Khám phá cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ vi sai – Cách xử lý khi bộ vi sai gặp vấn đề

Với những ai làm trong lĩnh vực cơ khí, bộ vi sai không còn xa lạ. Tuy nhiên, không phải ai cũng biết rõ về bộ phận này. Hãy cùng Mytour khám phá cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ vi sai, cùng với các thông tin hữu ích về bộ vi sai trong ô tô nhé!

Bộ vi sai là gì và tại sao chúng ta cần sử dụng nó?

Bộ vi sai (Differential) là một thiết bị được thiết kế để chia đều lực mô-men xoắn giữa hai trục động cơ. Điều này giúp cho hai bánh xe quay với tốc độ khác nhau, đồng thời truyền lực của động cơ xuống các bánh xe một cách hiệu quả.

Vậy tại sao chúng ta cần phải sử dụng bộ vi sai? Trên một con đường thẳng, các bánh xe có thể quay cùng một tốc độ. Tuy nhiên, khi vào khúc cua, bánh xe ngoài sẽ quay nhanh hơn bánh xe trong, vì bánh ngoài phải di chuyển quãng đường dài hơn. Đây là lý do tại sao bộ vi sai lại cần thiết.

Nếu không có bộ vi sai, khi xe vào cua, hai bánh xe sẽ bị khóa lại, buộc phải quay cùng một tốc độ. Điều này sẽ khiến việc quay vòng của xe trở nên khó khăn, dễ gây trượt và tạo ra nguy cơ tai nạn cho người lái. Chính vì vậy, bộ vi sai là thiết bị không thể thiếu.

Vị trí lắp đặt bộ vi sai là ở đâu?

Bộ vi sai được lắp đặt tại cầu xe (hay còn gọi là trục truyền lực cuối). Cụ thể, bộ vi sai nằm giữa hai bánh xe dẫn động. Bạn có thể tìm thấy bộ vi sai trên hầu hết các loại xe ô tô, xe tải hiện đại, đặc biệt là trên những dòng xe có hệ thống 4 bánh chủ động hoàn toàn.

Mỗi cầu chủ động của xe đều cần trang bị bộ vi sai, bao gồm cả bánh trước và bánh sau, vì khi vào khúc cua, quãng đường di chuyển của các bánh xe này sẽ khác nhau.

Các loại xe sử dụng bộ vi sai

• Trên xe dẫn động cầu trước, bộ vi sai được tích hợp với hộp số.
• Trên xe dẫn động cầu sau, bộ vi sai được lắp đặt giữa hai bánh xe sau.
• Với xe dẫn động hai cầu, bộ vi sai trung tâm được lắp đặt ở giữa trục nối cầu trước và cầu sau.

Chức năng của bộ vi sai trên ô tô

• Điều chỉnh tốc độ của bánh xe khi vào khúc cua: Khi xe vào cua, bánh xe ngoài phải di chuyển quãng đường dài hơn so với bánh xe trong. Vì vậy, bánh ngoài có tốc độ cao hơn. Bộ vi sai giúp tạo ra sự chênh lệch tốc độ này cho mỗi bánh xe.
• Truyền momen xoắn và giảm tốc độ của động cơ xuống bánh xe: Bộ vi sai giúp giảm tốc độ trước khi momen xoắn từ động cơ được truyền đến các bánh xe, đảm bảo mỗi cầu xe chủ động đều có bộ vi sai riêng biệt.

Các loại bộ vi sai hiện có trên thị trường

Trên thị trường hiện nay, có hai loại bộ vi sai phổ biến: bộ vi sai mở và bộ vi sai khóa.

• Bộ vi sai mở (Open Differential): Ưu điểm của loại vi sai này là có độ bền cao và giá thành phải chăng. Tuy nhiên, nhược điểm là không thể phân phối đều mô-men xoắn giữa các bánh xe. Nếu một bánh xe mất độ bám, nó sẽ nhận nhiều mô-men xoắn hơn, dễ gây hiện tượng trượt trên mặt đường trơn hoặc khi trời mưa.
• Bộ vi sai khóa (Lock Differential): Bộ vi sai khóa có thể khóa các trục bánh xe khi cần thiết để tăng sức mạnh cho bánh xe. Tuy nhiên, khi xe vào khúc cua, cần phải mở khóa vi sai. Loại vi sai này thường được trang bị cho các dòng xe off-road, như Toyota Land Cruiser, Jeep Wrangler, Land Rover Discovery 4, Vary Rover, Mercedes-Benz G-Class,…

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ vi sai ô tô

Cấu tạo bộ vi sai ô tô như thế nào?

Bộ vi sai gồm hai phần chính sau đây:

• Truyền lực cuối: Bánh răng chủ động ăn khớp với bánh răng bị động, làm giảm tốc độ vòng quay, đồng thời tăng mô-men xoắn.
• Truyền lực vi sai: Phần này có nhiệm vụ tạo ra sự khác biệt về tốc độ quay giữa hai bánh xe khi xe di chuyển qua các khúc cua.

Ngoài những bộ phận chính, bộ vi sai còn có thêm các thành phần khác như:

• Vỏ bộ vi sai: Nơi gắn các bánh răng thụ động.
• Bánh răng hành tinh: Dùng để nối với các bánh răng bán trục, điều khiển tốc độ quay trong phạm vi kiểm soát.
• Bán trục trong/ngoài: Kết nối bánh xe với các bánh răng bán trục, giúp truyền động lực cho hệ thống bánh răng vi sai. Nhờ đó, mỗi bánh xe có thể quay với tốc độ riêng biệt.

Nguyên lý hoạt động của bộ vi sai

Nguyên lý hoạt động của bộ vi sai sẽ xảy ra theo hai tình huống dưới đây:

Khi xe di chuyển trên đoạn đường thẳng

Khi xe di chuyển trên đoạn đường thẳng, các bánh răng chỉ quay quanh trục của bộ vi sai. Lúc này, hai bán trục trong và ngoài sẽ quay với tốc độ góc giống nhau, tạo ra cùng một vận tốc tức thời trong cùng một khoảng thời gian.

Vì vậy, hai bánh xe sẽ di chuyển trên cùng một quãng đường. Bánh xe trái và bánh xe phải sẽ phải chịu cùng một lực cản. Nhờ vậy, bánh răng vành chậu, bộ vi sai và bán trục sẽ quay đồng nhất để truyền lực từ động cơ đến cả hai bánh xe.

Khi xe vào khúc cua

Khi xe vào đoạn cua, bánh xe bên trong sẽ quay chậm hơn bánh xe bên ngoài. Lúc này, bánh xe trong cần giảm tốc độ, làm giảm vận tốc góc, trong khi đó, vận tốc góc của bánh xe ngoài cần phải tăng lên. Bộ vi sai sẽ tự điều chỉnh để cân bằng lại tốc độ của các bánh xe.

Cụ thể, bánh răng bán trục kết nối với bánh xe bên trong sẽ quay chậm lại, trong khi bánh răng vi sai nối với bánh răng bán trục ngoài sẽ tăng tốc. Chính sự điều chỉnh này giúp xe duy trì vận hành mượt mà mà không bị trượt trên mặt đường.

Ưu và nhược điểm của bộ vi sai cùng cách khắc phục

Những lợi ích

• Phân phối lực đều cho tất cả các bánh xe
• Cải thiện hiệu suất khi đi off-road
• Tăng khả năng bám đường trên các địa hình gồ ghề
• Có thể được trang bị cho cầu trước hoặc cầu sau
• Chức năng kích hoạt dễ dàng qua nút bấm

Những hạn chế

• Khi một bánh xe mất lực kéo, momen xoắn được truyền tới bánh xe sẽ giảm mạnh, ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động.
• Khóa vi sai có thể phát ra tiếng ồn, đặc biệt dễ nhận biết khi xe vào đoạn cua.
• Thường xuyên sử dụng có thể gây mài mòn cho lốp xe.
• Lắp đặt khóa vi sai ở cầu trước có thể làm xe khó điều khiển và gây cảm giác di chuyển không mượt mà.
• Sử dụng không đúng cách có thể dẫn đến tình trạng căng thẳng trong quá trình vận hành.
• Sửa chữa bộ vi sai khi bị hỏng khá phức tạp và tốn thời gian.

Giải pháp khắc phục

Vấn đề lớn nhất mà bộ vi sai gặp phải là sự phân phối mô-men xoắn không đều cho các bánh xe. Điều này làm cho những bánh xe có độ bám kém dễ dàng bị trượt, đặc biệt là trong điều kiện đường ẩm, băng giá hoặc tuyết. Để khắc phục tình trạng này, các nhà sản xuất đã phát triển loại vi sai hạn chế trượt (LSD) giúp điều chỉnh mô-men xoắn và truyền lực đều đặn hơn, đảm bảo tính ổn định khi vận hành.

Vi sai đối xứng là gì?

Vi sai đối xứng là loại vi sai có thiết kế ma sát bên trong thấp hơn so với các loại vi sai thông thường. Cấu trúc của vi sai này, bao gồm số lượng bánh răng và thiết kế vỏ vi sai cùng bánh răng bán trục, có thể thay đổi tùy thuộc vào từng loại xe được trang bị vi sai đối xứng.

Để đảm bảo độ cứng tối ưu, bộ vi sai đối xứng kết hợp với bánh răng hành tinh và bộ vi sai không tháo rời thường được trang bị trên các ô tô gia đình. Những chiếc xe tải sử dụng bốn bánh răng hành tinh và nắp che vi sai có thể thu vào, giúp giảm bớt độ cứng và cải thiện điều kiện vận hành của các bánh răng dẫn động chính trong những tình huống khắc nghiệt.

Thông qua bài viết trên, hy vọng bạn đã hiểu rõ hơn về bộ vi sai trong ô tô. Trong quá trình sử dụng, đừng quên chú ý đến việc bảo dưỡng và chăm sóc xe để đảm bảo hiệu suất và sự an toàn. Bên cạnh đó, bạn cũng có thể cập nhật những thông tin mới nhất về thị trường ô tô cũ và ô tô mới giá tốt tại Mytour. Chúc bạn có thêm nhiều kiến thức hữu ích để áp dụng vào thực tế!