Bộ vi sai trên ô tô: Cấu tạo và vai trò

Khi điều khiển ô tô, đặc biệt là lúc vào cua hay di chuyển trên các mặt đường có độ bám khác nhau, sự chênh lệch tốc độ quay giữa các bánh xe là không thể tránh khỏi. Nếu hệ thống truyền động không có cơ chế xử lý linh hoạt, tình trạng trượt bánh, mất lái, thậm chí lật xe có thể xảy ra. Để khắc phục vấn đề này, bộ vi sai trên ô tô đóng vai trò cực kỳ quan trọng, đảm bảo sự cân bằng và ổn định cho phương tiện khi vận hành.

Bộ vi sai trên ô tô là gì?

Bộ vi sai là một hệ thống cơ khí phức tạp, thường được đặt ở cầu nối giữa các bánh xe dẫn động (cầu trước, cầu sau hoặc cả hai trên xe dẫn động bốn bánh). Chức năng cơ bản của nó là cho phép các bánh xe trên cùng một trục quay với tốc độ khác nhau trong khi vẫn nhận được mô-men xoắn từ động cơ. Điều này là cần thiết bởi khi ô tô chuyển hướng, bánh xe phía ngoài góc cua phải đi quãng đường dài hơn và do đó cần quay nhanh hơn bánh xe phía trong. Hệ thống bộ vi sai trên ô tô thực hiện nhiệm vụ phân phối lực kéo một cách linh hoạt, đảm bảo các bánh xe không bị “khóa” cứng vào nhau, từ đó duy trì độ bám đường và sự ổn định cho xe.

Tại sao ô tô cần bộ vi sai?

Sự cần thiết của bộ vi sai trên ô tô thể hiện rõ nhất khi xe vào cua. Hãy tưởng tượng hai bánh xe trên cùng một trục được nối cứng với nhau, quay cùng một tốc độ. Khi xe đi thẳng, điều này không gây vấn đề. Tuy nhiên, khi xe rẽ trái hoặc phải, bánh xe ở phía ngoài đường cong phải di chuyển một quãng đường lớn hơn đáng kể so với bánh xe phía trong. Nếu cả hai bánh vẫn quay cùng tốc độ, bánh xe phía trong sẽ bị kéo lê (trượt cưỡng bức) hoặc bánh xe phía ngoài sẽ bị đẩy trượt đi. Điều này không chỉ gây hao mòn lốp nghiêm trọng mà còn làm giảm khả năng điều khiển, tiềm ẩn nguy cơ mất lái cao, đặc biệt trên các bề mặt trơn trượt. Bộ vi sai giải quyết vấn đề này bằng cách cho phép mỗi bánh xe điều chỉnh tốc độ quay phù hợp với quãng đường thực tế nó di chuyển, giúp xe vào cua mượt mà và an toàn.

Nhược điểm của vi sai tiêu chuẩn và sự ra đời của LSD

Vi sai tiêu chuẩn (còn gọi là vi sai mở) hoạt động rất hiệu quả trong việc phân phối mô-men xoắn khi cả hai bánh xe đều có độ bám tốt. Cấu tạo của nó gồm các bánh răng hành tinh (spider gears) nằm trong vỏ vi sai, kết nối với bánh răng bán trục (side gears) dẫn động đến hai bánh xe. Khi xe đi thẳng, các bánh răng hành tinh không quay quanh trục của chúng. Khi xe vào cua, chúng quay để bù tốc độ chênh lệch giữa hai bánh. Tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất của vi sai tiêu chuẩn là nó luôn phân phối mô-men xoắn bằng nhau cho cả hai bánh xe. Điều này có nghĩa là nếu một bánh xe mất hoàn toàn độ bám (ví dụ: nằm trên băng hoặc nhấc khỏi mặt đất), nó sẽ quay tít thò lò trong khi bánh xe còn lại có độ bám lại nhận được mô-men xoắn bằng 0 và xe sẽ bị kẹt tại chỗ. Đây là lý do bộ vi sai trên ô tô loại hạn chế trượt (LSD – Limited Slip Differential) được phát triển.

Bộ vi sai hạn chế trượt (LSD) là gì?

Bộ vi sai hạn chế trượt (LSD) là phiên bản cải tiến của vi sai tiêu chuẩn, được thiết kế để khắc phục nhược điểm phân phối mô-men xoắn của vi sai mở. Thay vì cho phép một bánh xe quay tự do khi mất bám, LSD sẽ hạn chế sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bánh xe trên cùng một trục. Khi phát hiện một bánh xe bắt đầu quay nhanh hơn bánh còn lại một cách bất thường (dấu hiệu của việc mất bám), LSD sẽ tạo ra một lực cản hoặc truyền thêm mô-men xoắn sang bánh xe còn lại có độ bám tốt hơn. Nhờ cơ chế này, lực kéo được phân phối hiệu quả hơn đến bánh xe có khả năng chuyển hóa mô-men xoắn thành lực đẩy, giúp xe vượt qua các điều kiện đường khó khăn như trơn trượt, lầy lội hoặc tăng tốc nhanh hơn khi vào cua mà không bị trượt bánh quá nhiều.

Cấu tạo chi tiết bộ vi sai trên ô tô

<>Xem Thêm Bài Viết:<>

• Xin Điều Chuyển Xe Ô Tô: Hướng Dẫn Thủ Tục Chi Tiết Từ A-Z
• Đèn Cảnh Báo Mở Cửa Xe Ô Tô: An Toàn Vượt Trội Cho Mọi Hành Trình
• Android Box TexPad: Nâng cấp màn hình zin ô tô thông minh
• Xe Ô Tô Xe Hay Để Học Sửa Chữa: So Sánh Chi Tiết
• Pin Lithium-ion: Giải Pháp Xanh Cho Giao Thông Bền Vững

Các loại bộ vi sai hạn chế trượt (LSD) phổ biến

Dựa trên nguyên lý hoạt động và cấu tạo cơ khí, có nhiều loại bộ vi sai trên ô tô hạn chế trượt khác nhau được sử dụng trên các dòng xe hiện đại. Mỗi loại có ưu nhược điểm riêng và phù hợp với từng mục đích sử dụng.

Bộ vi sai sử dụng khớp nối thủy lực

Loại vi sai này sử dụng một bộ ly hợp thủy lực (thường chứa dầu silicone đặc biệt) để hạn chế sự trượt giữa hai bán trục. Bên trong khớp nối có nhiều đĩa được gắn xen kẽ với hai bán trục. Khi có sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bán trục, dầu silicone sẽ bị khuấy động và tăng độ nhớt. Độ nhớt tăng lên tạo ra lực cản giữa các đĩa, giống như một bộ ly hợp ma sát, ép chặt các đĩa lại với nhau. Lực ma sát này sẽ hạn chế sự quay chênh lệch của hai bán trục, truyền mô-men xoắn từ bánh xe trượt sang bánh xe có độ bám. Bộ vi sai khớp nối thủy lực hoạt động mượt mà, tự động và không cần điều khiển điện tử. Chúng thường được tìm thấy trên các xe dẫn động bốn bánh hoặc một số xe dẫn động cầu trước/cầu sau.

Hình ảnh bộ vi sai sử dụng khớp nối thủy lực

Bộ vi sai cảm ứng mô-men xoắn Torsen

Torsen (viết tắt của “torque sensing”) là một loại bộ vi sai trên ô tô hạn chế trượt dựa hoàn toàn vào ma sát giữa các bánh răng xoắn (worm gears) và bánh răng hành tinh (worm wheels) để phân phối mô-men xoắn. Nó không sử dụng ly hợp hay bộ phận thủy lực. Cấu tạo phức tạp hơn vi sai tiêu chuẩn, với các bánh răng hành tinh được kết nối theo một cách đặc biệt. Khi cả hai bánh xe quay với tốc độ gần bằng nhau (đi thẳng), các bánh răng không bị khóa và hoạt động như một vi sai mở. Tuy nhiên, khi một bánh xe bắt đầu mất bám và có xu hướng quay nhanh hơn, ma sát giữa các bánh răng xoắn trong bộ vi sai Torsen sẽ tự động khóa và truyền mô-men xoắn sang bánh xe còn lại theo một tỷ lệ cố định (ví dụ 2.5:1 hoặc 3:1). Loại này phản ứng nhanh chóng và hiệu quả dựa trên sự chênh lệch mô-men xoắn chứ không phải tốc độ.

Bộ vi sai cảm ứng mô-men xoắn kiểu ma sát lệch trục

Đây là một biến thể của vi sai Torsen, kết hợp cả nguyên lý hoạt động của bánh răng xoắn và các đĩa ma sát hoặc vòng đệm côn. Thiết kế này tạo ra các điểm ma sát bổ sung (ví dụ: giữa đầu bánh răng hành tinh và vỏ vi sai, hoặc giữa bánh răng bán trục và vỏ vi sai thông qua vòng đệm côn). Sự ma sát này hoạt động song song với ma sát bánh răng, giúp tăng khả năng hạn chế trượt và điều chỉnh mô-men xoắn hiệu quả hơn, đặc biệt trong các tình huống mất bám đột ngột hoặc trên các bề mặt có độ bám rất thấp. Bộ vi sai trên ô tô kiểu ma sát lệch trục thường có tỷ lệ phân phối mô-men xoắn cao hơn so với Torsen thuần túy trong các tình huống cực đoan.

Bộ vi sai cảm ứng mô-men xoắn kiểu ma sát lệch trục

Bộ vi sai loại nhiều đĩa

Vi sai hạn chế trượt loại nhiều đĩa (còn gọi là loại ly hợp) sử dụng các bộ ly hợp ma sát (gồm nhiều đĩa thép và đĩa vật liệu ma sát) được đặt giữa vỏ vi sai và bánh răng bán trục. Các lò xo nén tạo ra một lực ép ban đầu lên bộ ly hợp (pre-load). Khi có sự chênh lệch tốc độ quay giữa hai bánh xe vượt quá một ngưỡng nhất định, lực ly tâm hoặc các cơ chế cơ khí khác sẽ làm tăng lực ép lên bộ ly hợp. Điều này khiến các đĩa ma sát khóa lại, truyền mô-men xoắn sang bánh xe còn lại. Mức độ khóa có thể được điều chỉnh bằng cách thay đổi số lượng đĩa, loại vật liệu ma sát hoặc lực nén của lò xo. Loại này cho phép điều chỉnh linh hoạt mức độ hạn chế trượt và thường được ưa chuộng trong các ứng dụng xe thể thao hoặc xe đua do khả năng khóa mạnh mẽ và phản ứng nhanh.

Lợi ích khi sử dụng bộ vi sai hạn chế trượt

Việc trang bị bộ vi sai trên ô tô loại hạn chế trượt mang lại nhiều lợi ích thiết thực cho người lái và hiệu suất của xe. Lợi ích rõ ràng nhất là cải thiện độ bám đường trong các điều kiện khó khăn như mặt đường trơn trượt do mưa, băng, tuyết hoặc khi một phần bánh xe nằm trên bề mặt lỏng lẻo (cát, bùn). Khi vào cua và tăng tốc, LSD giúp phân phối lực kéo hiệu quả hơn, giảm thiểu tình trạng trượt bánh xe phía trong, từ đó tăng khả năng thoát cua và mang lại cảm giác lái thể thao, chắc chắn hơn. LSD cũng góp phần tăng tính ổn định cho xe, giảm thiểu nguy cơ bị “quăng đuôi” hay mất kiểm soát khi tăng tốc mạnh hoặc khi di chuyển trên đường gồ ghề, không đồng đều.

Bảo dưỡng bộ vi sai trên ô tô

Như bất kỳ bộ phận cơ khí nào, bộ vi sai trên ô tô cũng cần được bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo hoạt động hiệu quả và kéo dài tuổi thọ. Việc thay dầu vi sai theo khuyến cáo của nhà sản xuất là cực kỳ quan trọng. Dầu vi sai bôi trơn các bánh răng, giảm ma sát và tản nhiệt. Đối với các loại vi sai sử dụng khớp nối thủy lực hoặc nhiều đĩa, dầu còn đóng vai trò là môi chất truyền lực hoặc bôi trơn cho bộ ly hợp. Việc kiểm tra định kỳ để phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường như tiếng ồn lớn, rung lắc hoặc rò rỉ dầu cũng giúp ngăn ngừa những hư hỏng nghiêm trọng và đảm bảo an toàn khi xe vận hành.

Hiểu rõ về vai trò và nguyên lý hoạt động của bộ vi sai trên ô tô giúp người lái nhận thức được tầm quan trọng của bộ phận này đối với sự an toàn và hiệu suất vận hành. Việc bảo dưỡng định kỳ là cần thiết để hệ thống vi sai luôn hoạt động tốt nhất. Tại Brixton Việt Nam, chúng tôi tin rằng việc trang bị kiến thức về các bộ phận cấu thành nên một chiếc xe, dù là ô tô hay xe máy, đều rất quan trọng để bạn có những trải nghiệm lái an toàn và thú vị trên mọi hành trình.

---

FAQs về Bộ Vi Sai Trên Ô Tô

• Bộ vi sai trên ô tô có tác dụng gì?
  Bộ vi sai cho phép các bánh xe trên cùng một trục quay với tốc độ khác nhau, điều này cần thiết khi xe vào cua để tránh trượt lốp và duy trì sự ổn định.
• Vi sai tiêu chuẩn (mở) khác gì với vi sai hạn chế trượt (LSD)?
  Vi sai tiêu chuẩn phân phối mô-men xoắn bằng nhau cho cả hai bánh, dẫn đến việc bánh xe có độ bám thấp có thể quay tự do làm mất lực kéo của bánh còn lại. LSD hạn chế sự chênh lệch tốc độ giữa hai bánh, truyền lực kéo sang bánh có độ bám tốt hơn khi cần thiết.
• Làm thế nào để biết xe của tôi có trang bị LSD không?
  Thông tin này thường được ghi trong sách hướng dẫn sử dụng xe hoặc trên nhãn thông số kỹ thuật của xe. Đôi khi, có thể kiểm tra bằng cách nâng một bánh xe dẫn động lên khỏi mặt đất và thử quay nó (cần cẩn trọng và kiến thức kỹ thuật).
• Bộ vi sai hạn chế trượt có cần bảo dưỡng không?
  Có, bộ vi sai cần được thay dầu định kỳ theo khuyến cáo của nhà sản xuất để đảm bảo bôi trơn và hoạt động hiệu quả của các bộ phận bên trong.
• Khi nào bộ vi sai hạn chế trượt hoạt động?
  Bộ vi sai LSD hoạt động khi có sự chênh lệch tốc độ quay đáng kể giữa hai bánh xe trên cùng một trục, vượt quá ngưỡng cho phép, thường xảy ra khi vào cua, tăng tốc mạnh hoặc di chuyển trên bề mặt trơn trượt.
• Vi sai Torsen hoạt động dựa trên nguyên lý gì?
  Vi sai Torsen hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát giữa các bánh răng xoắn (worm gears) và bánh răng hành tinh (worm wheels), tự động phân phối lại mô-men xoắn dựa trên sự chênh lệch mô-men xoắn giữa hai bán trục.
• Bộ vi sai loại nhiều đĩa có ưu điểm gì?
  Ưu điểm của vi sai loại nhiều đĩa là khả năng điều chỉnh mức độ khóa linh hoạt thông qua cấu tạo bộ ly hợp và lò xo nén, cho phép phản ứng nhanh và truyền mô-men xoắn mạnh mẽ, phù hợp với xe hiệu suất cao.
• LSD có giúp xe tăng tốc nhanh hơn không?
  Có, LSD giúp giảm thiểu tình trạng trượt bánh khi tăng tốc, đặc biệt là khi xe bắt đầu di chuyển hoặc tăng tốc trên bề mặt có độ bám không đồng đều, từ đó giúp xe tăng tốc hiệu quả hơn.
• Bộ vi sai bị hỏng có dấu hiệu gì?
  Các dấu hiệu bộ vi sai bị hỏng có thể bao gồm tiếng ồn lạ (như tiếng rít, tiếng va đập) phát ra từ khu vực cầu xe, rung lắc, khó khăn khi vào cua, hoặc rò rỉ dầu vi sai.
• Bộ vi sai có ảnh hưởng đến việc lái xe hàng ngày không?
  Có, bộ vi sai đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự mượt mà và ổn định khi lái xe hàng ngày, đặc biệt là khi chuyển hướng, di chuyển qua các gờ giảm tốc hoặc trên đường có độ bám thay đổi.