trục vít bên trái và bên phải sẽ ăn khớp với bánh vít bán trục trái và phải.
Các cặp trục vít hành tinh đều có trục quay lắp trên vỏ bộ vi sai.
Khi xe chuyển động thẳng tức là vận tốc góc ở hai bên bánh xe bằng nhau hoặc
lực cản tại hai bên bánh xe bằng nhau thì vận tốc góc của hai bánh vít bán trục bằng
nhau. Khi đó các trục vít hành tinh chỉ quay quanh tâm trục của bánh vít bán trục mà
không quay quanh trục của chúng. Khi đó mô men chia ra các bánh xe chủ động bằng
nhau.
Khi có sự sai lệch tốc độ ở hai bánh xe hoặc các lực cản của hai bánh xe khác
nhau thì vận tốc góc của hai bánh vít bán trục khác nhau. Do đó mô men trên các bánh
vít bán trục khác nhau. Nếu bánh xe bên phải quay nhanh hơn bánh xe bên trái thì giá
21


trị mô men Mt-Mp làm quay các trục vít hành tinh quanh trục của nó. Như vậy các cặp
trục vít hành tinh vừa quay quanh trục của nó vừa quay quanh tâm trục của bánh vít
bán trục.
Loại vi sai này mô men ma sát sinh ra chủ yếu do sự ăn khớp của các cặp trục vít
hành tinh và sự ăn khớp giữa các trục vít hành tinh với bánh vít bán trục, hệ số khóa vi
sai của loại vi sai này nằm trong khoảng: K=0.3÷0.8.
e) Loại vi sai cam
Sơ đồ cấu tạo và kết cấu của bộ vi sai ma sát trong cao dạng cam hình 1.10.
Loại vi sai này có hai dãy các vấu cam và con trượt. Vi sai bao gồm: Vành cam
ngoài, vành cam trong, vòng cách, các con trượt và vỏ vi sai. Vòng cách là bộ phận
chủ động của bộ vi sai, nó lắp với bánh răng vành chậu, là nửa bên trái vỏ vi sai, ở
thân vòng cách có gia công hai dãy lỗ thông để lắp các con trượt. Mỗi dãy lỗ gồm 12
lỗ hướng kính và các lỗ trên hai dãy được đặt so le với nhau. Vành cam trong cũng
gồm hai dãy cam, mỗi dãy có 6 vấu cam như nhau và hai dãy này cũng bố trí so le
nhau nửa bước. Ở moay ơ của vành cam trong có then hoa để lắp then hoa với bán trục
trái. Vành cam ngoài chỉ có một dãy cam gồm 6 cam lõm có hình dạng và kích thước
như nhau. Moay ơ cam ngoài có lỗ then hoa để lắp then hoa với bán trục bên phải, có

lỗ dầu vào bôi trơn cho vi sai.

Hình 1.10: Sơ đồ cấu tạo của bộ vi sai ma sát trong cao loại vi sai cam

22


1.Bánh răng vành
chậu
2.Mặt vát con trượt
3.Bán trục trái
4.Then hoa
5.Ổ bi côn

6.Thân vành cam

11.Lỗ thông hơi

16.Giá đỡ liên kết

7.Vành cam trong D1 12.Chốt tỳ
17.Then hoa trong
8.Con trượt dãy 1
13.Con trượt dãy 2 18.Then hoa ngoài
9.Vỏ vi sai
14.Bán trục phải
19.Vành cam ngoài
15.Vành cam trong
10.Giá đỡ con trượt
D2

Hai bốn con trượt được lắp vào hai dãy lỗ của vòng cách, ở mặt trong của vòng
cách người ta có đặt vòng chặn để chống xoay các con trượt và giữ cho đúng trong lỗ
vòng cách khi lắp ráp. Các con trượt đều có một đầu tì vào các vấu của vành cam trong
và đầu ngoài tì vào vấu của vành cam ngoài.
Vành cam trong và vành cam ngoài đóng vai trò như các bánh răng bán trục trái,
phải, vòng cách giống như trục vi sai, các con trượt giống như các bánh răng vi sai.
Khi xe chuyển động thẳng hoặc các điều kiện cản ở bánh xe như nhau các con
trượt đóng vai trò là vi sai, chúng giữ cho vòng cách, vành cam trong, vành cam ngoài
thành một khối, mô men xoắn được phân đều ra hai bán trục.
Khi xe chuyển động quay vòng hoặc các điều kiện cản ở hai bên bánh xe khác
nhau thì giữa vành cam trong và vành cam ngoài có chuyển động tương đối với nhau.
Các con trượt khi đó ngoài chuyển động quay cùng vòng cách chúng còn dịch chuyển
tịnh tiến dọc trục của chúng và trượt lên các bề mặt cam của vành cam trong và vành
cam ngoài. Các chuyển động tương đối đó làm phát sinh lực ma sát giữa hai đầu con
trượt với vành cam trong và vành cam ngoài. Bánh xe bên có lực cản lớn sẽ quay
chậm, bên có lực cản nhỏ sẽ quay nhanh. Lực ma sát tác dụng lên vành cam quay
chậm cùng chiều với lực vòng tác dụng lên nó, còn lực ma sát tác dụng lên vành cam
quay nhanh ngược chiều với lực vòng tác dụng lên nó. Kết quả là mô men xoắn truyền
đến bánh xe quay chậm được tăng lên và ngược lại. Điều này giúp tăng khả năng động
lực học của xe.
Mô men ma sát của loại vi sai này có dạng xung nhọn, giá trị mô men ma sát ở
đỉnh xung có thể đạt tới 80% giá trị mô men Mo.
f) Khóa vi sai

V

Khí p gµi vi sai
Kết cấu và sơ đồ nguyên lý của bộ khóa cứng viVásai
trên hình 1.11

vi sai
Kết cấu dùng các bộ truyền ma sát trong cao thường có giá thành cao, vì vậy
B¸n đơn
trôc
giản hơn có thể dùng khóa vi sai trong một thời gian ngắn ở các dạng:
Khóa cứng hai bộ phận với nhau: Khóa vỏ vi sai với một trong hai bánh răng bán
trục. Loại này có hệ số khóa vi sai: K =1

Khãa - Më

Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo và sơ đồ nguyên lý của bộ khóa vi sai

23


Khớp có hành trình tự do: Khóa vỏ vi sai với bánh răng bán trục, khóa hai bánh răng
bán trục với nhau. Trong trường hợp này:
nt = np
Mt ≠ Mp
Sự khác nhau của mô men trên các bánh xe của cùng một cầu, khi nối cứng hai
bán trục lại, gây nên quá tải cho kết cấu nối cứng và các bán trục, đồng thời rất khó
điều khiển vành lái. Vì vậy các xe sử dụng kết cấu này có thêm đèn LOCK-UP hay còi
báo hiệu để tránh đánh lái khi sử dụng ở chế độ khóa vi sai.
Khi khóa vi sai lâu dài với điều kiện đường ở hai bên bánh xe khác nhau hoặc khi
vào quay vòng sẽ gây nên hiện tượng tuần hoàn công suất, do đó khi vượt qua quãng
đường xấu phải mở cơ cấu khóa vi sai, nhằm tránh quá tải lâu dài.
1.2.4. Động học và động lực học của vi sai
Khi xe chuyển động thẳng trên đường bằng phẳng, quãng đường lăn của hai bánh
xe bằng nhau, nếu lực cản trên hai bánh xe là 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 quay quanh trục của bánh răng bán trục (hình 1.12a). Mô men truyền xuống từ vỏ
vi sai cân bằng với mô men cản lăn tại vết tiếp xúc của bánh xe, tức là:
nt=np=no và Mt=Mp=0,5Mo
nt, np, no: Tốc độ quay của bánh xe trái, phải và vỏ vi sai, vg/ph.
Mt, Mp, Mo: Mô men trên bánh xe trái, phải và vỏ vi sai.
Có thể hiểu các bánh răng vi sai đóng vai trò là chêm truyền lực.
Khi đi trên đường vòng, quãng đường lăn của các bánh xe bên trái và bên phải
khác nhau, hoặc các lực cản của các bánh xe khác nhau dẫn tới tốc độ góc của 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 (hình 1.12b). Mô men truyền xuống từ bánh răng bị động của truyền lực chính
cân bằng với mô men cản đặt tại tâm trục bánh răng vi sai M t+Mp. Do sự không cân
24


bằng mô men truyền ra hai bánh xe chủ động nên trên bánh răng vi sai xuất hiện mô
men quay bánh răng vi sai xung quanh trục của nó với giá trị bằng M t-Mp, mô men còn
lại bằng giá trị Mp tác dụng cho cả các bánh răng bán trục hai bên (hình 1.12c). Như
vậy: Mt = Mp
B¸nh r¨ng
b¸n trôc
vp

ht

vht
vt
B¸nh r¨ng
hµnh tinh

a)

vp
vht
vt

b)

Patinª

M p/rb

(Mp+Mt)/rb

Mht

Mt/rb

c)

Hình 1.12: Quan hệ động học và động lực học của vi sai côn có ma sát trong thấp
a) Khi đi thẳng vt=vp; b) Khi quay vòng vt≠vp; c) Quan hệ lực của bánh răng vi sai
Nếu np=2no thì nt=0, khi đó tốc độ góc bánh xe phải gấp đôi tốc độ góc bánh răng bị
động của truyền lực chính, còn bánh xe trái không quay.
Mặt khác bánh xe bên phải có lực cản rất nhỏ, coi như bằng không M p=0, thì
Mt=Mp=0. Do vậy xe không còn khả năng khắc phục lực cản của đường. Đó chính là
hiện tượng patinê.
Vậy quan hệ tổng quát của vi sai là:
nt+np=2no;

nt ≠ np;

Mt = Mp

Như vậy việc sử dụng vi sai đối xứng như trên cho phép các bánh xe quay với tốc
độ khác nhau và hạn chế mài mòn lốp xe, nhưng điều này lại làm xấu khả năng truyền
lực của cầu chủ động và đồng thời có thể làm tăng khả năng tiêu hao nhiên liệu của ô
tô.
* Với vi sai có ma sát trong cao:
Quan hệ động học của loại vi sai này không thay đổi so với loại vi sai ma sát trong
thấp, nhưng quan hệ động lực học của cầu xe thay đổi.
Nếu gọi: Mms – Mô men ma sát của vi sai
Mt, Mp – Mô men trên bán trục quay chậm, bán trục quay nhanh
Khi đó:
Mt = Mp + Mms
Mt – Mp = Mms
nt + np = 2no
25