Vi sai trên xe 2 cầu: cấu tạo và sử dụng

Đã bác nào tự hỏi xe việt dã hơn xe thường cái gì mà dân offroad phải chọn nó nhỉ? Em thử liệt kê nhé:

1. Gầm cao (khoảng sáng gầm): Để vượt đường mấp mô tốt hơn, lội nước tự tin hơn .
2. Góc tiếp và góc thoát lớn : Để vượt hố, trèo đá ngon hơn
3. Thân ngắn : Để đỡ bị mắc đá vào bụng như kiểu chơi bập bênh.
4. Lốp to và gai nhiều : Lội bùn thích hơn, lướt cát đỡ lo lún.
5. Ống hút cao : Nghịch nước đỡ lo bị sặc
6. Đèn đóm nhiều như sao: Chỉ có tác dụng “show hàng” là chính.

Thế nhưng đây mới chỉ là hình dáng bên ngoài của một chiếc xe gầm cao thôi chứ chưa phải là 1 “chú ngựa” việt dã thật sự. Điều cơ bản cần phải có ở xe việt dã đúng nghĩa là :

1. Hai cầu chủ động, thỉnh thoảng có 3 cầu thì quá tốt, mà tới 4 cầu thì là siêu việt dã .
2. Số chậm : Leo khỏe hơn.
3. Cài vi sai : Không bị trượt bánh.
4. Cài đầu trục : Đỡ tốn tiền mua xăng
5. Bộ treo dao động lớn: Lướt tốt trên mọi địa hình gồ ghề.
6. Tời khủng: Chỉ dùng khi tất cả những vũ khí phía trên kia đã đầu hàng còn bình thường để tạo dáng là chính.

Trong bài này, em chỉ đề cập đến 1 vấn đề không nhiều người biết rõ lắm, đó là hệ thống vi sai, em sẽ cố gắng giải thích theo kiểu “cơm bình dân” để cho những bác ghét kỹ thuật nhất cũng thấy dễ hiểu và để cho cả chị em cũng biết nguyên tắc có thể biến 1 chiếc xe 1 cầu thành 2 cầu , không có khóa visai thành có khóa vi sai khi chẳng may thất cơ sa bùn.

Ta thử hình dung mình đang đi bộ, chân trái bước các bước dài như chân phải thì sẽ đi thẳng , khi ta bước vào 1 khúc quanh thì một bên chân bước ngắn lại hơn chân kia , khi đi theo vòng tròn thì chân nào ở bên ngoài sẽ bước dài hơn hơn chân ở phía trong .

Lấy 1 ví dụ khác , đặt một cây bút chì nằm xuống đất , lấy tay lăn nó tiến lên, nó sẽ lăn theo đường thẳng , muốn nó lăn theo đường vòng thì làm thế nào ? Phải giữ một đầu bút lại cho nó trượt trên mặt đất thì bút mới lăn vòng được .

Trên xe ô tô, khi đi thẳng thì các bánh quay vận tốc như nhau, khi vào đường vòng thì 2 bánh trên cùng 1 cầu sẽ quay nhanh và chậm khác nhau, tất nhiên nó sẽ không thể nối khóa cứng với nhau được, nếu không nó sẽ giống cây bút chì trên kia chỉ biết đi thẳng, mỗi khi muốn rẽ thì phải chèn đá vào 1 bên bánh và nó sẽ bị trượt tại chỗ.

Trường hợp xe bò kéo , dĩ nhiên là 2 bánh xe trên cùng 1 cầu sẽ không nối cứng vơí nhau nên khi vào đường vòng các bánh sẽ tự do lựa chọn vận tốc quay cho phù hợp . Đây cũng giống như cầu bị động của ô tô nhưng với cầu chủ động thì khó khăn hơn nhiều , các bánh xe phải nhận được lực truyền từ động cơ đến mà lại có thể tự lựa được như trên chiếc xe bò kia , thật là khó .

Để giải quyết vấn đề kỹ thuật này, Người ta phải nghĩ ra một bộ phận tự điều chỉnh sự khác biệt vận tốc quay của 2 bánh xe trên cùng một cầu. Và thế là hệ thống vi sai ra đời.

Như vậy về cơ bản: Vi sai chỉ có trên cầu chủ động, nó đảm bảo cho các bánh xe trên cùng 1 cầu quay với các vận tốc khác khau khi đi trên đường vòng . Nếu không có nó, bạn không thể lái xe được.

Cấu tạo
HìÌnh vẽ sau đây là mô phỏng 1 bộ vi sai đơn giản , 2 trục láp 2 bên được nối với 2 bánh răng hình côn , tì vào bánh răng trung gian ở dưới có dấu X đỏ . Trục bánh răng trung gian lại gắn vào 1 khung chữ nhật , khung này cố định với bánh răng lớn.

Hoạt động:

Khi bánh răng lớn quay sẽ truyền lực qua bánh trung gian làm 2 bánh răng 2 bên quay theo , do đó trục nối với bánh xe sẽ quay làm ô tô chuyển động.

Ở hình trên, cái trục bên trái đang nhúc nhích là các đăng, cả cái mớ to đùng bên phải là cầu xe , bên trong có cái cụm quay quay là bộ vi sai , hai đầu cầu nối với 2 bánh xe .

Hình bên trên đây mô phỏng gần với thực tế hơn với các bộ phận có tên như sau :

• Drive shaft : Trục chủ động ( liền bánh răng)
• Crown Wheel: Bánh răng vành chậu
• Sun gear: Bánh răng mặt trời
• Haft shaft: Bán trục ( láp )
• Planet Pinion: Bánh răng hành tinh

(Chúng có tên thú vị như vậy vì theo lẽ tự nhiên của hệ mặt trời, hành tinh phải quay xung quanh mặt trời đứng yên).

Trong vận hành, khi đi thẳng, lực truyền từ động cơ xuống đến trục chủ động làm quay bánh răng vành chậu , thông qua bánh răng hành tinh sẽ làm quay 2 bánh răng mặt trời , quay 2 trục láp . Bánh răng hành tinh có tác dụng như một vấu truyền lực.
Khi đi vào đường vòng , do yêu cầu 1 bên bánh phải quay chậm hơn bên kia , hay 2 bánh răng mặt trời phải quay khác nhau dẫn đến việc chúng tự điều chỉnh thông qua bánh răng hành tinh . Mặt khác lực truyền từ động cơ xuống vẫn không thay đổi và lực này vẫn được phân bổ ra 2 bánh xe theo đường trên .

Đoạn clip dưới đây sẽ giới thiệu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của hệ thống vi sai trên xe hơi

Vi sai cũng có nhiều loại khác nhau dựa theo hình dạng kết cấu và theo đặc tính làm việc . Theo hình dạng thì có lọai hình côn, hình trụ, loại tăng ma sát . Theo đặc tính thì có loại phân phối mô men đều và không đều .

Tiện đây em cũng nói thêm về loại ma sát , vì vi sai có nhược điểm là sẽ làm 1 bánh có lực bám thấp quay tít , toàn bộ công suât của máy được truyền tới bánh này mà kô truyền tới bánh ở trên mặt đường có độ bám cao làm xe kô thể đi được (sa lầy). Để khắc phục, ở một số xe người ta lắp thêm bộ tăng ma sát cho vi sai, đó là một tệp gồm nhiều đĩa tì sát vào nhau bằng sức căng của lò xo, nhờ có các đĩa ma sát này mà khi bị sa lầy một phần công suất vẫn được truyền qua bánh xe không bị lầy giúp xe có thể đỡ bị pa ti nê hơn loại kô có bộ tăng ma sát. Công thức truyền lực của bộ vi sai là :

N1+N2= 2N0

Trong đó N1,N2 là số vòng quay của trục bánh bên trái và bên phải, N0 là số vòng quay của vỏ vi sai

Như ta đã biết, vi sai có một nhược điểm rất lớn là làm cho xe rất dễ bị sa lầy . Để khắc phục điểm yếu này người ta lắp thêm bộ khóa vi sai vào cầu xe. Mục đích khi khóa lại, vi sai sẽ kô hoạt động, mô men truyền tới cầu sẽ được phân bổ cưỡng bức đều tới các bánh xe, bánh kô sa lầy vẫn nhận được mô men để đẩy xe vượt qua chỗ lầy .

Ảnh bộ khóa vi sai cơ khí:

Dưới đây là hình minh hoạ bộ khóa vi sai điện tử giữa hai cầu xe Audi A4

Khóa vi sai được điều khiển đóng mở bằng cơ khí, điện, bằng thủy lực, bằng khí nén hoặc chân không. Trên xe nếu có khóa vi sai thì có dòng chữ Differential Lock.

Ta có thể kiểm tra xem xe có khóa vi sai hay không bằng cách kích nổi 1 bánh xe cầu chủ động lên, ra số N và quay bánh . Nếu bánh quay là kô có khóa vi sai, nếu quay rất nặng là có bộ vi sai tăng ma sát. Nếu cứng đơ, có nghĩa là khóa vi sai đã hoạt động .

Khóa vi sai có thể không có trên nhiều xe việt dã, nó có thể được lắp thêm như một option riêng. Còn trên các máy chuyên chạy đường lầy thì bắt buộc phải có.

Như vậy là khóa vi sai để tạm dừng tính năng của VS, thế bộ khóa VS trung tâm để làm gì ?

Trong các dòng xe 4x4 có dòng AWD bốn bánh chủ động toàn thời gian, công suất động cơ luôn được phân phối đến cả 4 bánh, VD: Nis Murano, Dai Terrios . Do vậy để dễ dàng điều khiển, đương nhiên phải có bộ VS trung tâm đặt tại hộp số phụ ( hộp phân phối ) để đảm bảo cho các cầu có thể quay với tốc độ khác nhau khi vào cua.

Vì vậy khi gặp bãi lầy thì lại pa ti nê thôi ! Để khắc phục người ta lại lắp khóa vi sai vào đây , công tắc khóa thường có chữ Central Lock, C-lock .

Cũng có xe lại lắp bộ vi sai tăng ma sát đã nói bên trên vào đây .

Với xe có bộ khóa vi sai có một số lưu ý : Chỉ dùng khi cho xe vượt đường xấu như trơn, lầy, cát

Ở trên bề mặt đường có độ bám tốt như nhựa đường, bê tông kô thể bấm nút khóa được , nhất là lúc xe đang chạy nhanh bấm vào nút khóa sẽ rất khó điều khiển tay lái, thậm trí lật xe .

Bộ vi sai điện tử trên xe của Land Rover

Phần sau đây xin tiếp về khóa đùm trục , khóa đầu láp
Ở xe 2 cầu 4x4 bán thời gian, các bác hay nhìn thấy chữ 4WD ở sau đuôi là loại xe thường chỉ chạy bằng 1 cầu , cầu còn lại chỉ kích hoạt khi ta chủ động cài hay bấm nút. Như vậy gần như 99% thời gian xe chạy 1 cầu, cầu kia chỉ lăn theo thôi phải không ạ?

Như thế là có vấn đề rồi đấy. Ta không cài cầu nhưng các trục của cầu đó nó vẫn quay như thường, lý do là bánh xe quay, làm trục quay theo, thế thì kô được, xe bị nặng tải , cầu vẫn chịu hao mòn , nhiên liệu tốn … Để giải quyết vấn đè này người ta sẽ ngắt không cho các trục quay theo bánh bị động nữa.

Đấy là lý do có bộ phận khóa đùm trục bánh xe .

Các bác nhìn rõ các chữ 4x4 ,4x2 , lock, free chứ ạ , e nghĩ có rất nhiều lái xe kô biết đích thực cái này để làm gì đâu , thậm chí có xe bị "thối" cả cầu vì chưa bao giờ dùng đến nút lock cả

Các loại đầu khóa (Hub)

Cấu tạo khóa

Khóa này 99% thời gian là ở vị trí mở, để cho các trục bánh xe và ruột cầu không tải đứng yên, khi cài cầu thì lái xe phải xoay khóa lại để nối dòng truyền lực tới bánh xe, cũng có loại được tự động kích hoạt khi cài cầu. Sau khi vượt khỏi chỗ đường xấu thì nên mở khóa ra. Các bác cần phân biệt rõ khóa vi sai và khóa đùm trục là 2 loại khác nhau có công dụng hoàn toàn khác nhau đấy nhá.