Phân tích sự ảnh hưởng của bộ vi sai đến chuyển động của xe

Chia sẻ: Bigates Bigates | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong suốt quá trình phát triển của các phương tiện di chuyển sử dụng động cơ đốt trong nói chung và xe ô tô nói riêng thì sự chuyển động của xe luôn là một vấn đề nan giải được nghiên cứu rộng rãi, người ta luôn mong muốn khi xe chuyển hướng ở một giải tốc độ nào đó thì đều đạt được hiệu quả chuyển hướng nhưng cũng đồng thời phải êm dịu và an toàn, nhưng để đạt được điều đó thì các bánh xe chủ động cần phải di chuyển với 2 dải tốc độ chênh lệch khi vào cua thế nên rất nhiều biện pháp đã được đưa ra.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Phân tích sự ảnh hưởng của bộ vi sai đến chuyển động của xe

PHÂN TÍCH SỰ ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ VI SAI ĐẾN CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE Phan Ngọc Huy, Mã Phúc Đạt, Nguyễn Hưng Viện Kỹ thuật HUTECH, Trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh GVHD: TS. Nguyễn Phụ Thượng Lưu TÓM TẮT Trong suốt quá trình phát triển của các phương tiện di chuyển sử dụng động cơ đốt trong nói chung và xe ô tô nói riêng thì sự chuyển động của xe luôn là một vấn đề nan giải được nghiên cứu rộng rãi, người ta luôn mong muốn khi xe chuyển hướng ở một giải tốc độ nào đó thì đều đạt được hiệu quả chuyển hướng nhưng cũng đồng thời phải êm dịu và an toàn, nhưng để đạt được điều đó thì các bánh xe chủ động cần phải di chuyển với 2 dải tốc độ chênh lệch khi vào cua thế nên rất nhiều biện pháp đã được đưa ra. Trong đó việc sử dụng các bánh răng để kết nối các bánh xe dẫn hướng lại với nhau thông qua một trục đã đạt được hiệu quả rất cao, và các bánh răng đó được gọi là bộ vi sai. Chúng có ảnh hưởng lớn đến động học chuyển động của xe và đóng vai trò là một bộ phận chuyển hướng xe an toàn tùy vào từng chế độ làm việc của xe và từng mục đích sử dụng của xe mà có thể lựa chọn các loại vi sai khác nhau như vi sai bánh răng hình trụ hoặc vi sai bánh răng côn mục đích của bài tham luận này nhằm tìm hiểu về cách thức hoạt động cũng như sự ảnh hưởng của bộ vi sai lên xe khi đang di chuyển. Từ khóa: bánh răng vi sai, cầu xe vi sai, hệ thống truyền động lực, khóa vi sai, vi sai điện tử. 1 TỔNG QUAN VỀ BỘ VI SAI Vi sai là một bộ gồm nhiều bánh răng ăn khớp với nhau. Thiết bị này được dùng để chia mô men xoắn từ động cơ đến các bánh răng dẫn hướng chúng cho phép 2 bánh xe quay với tốc độ khác nhau có nhiều loại vi sai khác nhau và được phân loại theo nhiều cách khác nhau ví dụ: nếu như phân loại theo công dụng thì phân loại thành vi sai giữa các xe và vi sai giữa các cầu, phân loại theo mức độ tự động thì có vi sai không hãm hãm bằng tay hoặc hãm tự động và một bộ vi sai thông thường sẽ gồm có: Bánh răng chủ động, bánh răng bị động, các bánh răng hành tinh, bánh răng bán trục và bán trục (Hình 1). Bộ vi sai có 3 nhiệm vụ chính: 1. Truyền mô men của động cơ đến các bánh xe. 2. Đóng vai trò là cơ cấu giảm tốc cuối cùng trước khi mô men xoắn truyền đến các bánh xe. 3. Truyền mô men đến các bánh xe trong khi cho phép chúng quay với các tốc độ khác nhau. 369
Hình 1. Sơ đồ các bộ phận trong một bộ vi sai thông thường Yêu cầu đối với một bộ vi sai: Một bộ vi sai cần phải đáp ứng đủ các yêu cầu sau: - Phân phối mô men từ động cơ đến các bánh xe theo một tỷ lệ phù hợp ví dụ loại vi sai giữa các cầu chủ động dùng để phân phối đến các cầu sau thì giá trị mô men sẽ tỉ lệ thuận với trọng lượng bám của các cầu và - Đảm bảo số vòng quay của các bánh xe chủ động khác nhau trong các trường hợp ôtô quay vòng hoặc chuyển động trên đường không bằng phẳng và những trường hợp khác, hoặc khi bán kính lăn của hai bánh xe chủ động ở cùng một cầu không bằng nhau ví dụ nếu xe quay sang bên trái thì số vòng quay của trục trái sẽ giảm Nguyên lý hoạt động: Khi đi thẳng cả hai bánh xe chủ động và bánh răng bán trục đều quay cùng tốc độ và các bánh răng côn vi sai không quay chúng có tác dụng như bánh dẫn và có tác dụng dẫn động môn men đồng đều đến bánh răng trái và phải khi một bánh xe gặp vấn đề quay trượt hoặc đứng yên bánh răng bán trục của vi sai cũng quay trượt làm cho bánh răng côn vi sai quay lăn trên bánh răng bán trục đang đứng yên sự khác biệt tốc độ quay được cân bằng nhờ vào bánh xe quay trượt quay nhanh gấp đôi bánh răng vành khăn. Khi quay vòng các bánh xe chủ động nằm ở phía bên ngoài sẽ cần quay một quảng đường dài hơn và nhanh hơn lúc này các bánh răng vi sai trên vỏ vi sai sẽ quay quanh trục của chúng. Khi quay xe về hướng nào thì bánh xe bên trong sẽ quay chậm lại, bánh xe bên trong quay chậm bao nhiêu thì bánh xe bên ngoài quay nhanh bấy nhiêu 2 ẢNH HƯỞNG CỦA BỘ VI SAI ĐẾN CHUYỂN ĐỘNG CỦA XE Một vỏ vi sai hình nón thông thường sẽ gắn liên với bánh răng bị động 5 của truyền lực chính và luôn có vận tốc góc như nhau các bánh răng hành tinh 2 có trục gắn lên vỏ vi sai 1 số lượng bánh răng hành tính phụ thuộc vào độ lớn mô men cần truyền thông thường sẽ là 2 đến 3 và có khi là 4 bánh răng hành tinh (Hình 2) 370
Hình 2. sơ đồ vi sai nón đặt giữa các cầu xe chủ động Động học của vi sai khi xe di chuyển: khi xe đi thẳng bán kính lăn của các bánh xe chủ động là bằng nhau thì sức cản lên các bánh xe là bằng nhau lúc này bánh răng hành tính không quay quanh trục của nó cho nên các bánh răng nữa trục có cùng số vòng quay với vỏ vi sai = = trong đó: : số vòng quay bánh răng hành tinh, : số vòng quay và vận tốc góc của nửa trục bên phải, : số vòng quay và vận tốc góc của vỏ vi sai. Khi xe chuyển hướng lúc này sức cản tác dụng lên hai banh xe chủ động là khác nhau nên các bánh răng hành tính quay. Khi quay bên trái thì số vòng quay của nửa trục bên trái sẽ giảm ký hiệu là và ta có = . trong đó: : số vòng quay của bánh răng hành tinh, :số răng của bánh răng hành tinh, : số răng của bánh răng nửa trục bên trái [2]. Trước khi quay vòng mà = = thì lúc xe chuyển hướng trái số vòng quay của bán trục bên trái sẽ giảm đi là = - . đồng thời lúc này số vòng quay của bán trục bên phải cũng tăng lên =n+ . và khi mà các vi sai đối sứng trở lại thì = và ta cũng có thể suy ra từ số vòng quay của các bán trục 2 bên là = =2 điều đó có nghĩa là tổng số vòng quay của các nữa trục khí xe chạy thẳng hay quay vòng đều bằng 2 lần của số vòng quay ở vỏ vi sai. Sự ảnh hưởng của vi sai đến khả năng kéo của xe: Khả năng kéo của xe được thể hiện thông qua tổng lực kéo của các bánh xe chủ động chúng bị lực ma sát giữa mặt đường với bánh xe ngăn cản chuyển động và khi có hoặc không có hệ thống vi sai thì các lực bám này thay đổi rỏ rệt điều này đồng nghĩa là khả năng kéo của xe cũng thay đổi và để tăng khả năng bám của bánh xe trên mặt đường khi người ta thường sử dụng phương pháp hãm vi sai tuy nhiên việc hãm vi sai vẫn không hoàn toàn sử 371
dụng được triệt để lực bám của xe với mặt đường và ta có hệ số hãm của vi sai là thì = = 2.1 Hệ thống vi sai điện Bộ trợ giúp khởi chạy tự động ELSD thường được tích hợp trong bộ ABS và được dùng như một bộ vi sai. Cấu tạo của một bộ vi sai điện tử thường gồm có một bộ thủy lực và một hệ thống điện tử, bộ thủy lực được trang bị một động cơ máy bơm bộ điều khiển tích hợp các van hút và van áp suất còn hệ thống điện tử thì được trang bị chung với hệ thống điện tử ABS và các cảm biến tốc độ của xe (Hình 3). Nguyên lý hoạt động: với việc sử dụng các hệ thống điện tử vi sai điện có khả năng tự chuẩn đoán học hỏi và lưu trữ lỗi điều này đồng nghĩa với việc sẽ tiện dụng hơn cho việc sửa chữa mặc dù kết cấu của vi sai điện có phần phức tạp hơn so với vi sai cơ khí. Khi xe đang chạy vi sai điện vận hành theo cách ngắt tất cả các van điện khi người lái tác động phanh thì áp suất phanh truyền đến phanh bánh xe thông qua các van chặn và mở. Van chuyển mạch thủy sẽ được đóng với áp xuất phanh trong mạch thủy lực. Việc tạo áp suất của vi sai điện được thực hiện bằng cách đo đạc tốc đọ quay của cảm biến niếu bảng điều khiển phát hiện bánh xe đang quay trượt thì sẽ kích hoạt các van chặn và van thủy lực cho tới đi hiện tượng quay trượt bánh xe mất đi. Việc truyền mô men cũng được kích hoạt tùy vào tốc độ bánh xe góc bánh xe chúng được thay đổi nhờ các đĩa ly hợp bằng cách này hiệu ứng tự lái của xe được kích hoạt một cách tự động và phù hợp. Hình 3. Hệ thống điều khiển thủy lực ELSD 2.2 Hệ thống chuyển hướng trên một số xe điện Khác với các phương tiện động cơ đốt trong truyền thống các thiết bị di chuyển bằng điện có thể không cần đến sự chuyển hướng mô men của vi sai vì cấu tạo của xe điện đơn giản hơn rất nhiều so với các xe động cơ đốt trong truyền thống. Hầu hết các thiết bị xe điện không có hộp số vì động cơ điện có thể dễ dàng thay đổi mô men của mình khác với động cơ đốt trong để thay đổi mô men một cách hiệu quả chúng cần đến các bánh răng để dẫn động chính vì sự khác biệt này các xe động cơ điện có kết cấu cơ khi đơn giản hơn nhiều khi so với động cơ đốt trong và điều đó giúp cho các xe điện hoàn toàn có thể đặt một động cơ điện riêng biệt với mỗi bánh xe chủ động khi xe quay vòng hay chuyển hướng các động cơ điện này có thể thay đổi mô men một cách tự động thông qua các bộ xử lý. 372
2.3 Các loại vi sai đời mới trên ô tô Vi sai điện tử: Hay còn gọi là vi sai tự khóa là loại vi sai này được tích hợp chung với hệ thống ABS sử dụng hệ thống điện tử và cảm biến tốc độ quay để chia mô men cho các bánh xe. Vi sai torsen: Hay còn gọi là vi sai cảm nhận mô men xoắn thường được tích hợp trên hộp số tự động và hoạt động dựa trên tính chất khóa giữa trục vít và bánh vít trong bộ truyền động vít các bánh răng kết nối 2 bộ trục với nhau và được lắp quay trên vỏ vi sai. Vi sai tự khóa chủ động: Đây là loại vi sai hoạt động hoàn toàn tự động tùy vào các điều kiện của xe vào thời điểm xe hoạt động như mô men, tốc độ, góc đánh lái. Vi sai hạn chế trượt LSD khớp thủy lực: Đây là một loại khớp ly hợp thủy lực truyền mô men quay bằng sức cản nhớt của dầu sử dụng sức cản nhớt của dầu để hạn chế tác dụng của vi sai Vi sai cảm biến mô men kiểu bánh răng xoắn: Hoạt động chủ yếu nhờ lực ma sát tạo ra giữa các đỉnh răng các bánh răng hành tinh và vách trong của hộp vi sai Vi sai LSD có nhiều dĩa: Vi sai này có Một lò xo có hình ống được lắp giữa các bánh răng bán trục trái và phải để giữ các vòng đệm chặt luôn ép vào tấm li hợp và bộ vi sai này cần dùng thêm một loại dầu LSD đặc biệt để hoạt động. 3 KẾT LUẬN Khi xe chuyển động có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự chuyển động của xe như ngoại lực ma sắt độ bám đường và thùy thuộc vào các phân chia cầu chủ động của các xe mà các tác nhân trên có thể tác động một cách khác nhau đối với xe và những nhà sản xuất luôn tìm cách để tối ưu các tác nhân trên dập tắt chúng hoặc biến chúng trở thành có ích để nhằm giúp cho việc chuyển động của xe sao cho cảm giác lái mang lại là tốt nhất và chuyển hướng khi vào cua là an toàn nhất và vi sai đóng một vai trò chính trong việc chuyển hướng và thông qua bài tham luận này chúng ta phần nào hiểu được về cách thức hoạt động của một bộ vi sai khi xe đang di chuyển trên đường và sự ảnh hưởng của chúng đối với xe. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Lê Tuấn Tài, Giáo trình hệ thống truyền lực (Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn 2010). [2] Đặng Quý, Tính toán thiết kế ô tô (Đại học Sư phạm Kỹ thuật 2001). [3] Nguyễn Khắc Trai, Kết cấu ô tô (Đại học Bách khoa Hà Nội 2010). [4] Rolf Gscheidle, Chuyên ngành kỹ thuật ô tô và xe máy hiện đại (Nhà xuất bản Trẻ 2016). 373