Khi vận hành một chiếc xe, có những bộ phận ẩn mình nhưng lại đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo sự ổn định và an toàn. Một trong số đó chính là bộ vi sai trên ô tô. Cơ cấu này cho phép các bánh xe dẫn động quay ở tốc độ khác nhau, điều tối quan trọng khi xe di chuyển, đặc biệt là lúc vào cua.
Tại sao cần bộ vi sai trên ô tô?
Hãy hình dung khi chiếc ô tô của bạn di chuyển trên đường thẳng. Các bánh xe trên cùng một trục quay với tốc độ gần như bằng nhau. Tuy nhiên, khi bạn đánh lái để vào một khúc cua, quãng đường mà bánh xe phía ngoài phải đi sẽ dài hơn đáng kể so với bánh xe phía trong. Điều này có nghĩa là bánh xe ngoài cần quay nhanh hơn bánh xe trong để hoàn thành quãng đường đó trong cùng một khoảng thời gian.
Nếu các bánh xe trên cùng một trục bị khóa chặt vào nhau và buộc phải quay cùng tốc độ (như trường hợp không có bộ vi sai), khi vào cua, bánh xe đi quãng đường dài hơn sẽ bị “kéo” chậm lại hoặc bánh xe đi quãng đường ngắn hơn sẽ bị “đẩy” đi quá nhanh, dẫn đến hiện tượng trượt lết, mất cân bằng. Tình trạng này không chỉ gây mòn lốp nhanh chóng mà còn tiềm ẩn nguy cơ mất lái, đặc biệt trên các bề mặt đường trơn trượt hoặc khi vào cua ở tốc độ cao.
Bộ vi sai ô tô là gì?
Bộ vi sai, hay còn gọi là hộp số vi sai, là một hệ thống bánh răng phức tạp thường nằm ở vị trí trung tâm của cầu xe (trước, sau hoặc cả hai, tùy thuộc vào hệ dẫn động). Chức năng chính của bộ vi sai là cho phép hai bánh xe trên cùng một trục quay với tốc độ khác nhau khi cần thiết, đồng thời vẫn truyền mô-men xoắn từ động cơ đến cả hai bánh.
Cơ cấu này hoạt động như một bộ phận chia lực kéo linh hoạt. Thay vì khóa chặt hai bánh xe lại, bộ vi sai sử dụng một tập hợp các bánh răng đặc biệt để phân phối mô-men xoắn, cho phép sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bán trục. Điều này giúp xe di chuyển mượt mà, ổn định và duy trì độ bám đường tối ưu trong nhiều điều kiện vận hành khác nhau.
Nguyên lý hoạt động của bộ vi sai thông thường
Cơ cấu bên trong một bộ vi sai tiêu chuẩn bao gồm một vỏ vi sai được kết nối với trục truyền động từ động cơ (qua hộp số và trục các đăng). Bên trong vỏ vi sai là các bánh răng hành tinh (spider gears) lắp trên trục ngang, ăn khớp với hai bánh răng bán trục (sun gears) gắn vào hai bán trục nối ra bánh xe.
Khi xe chạy thẳng, cả hai bánh xe có cùng tốc độ quay, các bánh răng hành tinh không quay quanh trục của chúng mà chỉ cùng vỏ vi sai quay theo bán trục. Mô-men xoắn được chia đều cho hai bánh xe. Khi xe vào cua, bánh xe phía ngoài quay nhanh hơn. Sự chênh lệch tốc độ này khiến các bánh răng hành tinh bắt đầu quay quanh trục của chúng bên trong vỏ vi sai, cho phép bánh răng bán trục phía ngoài quay nhanh hơn và bánh răng bán trục phía trong quay chậm hơn, trong khi tổng tốc độ của hai bánh xe vẫn phù hợp với tốc độ quay của vỏ vi sai.
<>Xem Thêm Bài Viết:<>- Danh sách trạm thu phí đường bộ cập nhật
- USB Bluetooth ô tô: Giải pháp kết nối hiện đại cho xe
- Kỹ Thuật Khởi Hành Xe Ô Tô Ngang Dốc Hiệu Quả
- Phân biệt xe mô tô và xe gắn máy chính xác
- Nồng độ cồn 0.25 phạt bao nhiêu tiền theo luật giao thông
Cấu tạo bên trong của bộ vi sai ô tô với các bánh răng
Hạn chế của bộ vi sai tiêu chuẩn
Mặc dù hiệu quả trong việc cho phép sự chênh lệch tốc độ, bộ vi sai tiêu chuẩn lại có một nhược điểm lớn. Nó có xu hướng truyền mô-men xoắn như nhau cho cả hai bánh xe. Điều này nghe có vẻ tốt, nhưng nếu một bánh xe mất hoàn toàn độ bám (ví dụ, nằm trên băng, bùn lầy, hoặc nhấc bổng lên), mô-men xoắn cần thiết để quay bánh xe đó sẽ rất nhỏ. Do bộ vi sai truyền mô-men xoắn bằng nhau, bánh xe còn lại đang có độ bám cũng chỉ nhận được lượng mô-men xoắn nhỏ tương đương.
Kết quả là, bánh xe mất bám sẽ quay tít mù trong khi bánh xe có bám lại đứng yên hoặc quay rất chậm, và chiếc xe không thể di chuyển tới được. Đây là lý do tại sao xe trang bị bộ vi sai mở (tiêu chuẩn) có thể bị kẹt dễ dàng trên các địa hình trơn trượt hoặc gồ ghề chỉ khi một bánh xe mất độ bám.
Các loại bộ vi sai hạn chế trượt (LSD)
Để khắc phục nhược điểm của bộ vi sai tiêu chuẩn, các nhà sản xuất đã phát triển các loại bộ vi sai hạn chế trượt (Limited Slip Differential – LSD). Mục tiêu của LSD là hạn chế sự chênh lệch tốc độ quay quá mức giữa hai bánh xe khi một bánh bị mất bám, nhằm đảm bảo rằng một phần mô-men xoắn vẫn được truyền đến bánh xe còn lại đang có độ bám, giúp xe có thể tiếp tục di chuyển. Có nhiều công nghệ khác nhau được sử dụng trong các loại LSD:
Vi sai hạn chế trượt dùng khớp nối thủy lực
Loại bộ vi sai này sử dụng một khớp nối thủy lực (thường gọi là Viscous Coupling) để tạo ra lực cản khi có sự chênh lệch tốc độ quay đáng kể giữa hai bán trục. Khớp nối chứa dầu nhớt đặc biệt và các đĩa xen kẽ gắn vào hai bán trục.
Khi hai bán trục quay ở tốc độ gần bằng nhau (ví dụ, trên đường thẳng), dầu nhớt không tạo ra nhiều lực cản. Tuy nhiên, khi một bánh xe bắt đầu quay nhanh hơn đáng kể (mất bám), sự chênh lệch tốc độ quay giữa các đĩa làm cho dầu nhớt bị khuấy động mạnh, nóng lên và trở nên nhớt hơn. Độ nhớt tăng lên tạo ra lực cản, hạn chế sự quay tự do của bánh xe mất bám và truyền một phần mô-men xoắn sang bánh xe còn lại. Loại này thường được trang bị trên một số xe dẫn động bốn bánh hoặc các xe cầu trước/cầu sau hiệu suất.
Hình ảnh chi tiết bộ vi sai hạn chế trượt sử dụng khớp nối thủy lực
Vi sai cảm ứng mô-men xoắn Torsen
Torsen là tên viết tắt của “Torque Sensing” (cảm ứng mô-men xoắn). Loại bộ vi sai này là loại cơ khí thuần túy, không sử dụng hệ thống thủy lực hoặc điện tử. Nguyên lý hoạt động dựa trên thiết kế bánh răng đặc biệt (thường là bánh răng vít và bánh vít hoặc các loại bánh răng xoắn khác) có khả năng “tự khóa” ở một mức độ nhất định khi có sự chênh lệch mô-men xoắn hoặc tốc độ giữa hai bánh xe.
Khi mô-men xoắn được phân phối đều (xe chạy thẳng), các bánh răng bên trong Torsen hoạt động như một bộ vi sai mở. Tuy nhiên, khi một bánh xe gặp lực cản thấp và bắt đầu quay nhanh hơn, cấu trúc bánh răng vít/bánh vít sẽ tạo ra lực ma sát bên trong, chống lại sự quay nhanh hơn này. Điều này cho phép Torsen truyền mô-men xoắn nhiều hơn đến bánh xe còn lại đang có độ bám tốt hơn, theo một tỷ lệ cố định được thiết kế sẵn (ví dụ, tỷ lệ 2:1 hoặc 3:1).
Vi sai cảm ứng mô-men xoắn kiểu ma sát lệch trục
Đây là một biến thể của bộ vi sai loại Torsen, thường được gọi là Torsen Type 2. Loại này cũng hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng mô-men xoắn và sử dụng ma sát nội bộ để hạn chế trượt. Tuy nhiên, thay vì chỉ sử dụng bánh răng vít/bánh vít đơn giản, thiết kế của nó có thể phức tạp hơn với các bánh răng hành tinh dạng xoắn và các vòng đệm ma sát được bố trí khéo léo.
Sự khác biệt chính nằm ở cách tạo ra lực ma sát. Ngoài ma sát từ sự ăn khớp của các bánh răng xoắn, loại này còn có thể sử dụng ma sát giữa các bề mặt tiếp xúc khác trong cấu trúc, được ép chặt bởi lực từ hoạt động của các bánh răng. Cơ chế ma sát này giúp kiểm soát và phân phối lại mô-men xoắn hiệu quả hơn trong các tình huống chênh lệch độ bám, đảm bảo rằng bánh xe có lực kéo tốt vẫn nhận được đủ mô-men xoắn để đẩy xe đi.
Cấu trúc vi sai cảm ứng mô-men xoắn kiểu ma sát lệch trục
Vi sai hạn chế trượt loại nhiều đĩa
Loại bộ vi sai này hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát khô hoặc ướt được tạo ra bởi một bộ ly hợp nhiều đĩa. Các đĩa ma sát được xếp xen kẽ, một nửa nối với vỏ vi sai (hoặc bánh răng vành chậu), nửa còn lại nối với bánh răng bán trục.
Lực nén lên bộ đĩa này có thể được tạo ra bởi lò xo hoặc lực ly tâm từ hoạt động của các bánh răng bên trong. Khi có sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bán trục vượt quá một ngưỡng nhất định, lực nén sẽ ép chặt các đĩa ma sát vào nhau. Lực ma sát này sẽ chống lại sự quay tự do của bánh xe mất bám và truyền mô-men xoắn sang bánh xe còn lại. Mức độ khóa trượt có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi số lượng đĩa, vật liệu ma sát hoặc lực nén của lò xo. Loại này thường được sử dụng trong các xe thể thao và xe đua nhờ khả năng điều chỉnh linh hoạt.
Bảo dưỡng bộ vi sai định kỳ
Giống như bất kỳ bộ phận cơ khí phức tạp nào trên ô tô, bộ vi sai cũng cần được bảo dưỡng định kỳ để hoạt động hiệu quả và bền bỉ. Dầu vi sai đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong việc bôi trơn các bánh răng phức tạp bên trong, làm mát và loại bỏ các cặn bẩn. Việc sử dụng loại dầu phù hợp và thay dầu đúng lịch trình khuyến cáo của nhà sản xuất là rất cần thiết.
Các dấu hiệu cho thấy bộ vi sai có thể cần được kiểm tra bao gồm tiếng ồn bất thường (tiếng hú, tiếng lách cách) phát ra từ khu vực cầu xe, rung động khi vào cua, hoặc rò rỉ dầu vi sai. Việc kiểm tra khe hở các bánh răng và tình trạng chung của bộ vi sai trong các đợt bảo dưỡng xe giúp phát hiện sớm các vấn đề, tránh những hư hỏng nghiêm trọng và tốn kém hơn về sau.
Tóm lại, bộ vi sai là một thành phần cốt lõi đảm bảo sự ổn định và khả năng vận hành an toàn của xe ô tô, từ việc di chuyển trên đường thẳng đến xử lý các khúc cua hay vượt qua địa hình khó khăn. Việc hiểu rõ về chức năng và tầm quan trọng của bộ vi sai giúp người lái xe ý thức hơn về việc chăm sóc xe. Tại Ô tô Dung Bắc, chúng tôi luôn cung cấp thông tin hữu ích để bạn hiểu rõ hơn về chiếc xe của mình.
Các câu hỏi thường gặp về bộ vi sai ô tô
1. Bộ vi sai trên ô tô nằm ở đâu?
Bộ vi sai thường nằm ở trung tâm của cầu xe dẫn động. Xe cầu sau có vi sai ở cầu sau, xe cầu trước có vi sai ở cầu trước. Xe dẫn động bốn bánh (4WD hoặc AWD) có thể có vi sai ở cả cầu trước, cầu sau và một bộ vi sai trung tâm.
2. Chức năng chính của bộ vi sai là gì?
Chức năng chính là cho phép các bánh xe trên cùng một trục quay ở tốc độ khác nhau, điều cần thiết khi xe vào cua, đồng thời vẫn truyền mô-men xoắn từ động cơ tới bánh xe.
3. Điều gì xảy ra nếu bộ vi sai bị hỏng?
Nếu bộ vi sai bị hỏng, bạn có thể nghe thấy tiếng ồn lớn (tiếng hú, gầm gừ) từ cầu xe, gặp khó khăn khi vào cua (cảm giác xe bị gượng hoặc lết bánh), hoặc thậm chí xe không thể di chuyển nếu hư hỏng nghiêm trọng.
4. Bộ vi sai tiêu chuẩn (mở) khác bộ vi sai hạn chế trượt (LSD) như thế nào?
Bộ vi sai tiêu chuẩn chia mô-men xoắn đều cho hai bánh nhưng có nhược điểm là nếu một bánh mất bám hoàn toàn, mô-men xoắn truyền đến bánh còn lại cũng rất ít. Bộ vi sai hạn chế trượt (LSD) được thiết kế để hạn chế sự trượt quá mức của bánh xe mất bám và truyền một phần mô-men xoắn đến bánh xe còn lại có độ bám, giúp xe vượt qua địa hình khó khăn tốt hơn.
5. Dầu bộ vi sai có cần thay không?
Có, dầu bộ vi sai cần được thay định kỳ theo khuyến cáo của nhà sản xuất xe hoặc nhà sản xuất dầu. Dầu bôi trơn và làm mát các bánh răng bên trong, và việc thay dầu giúp kéo dài tuổi thọ của bộ phận này.
6. Làm thế nào để biết bộ vi sai đang gặp vấn đề?
Các dấu hiệu phổ biến bao gồm tiếng ồn bất thường (đặc biệt khi vào cua hoặc tăng tốc), rò rỉ dầu vi sai, hoặc cảm giác xe bị “kẹt” hoặc rung lắc khi vào cua chậm.
7. Tất cả các loại xe ô tô đều có bộ vi sai không?
Hầu hết các xe ô tô hiện đại đều có ít nhất một bộ vi sai ở trục dẫn động. Xe dẫn động 4 bánh có thể có nhiều hơn một bộ vi sai. Xe không có bộ vi sai ở trục dẫn động sẽ gặp vấn đề nghiêm trọng khi vào cua.