ASI101 - Chương 7: Trục các đăng, vi sai và cầu sau

Đáp án đúng: "They transmit torque to the road wheels". Cầu chủ động mang bán trục quay cùng bánh xe, nhận mômen từ truyền lực chính và vi sai rồi đưa thẳng ra bánh, nên nó là mắt xích cuối cùng biến công suất động cơ thành lực kéo tại vết tiếp xúc giữa lốp và mặt đường. Lựa chọn "They improve fuel efficiency" nhầm một hệ quả xa với chức năng: mức tiêu hao nhiên liệu do động cơ, tỉ số truyền và sức cản quyết định, bản thân cụm cầu còn thêm khối lượng và tổn hao ma sát. Lựa chọn "They reduce vehicle weight" ngược thực tế, vì vỏ cầu, bán trục và vi sai là khối lượng không được treo khá lớn. Lựa chọn "They enhance braking performance" gán nhầm vai trò của cơ cấu phanh, trợ lực và hệ chống bó cứng; cầu chỉ đỡ cụm phanh chứ không sinh ra lực phanh.

Đáp án đúng: "Biasing torque toward the wheel with more traction to reduce wheelspin". Vi sai mở luôn chia mômen đều hai bên, nên khi một bánh mất bám thì mômen truyền được của cả cầu tụt xuống bằng mức của bánh yếu. Vi sai hạn chế trượt thêm đĩa ma sát, khớp nhớt hoặc bánh răng tự hãm để tạo mômen hãm giữa hai bán trục, nhờ đó phần mômen dư được đẩy sang bánh còn bám và giảm quay trơn. Lựa chọn "Increasing steering angle at low speed" thuộc hình học lái và cơ cấu lái, không dính tới cách chia mômen trong cầu. Lựa chọn "Eliminating the need for a propeller shaft" sai vì vi sai vẫn phải nhận truyền động từ hộp số nên bố trí động cơ đặt dọc vẫn cần trục các đăng. Lựa chọn "Locking the axle permanently at highway speed" mô tả khoá cứng vi sai, điều không được phép khi chạy nhanh trên đường khô vì hai bánh đi quãng khác nhau lúc vào cua sẽ trượt lốp và quá tải truyền lực.

Đáp án đúng: "To absorb all stresses or final thrust generated by spinning, skidding, and pulling". Ở cầu kiểu bán trục giảm tải hoàn toàn, moayơ bánh xe quay trên hai ổ lăn lắp bên ngoài vỏ cầu, nên trọng lượng xe, lực bên khi trượt ngang, lực kéo và mômen uốn đều đi qua vỏ cầu; bán trục chỉ còn chịu xoắn thuần tuý, rút nó ra xe vẫn không sụp bánh. Lựa chọn "To improve fuel efficiency" không phải mục tiêu kết cấu, vì cách bố trí ổ lăn không đổi sức cản lăn hay hiệu suất động cơ. Lựa chọn "To reduce maintenance costs" đi ngược xu hướng, bởi thêm ổ lăn, moayơ và vòng chặn là thêm chi tiết phải bảo dưỡng. Lựa chọn "To decrease the weight of the axle shaft" chỉ là hệ quả phụ nhỏ; vỏ cầu buộc phải dày và nặng hơn để gánh toàn bộ tải nên cả cụm không nhẹ đi.

Đáp án đúng: "To connect the gearbox to the final drive". Trục các đăng truyền mômen xoắn từ đầu ra hộp số tới truyền lực chính trên cầu, đồng thời phải chịu được việc cầu nhún lên xuống: khớp các đăng cho phép đổi góc giữa hai đường trục, còn mối ghép then hoa trượt cho phép đổi chiều dài khi khoảng cách hộp số và cầu thay đổi theo hành trình treo. Lựa chọn "To support the vehicle's weight" sai vì tải trọng xe đi qua khung rồi xuống nhíp hoặc lò xo và cầu, trục các đăng không đỡ tải thẳng đứng. Lựa chọn "To provide steering assistance" thuộc về bơm trợ lực thuỷ lực hoặc mô tơ trợ lực điện gắn trên cơ cấu lái. Lựa chọn "To cool the engine" là việc của két nước, bơm nước và quạt gió, không liên quan tới đường truyền lực.

Đáp án đúng: "Live axles transmit power, while dead axles do not.". Cầu chủ động chứa truyền lực chính, vi sai và bán trục quay nên vừa đỡ tải vừa dẫn mômen ra bánh xe; cầu bị động chỉ là dầm hoặc trục đỡ, bánh quay trên ổ lăn lắp ngoài và không có đường truyền mômen nào đi qua. Lựa chọn "Live axles provide steering control, while dead axles do not." sai vì dẫn hướng là việc của cơ cấu lái, lại có cả cầu chủ động dẫn hướng lẫn cầu bị động dẫn hướng. Lựa chọn "Live axles are only used in trucks, while dead axles are for cars." sai thực tế, bởi xe con dẫn động cầu sau vẫn dùng cầu chủ động. Lựa chọn "Live axles are lighter than dead axles." ngược hẳn, do cầu chủ động mang thêm cả cụm bánh răng truyền lực chính và vi sai nên nặng hơn.

Đáp án đúng: "Allow left and right wheels to rotate at different speeds in a turn". Khi xe vào cua, bánh phía ngoài đi trên cung tròn bán kính lớn hơn nên quãng đường dài hơn bánh phía trong; nếu hai bánh bị khoá cứng trên cùng một trục thì một bánh buộc phải trượt, gây mòn lốp và mất bám. Bộ vi sai dùng các bánh răng hành tinh quay quanh trục chữ thập để chia mô men ra hai bán trục mà vẫn cho phép tốc độ hai bên khác nhau, tổng tốc độ hai bán trục luôn bằng hai lần tốc độ vỏ vi sai. Lựa chọn "Convert rotational motion to linear motion" mô tả cơ cấu kiểu thanh răng hay trục vít me, không phải vi sai vốn nhận chuyển động quay và trả ra chuyển động quay. Lựa chọn "Increase engine power" nhầm mô men với công suất: truyền lực chính nhân được mô men nhưng công suất chỉ do động cơ sinh ra và còn hao đi vì ma sát. Lựa chọn "Control brake pressure" là việc của xy lanh chính, van điều hoà lực phanh và bộ chống bó cứng, nằm ngoài đường truyền lực.

Đáp án đúng: "Less expense". Câu hỏi đòi một ưu điểm, mà truyền lực chính kiểu bánh răng côn có kết cấu đơn giản, ít chi tiết, gia công và lắp ráp dễ hơn các phương án như trục vít bánh vít, nên giá thành hạ; đó chính là lý do nó phổ biến trên cầu xe sản xuất hàng loạt. Lựa chọn "Increased weight" là điều nhà thiết kế tìm cách tránh, vì khối lượng cầu nằm phần lớn trong khối lượng không được treo, tăng lên sẽ làm xấu độ êm và độ bám đường. Lựa chọn "Reduced efficiency" đi ngược thực tế: cặp bánh răng côn ăn khớp lăn cho hiệu suất cao, tổn thất chỉ tăng đáng kể ở kiểu hypoid vì có trượt dọc răng. Lựa chọn "Noisy operation" cũng là nhược điểm chứ không phải ưu điểm, và răng côn xoắn được dùng chính vì nó chạy êm hơn răng côn thẳng nhờ nhiều răng cùng ăn khớp một lúc.

Đáp án đúng: "Angular misalignment between shafts". Trục các đăng nối hộp số đứng yên trên khung với cầu sau dao động theo hệ treo, nên hai đầu trục gần như không bao giờ nằm trên một đường thẳng; khớp kiểu Hooke dùng chạc chữ thập cho hai nạng quay quanh hai trục vuông góc, nhờ đó truyền mô men qua một góc lệch thay đổi liên tục. Lựa chọn "Axial displacement only" là việc của khớp trượt then hoa, bộ phận bù thay đổi chiều dài chứ không bù góc. Lựa chọn "Torsional vibration elimination" nhầm vai trò: dập dao động xoắn thuộc về bánh đà và giảm chấn xoắn trong ly hợp, còn bản thân khớp Hooke khi làm việc có góc lệch lại sinh biến thiên tốc độ hai lần mỗi vòng, phải bố trí hai khớp lệch pha mới khử được. Lựa chọn "Final drive ratio changes" thuộc cặp bánh răng quả dứa và vành chậu trong cầu, khớp các đăng không làm đổi tỉ số truyền.

Đáp án đúng: "Up and down". Khớp trượt tồn tại vì cầu sau đi lên xuống theo hệ treo: mỗi lần cầu nhún, khoảng cách từ đuôi hộp số tới cầu thay đổi, nên trục các đăng phải co dãn được, nếu không nó sẽ bị kéo hoặc ép dọc trục. Nói cách khác, chính nhờ khớp trượt mà cầu xe được tự do dịch chuyển theo phương thẳng đứng. Lựa chọn "Side to side" không đúng vì vị trí ngang của cầu do nhíp hoặc thanh Panhard định vị, khớp trượt không mở ra bậc tự do ngang. Lựa chọn "Forward and backward" mô tả đúng hướng trượt của ống then hoa, nhưng đó là chuyển động bên trong khớp để bù chiều dài, còn cầu xe bị nhíp hoặc thanh đẩy giữ chặt theo phương dọc để truyền lực kéo và phản lực phanh. Lựa chọn "In a circular motion" là chuyển động quay truyền mô men của trục, do khớp các đăng và ổ đỡ đảm nhiệm chứ không phải bậc tự do mà khớp trượt cho phép.

Đáp án đúng: "Between the axle casing and hub". Ở kiểu bán trục giảm tải ba phần tư, một ổ bi duy nhất được đặt giữa moay ơ bánh xe và đầu ngoài vỏ cầu, nên tải trọng thẳng đứng truyền từ moay ơ qua ổ bi vào vỏ cầu chứ không đi qua bán trục; bán trục chỉ còn chịu mô men xoắn cộng một phần mô men uốn do lực ngang khi quay vòng, vì vậy nó được giảm tải ba phần tư chứ không hoàn toàn. Lựa chọn "At the wheel hub only" thiếu mất nửa còn lại của đường truyền tải, vì ổ bi luôn cần hai vòng tựa và vòng kia phải tì vào vỏ cầu thì tải mới thoát khỏi bán trục. Lựa chọn "At the outer end of the axle" mô tả kiểu giảm tải một nửa, nơi ổ bi lắp thẳng lên thân bán trục nên trục vừa xoắn vừa uốn. Lựa chọn "Within the differential assembly" nói về ổ đỡ vỏ vi sai và trục quả dứa, chúng đỡ bộ truyền lực chính chứ không đỡ tải bánh xe.