Nghiên cứu ảnh hưởng của vi sai đến chất lượng động lực học của ô tô

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

TRẦN VĂN KHẢI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VI SAI ĐẾN
CHẤT LƯỢNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

Hà Nội – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
-------------------------------

TRẦN VĂN KHẢI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA VI SAI ĐẾN
CHẤT LƯỢNG ĐỘNG LỰC HỌC CỦA Ô TÔ

LUẬN VĂN THẠC SỸ
CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
LƯU VĂN TUẤN

Hà Nội – 2018

MỤC LỤC
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU……………………

9

1.1. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh vực sản
xuất ô tô……………………………………………………………………..

9

1.1.1 Thực trạng……………………………………………………

9

1.1.2 Định hướng phát triển……………………………………………

10

1.1.3 Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển………

10

1.2. Nghiên cứu vi sai trên ô tô……………………………………………..

12

1.2.1. Vi sai - một bộ phận không thể thiếu trên ô tô…………………….

12

1.2.2. Ảnh hưởng của vi sai đến chất lượng động lực học của ô tô……...

13

1.2.3. Mục tiêu và yêu cầu nghiên cứu…………………………………..

13

1.2.4. Phương pháp nghiên cứu………………………………………….

14

1.2.5. Kết cấu của luận văn………………………………………………

14

CHƯƠNG II - KẾT CẤU VI SAI TRÊN Ơ TƠ……………………………..

15

2.1 Vai trị của cơ cấu vi sai trên ô tô……………………………………….

15

2.2 Vi sai bánh răng côn đối xứng…………………………………………..

16

2.3 Vi sai bánh răng trụ…………………………………………………….

20

2.4 Vi sai tăng ma sát……………………………………………………….

21

2.4.1 Phân bố vận tốc và mô men trong cơ cấu vi sai……………………

21

2.4.2 Vi sai cam…………………………………………………………

22

2.4.3 Lắp bộ phận tạo ma sát trong vi sai bánh răng côn………………...

23

1


2.5 Vi sai trục vít-bánh vít…………………………………………………..

25

2.6 Vi sai trung tâm…………………………………………………………

27

2.6.1 Vi sai trung tâm kiểu trục vít………………………………………

28

2.7 Vi sai trong hộp phân phối……………………………………………...

31

2.7.1 Hiện tượng lưu thông công suất……………………………………

31

2.7.2 Hộp phân phối có vi sai bánh răng cơn…………………………….

32

2.7.3 Phân phối mô men ra các bánh xe khi hộp phân phối có bố trí vi
sai………………………………………………………………………...

33

2.7.4 Hộp phân phối có vi sai bánh răng trụ……………………………..

35

CHƯƠNG 3 - ĐỘNG LỰC HỌC CƠ CẤU VI SAI…………………………

37

3.1 Động lực học vi sai côn bánh răng đối xứng……………………………

37

3.2 Động lực học vi sai bánh răng trụ………………………………………

45

3.2.1 Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của cơ cấu hành tinh……….

46

3.2.2 Vi sai bánh răng trụ………………………………………………...

48

CHƯƠNG 4 - ẢNH HƯỞNG CỦA CƠ CẤU VI SAI ĐẾN TÍNH NĂNG
CƠ ĐỘNG CỦA XE VÀ CÁC BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC………………..

52

4.1 “Làm ngừng tạm thời” hoạt động của cơ cấu vi sai (cài cứng vi sai)……

52

4.2 Tăng thành phần Mms trong cơ cấu vi sai………………………………...

56

4.3 Điều khiển mô men ra các bánh xe chủ động bằng cách thay đổi mô men

trên bánh xe chủ động………………………………………………………...

60

4.4 Điều khiển mô men chủ động trên hệ thống phanh có ABS……………

63

2


4.5. Điều khiển quỹ đạo chuyển động………………………………………..

66

KẾT LUẬN…………………………………………………………………..

70

TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………………

71

3


LỜI CAM ĐOAN
Trong thời gian qua với sự nỗ lực của bản thân, đồng thời nhận được sự hướng
dẫn tận tình của PGS.TS Lưu Văn Tuấn, em đã hồn thành luận văn ” Nghiên cứu ảnh
hưởng của vi sai đến chất lượng động lực học của ô tô”.

Em xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của riêng em, các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực, chưa từng được ai công bố trong bất kỳ
nghiên cứu nào khác.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng kiến thức vẫn còn nhiều hạn chế nên bản
luận văn của em không thể tránh khỏi các thiếu sót. Kính mong các thầy giáo trong Bộ
mơn Ơ tơ và xe chuyên dụng và các thầy trong Hội đồng chấm luận văn tốt nghiệp
cùng các bạn học viên chỉ bảo để luận văn của em hoàn chỉnh hơn. Em xin trân trọng
cảm ơn.
Hà Nội, Ngày tháng

năm 2018

Học viên thực hiện đề tài

Trần Văn Khải

4


DANH MỤC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
α: Góc quay bánh xe
L: Chiều dài cơ sở của xe
G: Trọng lượng xe
φ: Hệ số bám
: Hệ số cản
v1,v2: Vận tốc bánh xe trước và bánh xe sau
ω1,ω2: Vận tốc góc bánh xe trước và bánh xe sau
ωf,ωt: Vận tốc góc 2 bánh răng bán trục
n0: Số vòng quay vỏ vi sai
r2, r3, r4: Bán kính vịng chia trung bình của các bánh răng

nt, nf : Số vòng quay bán trục bên bánh xe quay chậm, quay nhanh
Rb: Bán kính bánh xe
i: Tỉ số truyền
Ft, Ff: Lực tác dụng từ 2 bánh răng bán trục vào bánh răng hành tinh
Fkt, Fkf: Lực kéo tại các bánh xe
Fp1f ; Fp2f: Lực phanh các bánh xe
M1: Mô men ra trục trước
M2: Mô men ra trục sau
M0: Mô men trên vỏ vi sai
Mt: Mô men trên bán trục bên bánh xe quay chậm
Mf: Mô men trên bán trục bên bánh xe quay nhanh
Mms: Mô men ma sát trong cơ cấu vi sai
Mmax: Mô men cực đại trên trục xe
Mφ: Mô men bám bánh xe
Mψ: Mô men cản của xe
TCS: Traction Control system

5


ABS: Anti-lock Brake System
ECU: Electronic Control Unit
CKD: Completely Knocked Down
VEAM: Tổng công ty Máy động lực và máy nông nghiệp Việt Nam
VAMA: Hiệp hội các nhà sản xuất ô tô
ISO: Internationnal Organization for Standardization

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

6

Hình 1.1. Số liệu thống kê tai nạn giao thơng hàng năm tại Việt Nam
Hình 1.2. Xe quay vịng
Hình 2.1. Cấu tạo vi sai bánh răng cơn đối xứng
Hình 2.2. Cấu tạo vi sai bánh răng cơn đối xứng
Hình 2.3. Lắp ghép vi sai trong cầu chủ động
Hình 2.4. Lắp ghép vi sai trong truyền lực chính loại kép
Hình 2.5. Lắp ghép vi sai trong truyền lực chính loại kép
Hình 2.6. Vi sai bánh răng trụ
Hình 2.7. Vi sai cam
Hình 2.8: Vi sai ly hợp đĩa
Hình 2.9: Đồ thị so sánh mô men truyền của vi sai ly hợp đĩa với ly hợp hạn
chế phụ thuộc sự lệch số vòng quay
Hình 2.10. Vi sai bánh vít hành tinh
Hình 2.11: Vi sai trục vít
Hình 2.12: Vi sai trung tâm
Hình 2.13: Vi sai trung tâm kiểu trục vít
Hình 2.14: Vi sai trung tâm với ly hợp ma sát ướt
Hình 2.15: Dịng lưu thơng cơng suất
Hình 2.16: Hộp phân phối có vi sai bánh răng cơn
Hình 2.17: Hộp phân phối có vi sai bánh răng trụ
Hình 3.1a: Cơ cấu vi sai cơn
Hình 3.1b: Lực tác động bánh răng bán trụ vào bánh răng hành tinh
Hình 3.2: Cơ cấu hành tinh với các bánh răng đơn 1 dãy
Hình 3.3: Vi sai bánh răng trụ
Hình 4.1: Cơ cấu gài cứng vi sai
Hình 4.2: Sơ đồ mô tả bán trục nối cứng

7

Hình 4.3: Vi sai có cơ cấu gài cứng
Hình 4.4: Vi sai tăng ma sát
Hình 4.5: Cầu có vi sai điều khiển được lực ma sát
Hình 4.6: Sơ đồ đơn giản của hệ thống điều khiển lực kéo bằng cách phanh
bánh xe bị trượt
Hình 4.7: Sơ đồ cấu tạo của hệ thống điều khiển lực kéo (TCS)
Hình 4.8: Sơ đồ hệ thống đang phanh và ABS đang ở chế độ tăng áp
Hình 4.9: Quỹ đạo chuyển động khi xe đi khơng đúng quỹ đạo
Hình 4.10: Quỹ đạo chuyển động khi lái xe đánh lái đột ngột
Hình 4.11: Thay đổi mơ men quay bằng cách phanh bánh xe

CHƯƠNG 1:

8


TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam và sự phát triển của lĩnh vực sản xuất ô tô
1.1.1. Thực trạng:
Ngành công nghiệp ô tô Việt Nam bắt đầu hình thành từ những năm đầu thập
niên 90 của thế kỉ trước và phát triển mạnh sau những năm 2000. Theo thống kê của bộ
công thương, tính đến 12/2015 Việt Nam có khoảng gần 400 doanh nghiệp sản xuất,
lắp ráp ô tô. Tổng năng lực sản xuất lắp ráp ô tô khoảng 460 ngàn xe/năm, gồm hầu hết
các chủng loại xe con (công suất khoảng 200 ngàn xe/năm). Ngành cơng nghiệp ơ tơ đã
có đóng góp đáng kể cho ngân sách nhà nước (bình quân khoảng 1 tỷ USD/năm – chỉ
tính riêng các khoản thuế) và giải quyết cơng ăn việc làm cho khoảng 80 nghìn lao
động trực tiếp.
Mặc dù đã đạt được một số thành tựu, sau hơn 20 năm xây dựng và phát triển, Việt

Nam vẫn đang sở hữu một nền công nghiệp ô tô quy mô nhỏ, công nghệ lạc hậu. Đa số
các doanh nghiệp sản xuất ơ tơ trong nước có quy mô vừa và nhỏ với công việc chủ
yếu là lắp ráp dạng CKD trên cơ sở linh kiện nhập khẩu từ nước ngồi. Doanh nghiệp ơ
tơ lớn nhất Việt Nam hiện nay là Trường Hải cũng vẫn chỉ là cơ sở lắp ráp với tỉ lệ nội
địa hóa thấp khoảng 40% chủ yếu là kính, săm lốp, ắc quy, thùng.
Trong bối cảnh chung của nghành công nghiệp ô tô như vậy, lĩnh vực sản xuất ô tô tải,
mặc dù được hưởng nhiều chính sách ưu đãi của Chính phủ cũng đang ở trong một tình
trạng khơng mấy khả quan. Hầu hết các doanh nghiệp ô tô Việt Nam mới chỉ sản xuất
được một số sản phẩm khung vỏ, thùng bệ, cabin và một số chi tiết khác. Toàn bộ phần
máy từ động cơ, hệ thống truyền lực đến các hệ thống điều khiển…đều được nhập
khẩu từ nước ngồi, trong đó phần lớn là từ Trung Quốc.
Với linh kiện nhập khẩu từ Trung Quốc chất lượng thấp, quy mô sản xuất không lớn và

9


mức đầu tư cho công nghệ thấp, ô tô tải nội thường có chất lượng khơng cao.
Trước tình hình trên, nghành cơng nghiệp ơ tơ Việt Nam cịn rất nhiều việc phải làm để
có thể sản xuất ra những chiếc ô tô tải có chất lượng và giá thành đáp ứng nhu cầu
trong nước và hướng tới xuất khẩu, hội nhập với khu vực và thế giới.
1.1.2. Định hướng phát triển ngành ơ tơ Việt Nam
Trước tình hình trên, trong tháng 7/2014 Thủ tướng chính phủ đã ban hành 2 văn bản
quan trọng là “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp ơ tơ Việt Nam đến năm 2020,
tầm nhìn đến năm 2030” và “Chiến lược phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam
đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2035”, trong đó lĩnh vực sản xuất ơ tơ tải nhận được
sự quan tâm đặc biệt. Gần đây nhất, ngày 04/02/2016 Thủ tướng chính phủ đã kí ban
hành Quyết định số 229/QĐ-TTg về Cơ chế, chính sách thực hiện Chiến lược và Quy
hoạch phát triển ngành công nghiệp ô tô Việt Nam.
Theo quy hoạch của Chính phủ, cần “Chú trọng phát triển dòng xe tải nhỏ phục vụ cho
sản xuất nông nghiệp…” nhằm đạt được sản lượng xấp xỉ 100.000 xe vào năm 2020,

đáp ứng 78% nhu cầu tiêu thụ nội địa.
Bản quy hoạch lần này đã thể hiện sự quan tâm đặc biệt đến công nghiệp phụ trợ: “Giai
đoạn đến năm 2020, cơ bản hình thành cơng nghiệp hỗ trợ cho sản xuất ô tô. Phấn đấu
đáp ứng 30-40% (về giá trị) nhu cầu linh kiện, phụ tùng của sản xuất, lắp ráp xe ô tô
trong nước, chế tạo được một số chi tiết quan trọng trong bộ phận truyền động, hộp số,
động cơ (nhất là cho xe khách và xe tải nhẹ)”
Sự quan tâm đặc biệt của Chính phủ tới công nghiệp hỗ trợ đã được khẳng định bằng
nghị định số 111/2015/NĐ-CP về phát triển công nghiệp hỗ trợ, ban hành ngày
03/11/2015 định rõ những chính sách hỗ trợ phát triển đối với ngành cơng nghiệp này,
trong đó có lĩnh vực sản xuất phụ tùng ơ tơ.

1.1.3. Những tồn tại và nhu cầu phải đầu tư nghiên cứu phát triển.

10


Hiện nay chúng ta có khá nhiều doanh nghiệp sản xuất và lắp ráp ô tô tải, chủ yếu là
loại nhỏ và trung bình. Có thể kể đến những nhà sản xuất lớn như Trường Hải, VEAM,
TMT… Ngồi ra cịn có các liên doanh cũng tham gia sản xuất một số loại ơ tơ tải các
cỡ.
Nhìn chung, các sản phẩm trong lĩnh vực này đều dựa trên các bộ linh kiện nhập khẩu
(chủ yếu từ Trung Quốc và Hàn Quốc) với tỉ lệ nội địa hóa khơng cao. Phần sản xuất
trong nước chỉ có cabin, thùng xe và khung. Với mức đầu tư về chất xám và trang thiết
bị còn khiêm tốn, chất lượng của các sản phẩm của các cơ sở lắp ráp trong nước còn ở
mức độ hạn chế. Tuy nhiên, đây là nguồn cung cấp ô tô chủ yếu cho thị trường trong
nước hiện nay nhờ có ưu thế về giá thành.
Một trong những nguyên nhân chính kìm hãm sự phát triển ngành cơng nghiệp ơ tơ
Việt Nam là sự yếu kém của công nghiệp phụ trợ. Theo thống kê, hiện nay ở Việt Nam,
chỉ có khoảng 40 nhà cung cấp linh kiện trên tổng số 50 nhà lắp ráp, trong khi Thái
Lan có tới trên 1.500 doanh nghiệp phụ trợ với tỉ lệ nội địa hóa đạt 70-80%. Đài Loan

cũng có khoảng trên 2.000 nhà đầu tư sản xuất linh kiện phụ tùng thay thế.
Với thực trạng trên, tỉ lệ nội địa hóa của các loại ô tô lắp ráp trong nước là rất thấp.
Theo Bộ cơng thương (2016): “Tỉ lệ nội địa hóa đạt thấp…” đến nay chủ yếu mới đạt
bình quân 7-10%. Đối với xe con của Thaco 15-18%, của Toyota Việt Nam đạt 37%
đối với dòng xe Inova. Đối với xe tải nhẹ: Thaco đạt khoảng 33%
Như vậy có thể thấy rằng các nhà sản xuất trong nước thực chất mới chỉ làm công việc
lắp ráp mà chưa quan tâm đến nghiên cứu phát triển để có thể tiến tới chế tạo những
chiếc xe mang thương hiệu việt nam và đưa các doanh nghiệp trong nước hội nhập với
thế giới. Trước tình hình trên, để có thể tiến tới tự sản xuất hồn chỉnh các cụm và các
hệ thống cho ơ tơ thì cần phải có đầu tư nghiên cứu chiều sâu phục vụ cho việc thiết kế
chế tạo các bộ phận.
1.2. NGHIÊN CỨU VI SAI TRÊN Ô TÔ

11


1.2.1. Vi sai - một bộ phận không thể thiếu trên ô tô
Khi xe ô tô chuyển động trên đường, không phải lúc nào ô tô cũng đi thẳng mà
trong nhiều trường hợp phải đổi hướng chuyển động tức phải thực hiện quay vịng ví
dụ khi ơ tơ rẽ, đi vào đoạn đường cong, …

Hình 1.2. Xe quay vịng
Khi xe quay vịng (hình 1.2) ta thấy bán kính vịng quay của bánh xe bên ngồi
(b) sẽ lớn hơn bán kính vịng quay của bánh xe bên trong (a). Do đó bắt buộc bánh xe
bên ngoài phải quay nhanh hơn. Nếu 2 bánh xe này cùng một trục dẫn động thì nó xe
quay cùng tốc độ với nhau, khi vào cua sẽ rất khó khăn, nếu xe có cua được thì bánh xe
bên trong bắt buộc phải bị trượt. Mặt đường và bánh xe có lực ma sát sẽ gây ra lực vặn
xoắn phá hủy xe. Để khắc phục hiện tượng trên người ta lắp vào giữa hai bánh xe chủ
động một bộ phận để phân phối mô men ra các bánh xe và đảm bảo cho các bánh xe
quay với vận tốc khơng bằng nhau. Đó chính là bộ vi sai. Ngồi ra khi xe chuyển động

trên đường khơng bằng phẳng, quãng đường đi của hai bánh xe trái và phải cũng không

12


bằng nhau. Trong trường hợp này vi sai sẽ có tác dụng đảm bảo cho các bánh xe trái
phải quay với vận tốc khác nhau tương ứng với quãng đường đi. Như vậy trên ơ tơ vi
sai có tác dụng phân phối mô men ra các bánh xe chủ động và đảm bảo cho các bánh
xe quay với vận tốc khác nhau khi đi trên đường vịng hoặc đường khơng bằng phẳng.
1.2.2. Ảnh hưởng của vi sai đến chất lượng động lực học của ơ tơ
Như đã nói ở trên vi sai là một bộ phận không thể thiếu trên ô tô, nhưng khi có vi
sai, sự phân phối mô men trong cơ cấu vi sai có thể ảnh hưởng đến chất lượng động lực
học của ơ tơ.
Nếu khơng có vi sai mô men cực đại trên các bánh xe phụ thuộc vào hệ số bám
giữa các bánh xe trái, phải với mặt đường. Tuy nhiên trong trường hợp có vi sai và hai
bánh xe quay với vận tốc khác nhau, mô men phân phối ra hai bên bánh xe xấp xỉ
nhau, chỉ sai khác bằng đúng mô men trong cơ cấu vi sai và chỉ phụ thuộc vào mô men
bám trên bánh xe có hệ số bám thấp. Vì thế nếu một trong hai bánh xe đứng trên vị trí
có hệ số bám thấp thì xảy ra khả năng trượt quay và xe không chuyển động được. Do
vậy việc nghiên cứu động học và động lực học của cơ cấu vi sai, xác định quy luật
phân bố mô men trong vi sai để khảo sát ảnh hưởng của cơ cấu vi sai đến khả năng
động lực học của xe, trên cơ sở đó đề ra các biện pháp khắc phục là rất cần thiết.
1.2.3. Mục tiêu và yêu cầu nghiên cứu:
Vi sai trên ô tô đảm bảo cho phép 2 bánh xe quay với hai vận tốc khác nhau tuy
nhiên vấn đề được đặt ra là khi xe đi trên đường trơn hoặc bị sa lầy thì lực truyền từ
động cơ giảm theo bên bánh xe có lực bám nhỏ hơn làm cho bánh xe bên sa lầy sẽ
quay trơn cịn bánh xe bên có lực bám lớn gần như không chuyển động, hiện tượng
thường gọi là hiện tượng “patine” và để tránh các hiện tượng trên các nhà thiết kế đã
giới hạn tổn thất lực kéo này bằng cách khống chế sự độc lập giữa hai trục bằng một
loạt các hệ thống: cơ khí, điện tử, hoặc thủy lực được biết đến với cái tên “vi sai hạn

chế trượt” (hay LSD)

13


Việc nghiên cứu ảnh hưởng của quy luật phân phối mô men trong vi sai đến
các hoạt động của xe giúp người nghiên cứu thiết kế xe có được các biện pháp giảm
thiểu tác động tiêu cực, nâng cao chất lượng động lực học của xe
Trong đề tài này tác giả sẽ nghiên cứu động học và động lực học của cơ cấu vi
sai, quy luật phân bố mô men tới các bánh xe khi có vi sai từ đó khảo sát ảnh hưởng
của vi sai đến chất lượng động lực học của xe và đưa ra các biện pháp khắc phục.
1.2.4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu của tác giả trong luận văn này là nghiên cứu lý
thuyết. Trên cơ sở tìm hiểu kết cấu các loại cơ cấu vi sai trên ô tô, tác giả sẽ nghiên
cứu động học và động lực học các cơ cấu vi sai, khảo sát quy luật phân bố mô men ra
các bánh xe. Từ đó xác định ảnh hưởng của cơ cấu vi sai đến chất lượng động lực học
của ô tơ. Trên cơ sở các khảo sát đó sẽ đề ra các biện pháp khắc phục để nâng cao
chất lượng động lực học của ô tô.
1.2.5. Kết cấu của luận văn
Luận văn được chia làm 4 chương
Chương 1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Chương 2. Kết cấu vi sai trên ô tô
Chương 3. Động học và động lực học cơ cấu vi sai
Chương 4. Ảnh hưởng của cơ cấu vi sai đến chất lượng động lực học của ô tô
và các biện pháp khắc phục.

CHƯƠNG II

14

KẾT CẤU VI SAI TRÊN Ơ TƠ
2.1. Vai trị của cơ cấu vi sai trên ô tô:
Vi sai là một cơ cấu đặc biệt có chức năng phân phối mơ men đến các bánh xe
chủ động, đảm bảo cho các bánh xe chủ động quay với vận tốc khác nhau khi cần thiết
(ví dụ đi trên đường vịng hay đường không bằng phẳng). Như vậy vi sai là một bộ
phận quan trọng không thể thiếu trên ô tô. Tuy nhiên để các bánh xe có thể quay với
vận tốc khác nhau, mô men phân ra các bánh xe sẽ phải phân bố lại theo “quy luật” của
vi sai và quy luật này trong một số trường hợp không phù hợp với u cầu của ơ tơ. Ví
dụ như hiện tượng “patine” làm ảnh hưởng đến khả năng bám của xe và từ đó ảnh
hưởng đến tính năng cơ động của xe.
Mơ men từ bánh bị động của truyền lực chính cần được phân phối ra các bánh xe
chủ động. Hai bánh xe chủ động của xe trên cùng một trục có một đặc điểm là khơng
phải lúc nào hai bánh xe cũng đi một quãng đường giống nhau. Hai bánh xe có quãng
đường khác nhau trong các trường hợp:
- Xe đi trên đường vịng: bánh phía trong sẽ có qng đường ngắn hơn bánh phía
ngồi.
- Mặt đường khơng giống nhau ở nơi 2 bánh xe đi qua: bánh xe nào đi qua chỗ lồi
lõm hơn sẽ có quãng đường dài hơn.
Cần phải có một bộ phận vừa phân phối được mơ men ra 2 bánh xe chủ động 2
phía vừa đảm bảo các bánh xe quay với vận tốc khác nhau tương ứng với quãng đường
đi được của xe. Bộ phận đó là vi sai.
Như vậy, vi sai có nhiệm vụ phân phối mô men ra các bánh xe chủ động, đảm bảo
cho các bánh xe chủ động quay với vận tốc khác nhau khi đi trên đường vòng và đường
không bằng phẳng.
2.2. Vi sai bánh răng côn đối xứng

15

Hình 2.1 thể hiện kết cấu một cơ cấu vi sai bánh răng côn đối xứng. Cơ cấu này
bao gồm: 2 bánh răng bán trục 1, các bánh răng vi sai 2 (có thể có 2 hoặc 3 hoặc 4 bánh
răng), nạng 3 (trong trường hợp có 4 bánh răng vi sai nạng này có hình chữ thập nên
được gọi là nạng chữ thập, các trường hợp khác nạng sẽ có kết cấu tương ứng), vỏ vi
sai 4. Vỏ vi sai 4 lắp với bánh răng bị động 5 của truyền lực chính bằng đinh tán hoặc
bu lơng và quay cùng bánh răng 5. Khi lắp ráp vào, 2 bánh răng bán trục sẽ ăn khớp
với các bánh răng vi sai. Trên 2 bánh răng bán trục có then hoa, then hoa của bán trục
sẽ được lắp vào then hoa của bánh răng bán trục, 2 bán trục sẽ nhận mơ men từ 2 bánh
răng bán trục.

Hình 2.1. Cấu tạo vi sai bánh răng cơn đối xứng
Hình 2.2 thể hiện nguyên lý làm việc của cơ cấu vi sai. Hình 2.2.a thể hiện trường
hợp xe đi thẳng trên đường bằng phẳng. Mô men cản 2 bên bánh xe bằng nhau, các
bánh răng vi sai 3 không quay quanh trục của nó, cả cơ cấu vi sai cùng với bánh răng bị
động 2 của truyền lực chính quay cùng một vận tốc và các bán trục cũng quay cùng
một vận tốc.

16


Khi xe đi vào đường vòng, hai bên bánh xe sẽ có quãng đường đi khác nhau do đó
sẽ có vận tốc góc (hoặc số vịng quay) khác nhau. Sự chênh lệch vận tốc này được thực
hiện nhờ các bánh răng vi sai. Các bánh răng vi sai quay làm cho một bánh răng bán
trục quay nhanh lên và bánh răng bán trục cịn lại quay chậm lại (hình 2.2.b). Bán trục
bên này quay nhanh lên bao nhiêu thì bánh răng bán trục kia quay chậm lại bấy nhiêu

Hình 2.2. Cấu tạo vi sai bánh răng côn đối xứng

17

Hình 2.3. Lắp ghép vi sai trong cầu chủ động
Hình 2.3 thể hiện kết cấu cầu chủ động có truyền lực chính loại đơn. Vi sai được
lắp ghép trong bánh răng bị động của truyền lực chính.
Trong trường hợp truyền lực chính loại kép, vỏ vi sai sẽ được lắp trên bánh răng
bị động của cặp bánh răng trụ (hình 2.4, 2.5). Khi đó hộp vi sai sẽ được lắp trên bánh
răng trụ bị động. Mô men từ bánh răng trụ bị động sẽ được vi sai phân phối ra hai bán
trục và đến các bánh xe chủ động.

18


Hình 2.4. Lắp ghép vi sai trong truyền lực chính loại kép
Hình 2.4 và 2.5 thể hiện lắp ghép vi sai trong truyền lực chính loại kép

Hình 2.5. Lắp ghép vi sai trong truyền lực chính loại kép

19


2.3. Vi sai bánh răng trụ
Vi sai bánh răng trụ thường được lắp trong hộp phân phối. Vi sai bánh răng trụ
thực chất là một bộ truyền hành tinh (hình 2.6). Vỏ 5 được gắn cứng với bánh răng 6
đóng vai trò là cần dẫn của bộ truyền hành tinh. Trên cần dẫn 5 lắp các bánh răng hành
tinh 3. Bánh răng bao 4 lắp then hoa với trục 7. Bánh răng trung tâm (bánh răng mặt
trời) lắp then hoa với trục 1. Bộ truyền này đóng vai trị như một vi sai phân phối mô
men ra các trục 1 và 7.

Hình 2.6. Vi sai bánh răng trụ
Trong điều kiện bình thường, trục 1 và 7 quay cùng vận tốc, bánh răng vi sai 3 sẽ

không quay quanh trục của nó và cả bộ truyền như một khối quay cùng nhau. Tuy
nhiên mô men phân ra các trục 1 và 7 cũng không bằng nhau và tỉ lệ với r1 và r2 là bán
kính của bánh răng 2 và 4.
Vi sai bánh răng trụ thường được lắp trong hộp phân phối.

20


2.4. Vi sai tăng ma sát
2.4.1. Phân bố vận tốc và mô men trong cơ cấu vi sai
Ký hiệu n0, nt, nf là số vòng quay của vỏ vi sai, bán trục bên bánh xe quay chậm
và bán trục bên bánh xe quay nhanh. Ký hiệu M0, Mt, Mf là mô men trên vỏ vi sai, bán
trục bên bánh xe quay chậm và bán trục bên bánh xe quay nhanh. Mms là mô men ma
sát trong cơ cấu vi sai.
Khi vi sai không làm việc, bánh răng vi sai không quay quanh trục của nó mối
quan hệ vận tốc và mô men như sau:
n0 = nt = nf; Mt = Mf = 0,5 M

(2.1)

Khi vi sai làm việc, người ta chứng minh được mối quan hệ của các số vòng quay:
2n0 = nt + nf

(2.2)

Và mối quan hệ của các giá trị mô men: Nếu bánh xe bên phải quay nhanh hơn:
Mt = 0,5(M0 + Mms); Mf = 0,5(M0 - Mms)
Từ 2.3:

Mt = Mf + Mms

(2.3)
(2.4)

Tổng mô men trên 2 bánh xe sẽ là:
M = Mt + Mf = 2Mf + Mms

(2.5)

Đối với vi sai bánh răng côn đối xứng, mô men Mms rất thấp.
Mà ta biết rằng mô men cực đại trên một bánh xe phụ thuộc vào khả năng bám
của bánh xe với mặt đường. Gọi mô men bám bên bánh xe có hệ số bám thấp là Mφmin
ta có mơ men cực đại trên trục xe:
Mmax = 2Mφmin + Mms

(2.6)

Giả sử một bánh xe đứng vào vị trí mặt đường lầy lội khi đó Mφmin thấp và Mmax
thấp và có thể xe sẽ bị sa lầy. Khi đó bánh xe ở vị trí hệ số bám thấp sẽ quay trượt và
xe đứng yên tại chỗ. Hiện tượng này được gọi là xe bị “patine”.

21


Từ biểu thức 2.6 ta thấy mô men cực đại trên một trục xe phụ thuộc vào mô men
bám của bánh xe đứng ở vị trí mặt đường có hệ số bám thấp (Mφmin) và mô men ma sát
trong cơ cấu vi sai (Mms). Cho dù bánh xe còn lại đứng vào chỗ mặt đường có hệ số
bám cao thì cũng chẳng có giá trị gì. Điều này giải thích hiện tượng “patine” đã nói ở
trên. Đây chính là điểm hạn chế của cơ cấu vi sai.
Từ biểu thức 2.6, ta thấy có thể làm tăng mơ men chủ động bằng cách tăng giá trị

của mô men ma sát Mms. Có các phương pháp sau đây:
- Dùng loại vi sai có mơ men ma sát lớn,
- Vẫn dùng loại vi sai bánh răng cơn đối xứng (có mơ men ma sát nhỏ) và lắp
thêm bộ tạo ma sát.
2.4.2. Vi sai cam
Hình 2.7 mơ tả vi sai cam là vi sai có ma sát trong cơ cấu vi sai cao. Bánh răng bị
động 2 của truyền lực chính được lắp trên thân vi sai 3, đồng thời trên thân vi sai 3
được lắp giá để đặt các con trượt (cam) 6, các con trượt 6 nằm giữa vành cam phải 4 và
vành cam trái 6. Các vành cam 4 và 5 có số rãnh khơng bằng nhau. Các bán trục trái và
phải lắp then hoa với các vành cam 4 và 6.

Hình 2.7. Vi sai cam
22


Khi bánh răng bị động quay mang theo giá và các con trượt quay theo, các con
trượt làm quay các vành cam 4 và 6. Khi có sự chênh lệch vận tốc 2 bánh xe, các vành
cam sẽ trượt lên các con trượt.
Loại vi sai này hiện nay ít được dùng.
2.4.3. Lắp bộ phận tạo ma sát trong vi sai bánh răng côn
Cầu vi sai hạn chế trượt bằng ly hợp ma sát ướt có dạng như hình 2.8, bao gồm cụm vi
sai truyền thống và bộ đĩa ma sát ướt. Đĩa chủ động gắn với vỏ vi sai còn đĩa bị động
gắn với đế bán trục. Các tấm ma sát nằm liền nhau và được điền đầy dầu.

Hình 2.8: Vi sai ly hợp đĩa

23