Công Nghệ Kĩ Thuật Ô tô (Tin tức- Chia sẻ- Trao đổi)

[Nguyễn Minh Khiêm_4CHaUI]

BỘ VI SAI

 

         Kể từ thời điểm nhà phát minh vĩ đại Nicolaus Otto làm ra động cơ đốt trong đầu tiên vào năm 1876 hay vị kỹ sư thiên tài người đức Karl Benz chế tạo ra chiếc xe hơi đầu tiên vào năm 1886 thì ngành ô tô thế giới đã có nhiều bước tiến vượt bật trong việc nghiên cứu, cải tiến, chế tạo. Một trong các bộ phận vẫn được các kỹ sư đầu tư nghiên cứu và phát triển đến ngày nay đó là cơ cấu vi sai trên xe ô tô. Trải qua gần 140 năm phát triển, cơ cấu vi sai đi từ đơn giản đến nhiều chủng loại phức tạp như hiện nay tùy từng điều kiện sử dụng.

 

1. Nhiệm vụ, yêu cầu và phân loại.

1.1. Nhiệm vụ:

- Phân phối mô men quay giữa hai bán trục, đảm bảo cho hai bánh xe quay với tốc độ khác nhau khi xe quay vòng giúp cho xe chuyển động an toàn.

 1.2. Yêu cầu:

- Kích thước và trọng lượng nhỏ,

- Đảm bảo vận hành êm và có độ bền cao.

- Bảo dưỡng, sửa chữa và thay thế dễ dàng.

1.3. Phân loại:

a.Theo kết cấu bánh răng:

- Vi sai bánh răng côn

- Vi sai bánh răng trụ

- Vi sai có ma sát trong

b.Theo phương pháp điều khiển khoá vi sai:

- Điều khiển cơ khí (bằng tay)

- Điều khiển bằng điện

- Tự động điều khiển.

c.Theo cấu tạo của bộ vi sai:

- Loại bánh răng.

- Loại vít vô tận.

- Loại cam.

 

2. Cấu tạo và hoạt động của bộ vi sai.

2.1. Sơ đồ cấu tạo (bộ vi sai bánh răng côn):

Các bộ phận chính gồm có:

Vỏ vi sai 1 gắn  liền với bỏnh răng bị động 5 của truyền  lực chớnh và luụn cú vận tốc gúc như   nhau. Cỏc bỏnh  răng hành  tinh 2 cú  trục gắn  lờn vỏ vi  sai 1. Số  lượng bỏnh răng hành tinh phụ thuộc độ lớn mụmen xoắn cần truyền.

Thường gặp là 2 hoặc 3, hoặc cú khi là 4 bỏnh răng hành tinh. Cỏc bỏnh răng hành tinh quay tự do quanh  trục của nú và luụn ăn khớp với cỏc bỏnh răng nửa  trục 3, đồng  thời cỏc bỏnh răng 2 cựng quay với vỏ 1. Cỏc bỏnh răng 3 nối cứng với cỏc nửa trục 4. Bởi vậy khi cỏc bỏnh răng 3 quay sẽ làm cho cỏc bỏnh xe quay theo. Vỡ cỏc bỏnh răng 2 cú thể tham gia một lỳc 2 chuyển động nờn vi sai là cơ cấu hai bậc tự do.

Hình 1:Sơ đồ vi sai đặt giữa các bánh xe chủ động

Hình 2: Sơ đồ cấu tạo bộ vi sai bánh răng côn

a. Khi xe chạy trên đường thẳng            b. Khi xe chạy trên đường vòng.
 

2.2. Nguyên lý hoạt động.

* Khi xe ôtô chuyển động thẳng:

- Khi xe ôtô chuyển động thẳng trên đường thẳng, bằng phẳng, quãng đường lăn của 2 bánh xe bằng nhau, lực cản chuyển động của mặt đường tác dụng lên hai bánh xe bằng nhau, lúc này các bánh răng bán trục quay cùng tốc độ. Như vậy các bánh răng vi sai không quay trên trục chữ thập, nối cứng các bánh răng bán trục, tạo thành một khối cùng với vỏ vi sai, mà chỉ quay theo vỏ vi sai và bán trục. Trong trường hợp này số vòng quay của các bánh răng bán trục cũng như các bánh xe bằng nhau và bằng số vòng quay của vỏ vi sai.

* Khi xe quay vòng:

 - Khi xe đi đường vòng hay trên đường nghiêng, quãng đường lăn của các bánh xe khác nhau, sức cản chuyển động tác dụng vào bánh xe phía trong vòng cua lớn hơn bánh xe phía ngoài làm các bánh răng vi sai tham ra thêm chuyển động quay quanh trục chữ thập ( do bánh răng phía trong đẩy) làm tăng số vòng quay của bánh răng bán trục phía ngoài vòng quay và giảm số vòng quay phía trong. Điều này đảm bảo cho ô tô đi vào đường vòng được ổn định không bị trượt lết.

- Bộ vi sai đối xứng có 2 bánh răng bán trục luôn có số răng bằng nhau, do đó tồn tại quan hệ nt + nP =2n0 . Nếu nt= 0 thì nP =2n0 , lúc đó lực cản của bánh xe bên phải rất nhỏ có thể coi Mp = 0 tức là bánh xe bên phải mất khả năng bám mặt đường. đó là hiện tượng trượt.

- Như vậy: Việc sử dụng vi sai đối xứng cho phép các bánh xe quay với tốc độ khác nhau, hạn chế mài mòn lốp xe nhưng lại làm xấu khả năng truyền lực của cầu chủ động đối với trường hợp hệ số đường rất thấp sẽ gây hiện tượng trượt quay của lốp chủ động (pa ti lê) làm tốn nhiên liệu, gây trở ngại cho hoạt động của xe.

- Để tránh hiện tượng trượt quay, một số ôtô hiện đại thường dùng loại vi sai có ma sát trong cao.

a.Khoá vi sai:

 Cấu tạo:

       

Hình 4: Sơ đồ cấu tạo cơ cấu vi sai bánh răng côn có cơ cấu gài cứng vi sai    

*Khóa vi sai gồm có:

- Cơ cấu khoá

- Càng gạt lắp bên cạnh vỏ vi sai

- Khớp gài có then hoa để ăn khớp với bán trục và vỏ vi sai.

*Nguyên tắc khoá vi sai:

Kết cấu dùng các bộ truyền ma sát trong thường có giá thành cao, vì vậy để đơn giản thường dùng khoá vi sai trong một thời gian ngắn ở các dạng:

- Khoá cứng 2 bánh răng bán trục với nhau bằng khớp có hành trình tự do,

- Khoá cứng vỏ vi sai với một trong 2 bánh răng bán trục .

*Nguyên lý làm việc:

- Khi xe bị sa lầy khó lái, Người lái tác dụng vào tay điều khiển gạt vấu hãm ăn khớp với vấu ngang. Lúc này bộ vi sai, bánh răng vành chậu và bán trục tạo thành một khối cứng, do vậy hai bánh răng bán trục quay với vận tốc góc bằng nhau làm cho hai bánh xe quay bằng nhau, xe vượt lầy dễ dàng.

- Khi khoá vi sai (xe lên dốc cao, đường lầy trơn thẳng…) tức là nối cứng 2 bánh răng bán trục hoặc vỏ vi sai với 1 bán trục, do sự khác nhau về mô men cản trên các bánh xe của cùng 1 cầu  sẽ gây quá tải cho kết cấu nối cứng và các bán trục gây khó khăn cho điều khiển tay lái.

- Vì vậy trên xe thường lắp thêm đèn báo (LOCK UP) hay còi báo hiệu để tránh xoay vành tay lái khi sử dụng chế độ khoá vi sai có thể làm hỏng phá vỡ cầu chủ động.

Chú ý:

 Sử dụng khoá cứng vi sai chỉ dùng trong một thời gian ngắn, khi vượt qua quãng đường xấu phải mở cơ cấu khoá vi sai nhằm tránh quá tải và hư hỏng cầu chủ động. Không được gài cứng vi sai khi ô tô chuyển động trên đường dài.

b.Bộ vi  sai  có ma sát trong cao:

Cấu tạo:

* Vỏ bộ vi sai:

- Vỏ bộ vi sai đồng thời là thân của bánh răng bị động, gồm 2 nửa được ghép với nhau bằng các bu lông, bên trong chứa các bánh răng côn và trục chữ thập.

* Các bánh răng vi sai:

- Các bánh răng vi sai làm bằng thép, có 2 hoặc 4 bánh răng vi sai quay trơn

trên trục chữ thập và luôn ăn khớp với 2 bánh răng bán trục, bánh răng bán trục có thên hoa bên trong lắp với bán trục.

* Trục chữ thập:

- Làm bằng thép, được định vị trên vỏ vi sai để lắp các bánh răng vi sai và các đệm * Khớp khoá ly hợp nhiều đĩa:

- Bộ vi sai sử dụng khoá ly hợp nhiều đĩa (8 cặp) tạo thành một khớp ma sát, các đĩa răng ngoài kiên kết với vỏ vi sai, các đĩa răng trong liên kết với các bánh răng bán trục, các đĩa răng trong lắp xen kẽ với đĩa răng ngoài là một đĩa lò xo ép , tất cả đặt trong vỏ vi sai.

*Nguyên tắc hoạt động:

- Khi có sự quay tương đối giữ vỏ và bánh răng bán trục sẽ xuất hiện lực ma sát giữa các đĩa, nhờ vậy, ly hợp ma sát có tác dụng khoá vi sai trong một giới hạn cố định. Nếu sự trượt giữa các đĩa tăng lên, khớp ma sát sẽ tăng Mms tới hạn nhất định. Do đó khi xe đi trên đường có chênh lệch hệ số bám lớn, khả năng động lực của các bánh xe tốt hơn. Nhờ khả năng tạo ma sát của khớp ma sát sẽ làm hạn chế sự sai khác góc của 2 bánh xe.

         Vì vậy, việc sử dụng bộ vi sai ma sát trong cao sẽ hạn chế được hiện tượng trượt quaycủa bánh xe chủ động và nâng cao chất lượng động lực học của ôtô.

 

3. Hiện tượng, nguyên nhân hư hỏng của bộ vi sai:

- Sai hỏng chính của bộ vi sai là sự mòn hỏng của các bánh răng.

- Bánh răng bán trục mòn hỏng phần then hoa lắp với bán trục, nguyên nhân chính là do va đập, phanh xe đột ngột hoặc thay đổi tốc độ đột ngột.

- Các đệm lưng của bánh răng và trục chữ thập bị mòn.

- Nếu các chi tiết mòn hỏng nhiều gây mất an toàn khi xe hoạt động.

 

4. Phương pháp kiểm tra, bảo dưỡng sửa chữa bộ vi sai.

4.1. Phương pháp kiểm tra:

- Dùng pan me, kẹp chì và quan sát để kiểm tra các chi tiết như: Bánh răng ăn khớp, trục chữ thập, bán trục mòn.

- Các căn đệm kiểm tra bằng pan me và thước cặp.

- Kiểm tra khi vận hành: Khi vận hành ôtô chú ý lắng nghe tiếng tiếng ồn khác thường ở cụm truyền lực chính và hộp vi sai, nếu có tiếng hú và ồn cần kiểm tra sửa chữa kịp thời.

- Kiểm tra cơ cấu khoá vi sai: Cho ôtô đi trên đường không bằng phẳng, để cho một bên bánh xe không quay, một bên bánh xe không bám mặt đường và quay nhanh. Sau đó khoá vi sai và tiếp tục vận hành, nếu bên bánh xe không quay không dịch chuyển, chứng tỏ cơ cấu vi sai bị hỏng cần kiểm tra sửa chữa.

 

4.2. Phương pháp bảo dưỡng sửa chữa:

- Làm sạch bên ngoài và xả dầu bôi trơn

- Tháo rời các chi tiết và bộ phận tiến hành làm sạch

- Kiểm tra hư hỏng chi tiết và thay thế chi tiết theo định kỳ

- Kiểm tra và điều chỉnh khe hở bánh răng

- Lắp các chi tiết và bộ phận – thay dầu bôi trơn

- Kiểm tra tổng thể và vệ sinh công nghiệp.

 

5. Bảo dưỡng và sửa chữa bộ vi sai:

5.1. Quy trình tháo lắp, kiểm tra, bảo dưỡng và sửa chữa:

5.2. Bảo dưỡng:

Sau khi tiến hành tháo làm sạch và kiểm tra chi tiết tiến hành lắp và điều chỉnh các cụm bánh răng.

Trong bộ vi sai sử dụng nhiều bánh răng côn xoắn, các ổ bi côn, do vậy khi lắp bộ vi sai, chúng ta phải tiến hành  một số điều chỉnh ban đầu như sau:

- Điều chỉnh tải trọng ban đầu của vòng bi bán trục : thường dựng ổ lăn côn trong vòng bi bán trục, nán cần phải điều chỉnh tải trọng ban đầu của các vòng bi bán trục này bằng cách điều chỉnh đai ốc lắp phía ngoài mỗi vòng bi bán trục.

- Điều chỉnh tải trọng ban đầu của bánh răng quả dứa: Người ta thường điều chỉnh tải đầu của các vòng bi bánh răng quả dứa bằng cách thay đổi khoảng cách các vòng lăn trong của ổ đỡ trước và sau, trong khi cố định các vòng lăn ngoài vào hộp vi sai. Cũng có thể thực hiện việc này bằng cách thay đổi tổng độ dày của các vòng đệm được sử dụng, hoặc đặt áp lực vào vòng cách co giãn (bằng cách vặn chặt đai ốc) để làm thay đổi chiều dài của nó. 

- Điều chỉnh khe hở ăn khớp bánh răng vành chậu: Điều chỉnh khe hở ăn khớp là điều chỉnh khe hở của bề mặt tiếp xúc giữa bánh răng quả dứa và bánh răng vành chậu. Khi khe hở ăn khớp lớn, điều chỉnh hộp vi sai về phía bánh răng quả dứa, còn khi he hở ăn khớp nhỏ, điều chỉnh theo hướng ra xa bánh răng quả dứa. Sử dụng đai ốc điều chỉnh để thực hiện việc điều chỉnh này.

 - Điều chỉnh vết tiếp xúc của bỏnh răng vành chậu: Điều chỉnh vết tiếp xúc răng của bánh răng vành chậu bằng cách sử dụng vòng đệm điều chỉnh để dịch chuyển độ lệch giữa bánh răng quả dứa và bánh răng vành chậu. (mầu da cam trờn thanh răng biểu thị vết tiếp xúc chuẩn).

5.3. Sửa chữa:

* Vỏ vi sai:

- Nứt: Dùng kính phóng đại hoặc làm sạch rồi rắc bột phấn, nếu nứt nhỏ hàn đắp, nứt dài lớn hơn100mm thay mới.

- Mòn lỗ lắp ổ bi: Dùng pan me hoặc kinh nghiệm đo lỗ lắp ổ bi, độ mòn không lớn hơn 0,02mm còn dùng được, nếu lớn hơn đem mạ sau đó doa lại kích thước ban đầu.

* Hỏng lỗ ren:

Kiểm tra bằng quan sát, sửa chữa hàn đắp sửa nguội và ta rô lại ren.

* Trục chữ thập:

- Nứt: dùng kính phóng đại kiểm tra vết nứt sửa chữa hàn đắp sau đó gia công lại

- Mòn phần lắp các bánh răng: dùng pan me kiểm tra độ mòn. Độ mòn cho phép không lớn hơn 0,02mm. Sửa chữa hàn đắp hoặc mạ sau đó khôi phục lại kích thước ban đầu.

*Các bánh răng và cơ cấu khoá hãm:

- Nứt gãy mòn mặt răng và các chi tiết cơ cấu vi sai.

- Dùng dây chì và đồng hồ so đo độ mòn bánh răng, độ mòn cho phép sử dụng từ (0,06 – 0,2) mm; các cơ cấu vi sai dùng kính phóng đại kiểm tra nứt.

- Các có vết nứt nhỏ, lỗ ren chờn hỏng có thể hàn đắp sửa nguội ta rô lại ren; nứt lớn thì thay thế

- Các bánh răng bị nứt mòn mặt răng và then hoa quá giới hạn cần được thay mới.

- Lỗ của các bánh răng hành tinh bị mòn cho phép doa rộng sau đó ép bạc mới, rồi gia công lại theo kích thước sửa chữa.

- Đệm căn lưng của bánh răng hành tinh mòn quá qui định thì thay thế cái mới. Khe hở lưng khi lắp ráp cho phép là (0,25 – 0,4)mm.

*Yêu cầu kỹ thuật:

- Khe hở mối ghép then hoa cho phép là (0,05 – 0,15)mm.

- Lực xiết bu lông vỏ vi sai là 11KG/cm2.

- Khe hở dọc trục các bánh răng bằng (0,25 – 0,4)mm, Khe hở ăn khớp nhỏ hơn 2mm.

- Sau khi lắp dùng tay quay bán trục cụm vi sai phải hoạt động bình thường.

 
 

 CRE : Trương Văn Thăng, Nguyễn Đỗ Minh Khiêm, Lê Hảo Thức, Phan Văn Dương, Đào Phú Hoàng Anh (Inventor Automobile - K13)