Khớp lái chéo so với khớp nối xe tải hạng nặng: Chức năng, thông số kỹ thuật & cách chăm sóc

A khớp chéo lái và một khớp nối trục truyền động xe tải hạng nặng cả hai đều được chế tạo dựa trên cùng một thiết kế cốc chéo và ổ đỡ bốn trục, nhưng chúng phục vụ các chức năng cơ bản khác nhau và thất bại theo những cách khác nhau rõ ràng. Khớp chéo lái truyền đầu vào quay từ vô lăng xuống trụ tới thanh răng hoặc hộp số theo một góc; khớp vạn năng của đường truyền động truyền mô-men xoắn của động cơ từ hộp số đến trục thông qua trục truyền động. Bắt sai một trong hai - sai dòng, sai lịch bôi trơn hoặc chạy vượt quá góc vận hành - dẫn đến hỏng hóc sớm, vấn đề xử lý hoặc trong trường hợp nghiêm trọng, mất hoàn toàn khả năng lái hoặc kiểm soát đường truyền.

Các phần bên dưới đề cập đến cách thức hoạt động của từng loại, cách xác định sớm hư hỏng và thông số kỹ thuật nào quan trọng nhất khi lựa chọn hoặc bảo trì chúng trên xe tải hạng nặng.

Khớp chéo lái là gì và nó hoạt động như thế nào

Khớp chéo lái, còn được gọi là khớp chữ U trục lái hoặc khớp vạn năng trục trung gian, nằm giữa cột vô lăng và giá lái hoặc hộp số. Nhiệm vụ của nó là truyền đầu vào quay của người lái một cách liên tục và trơn tru qua góc tạo thành giữa cột lái và bánh lái - một góc tồn tại ở hầu hết mọi loại xe vì cột không thể chạy theo một đường thẳng hoàn hảo từ vô lăng đến giá đỡ.

Bên trong khớp, một mảnh hình chữ thập (con nhện hoặc chữ thập) xoay trong bốn cốc chịu lực, mỗi cốc được đóng gói bằng các vòng bi kim. Khi trục lái quay, chữ thập truyền chuyển động quay đó thông qua việc thay đổi góc mà không bị ràng buộc hoặc thay đổi tốc độ, cho phép người lái cảm nhận được phản hồi lái tự nhiên thay vì độ cứng cơ học hoặc điểm chết.

Khớp chữ U lái đơn so với đôi (DD)

Hầu hết các xe chở khách và xe thương mại hạng nhẹ đều sử dụng một khớp chữ U lái duy nhất, xử lý các góc trục lên tới khoảng 35 độ. Trong trường hợp hình dạng cột yêu cầu một góc từ 35 đến 70 độ — phổ biến trong xe nâng, lắp đặt cột lái tùy chỉnh và một số xe tải hạng nặng — khớp Cardan đôi (DD) hoặc trục trung gian dạng ống lồng với hai khớp chữ U được sử dụng để chia góc lớn hơn thành hai góc nhỏ hơn, giữ cho mỗi khớp riêng lẻ nằm trong phạm vi hoạt động trơn tru của nó.

Các triệu chứng hư hỏng đặc trưng ở khớp chéo lái

Bởi vì khớp chữ U của trục lái hoạt động với mô-men xoắn tương đối thấp so với khớp chữ U của trục truyền động nên nó hiếm khi bị hỏng do có tiếng ồn lớn hoặc gãy đột ngột. Nó thường xuống cấp dần dần và các triệu chứng đủ cụ thể để phân biệt với các vấn đề khác về hệ thống lái.

• Ràng buộc ở một góc lái cụ thể: Vô lăng tạm thời bị cứng hoặc khó quay ở một vị trí cụ thể - sau đó lại dễ dàng - là triệu chứng dễ chẩn đoán nhất của khớp chữ U lái bị mòn. Điều này xảy ra do một ổ kim bị khô hoặc bị ăn mòn bị kẹt khi nó đi qua vị trí đó trong quá trình quay.
• Tiếng lạch cạch hoặc tiếng click khi rẽ: Khớp lỏng hoặc khô tạo ra tiếng gõ hoặc tiếng tách rõ rệt khi đánh lái chậm, đặc biệt khi chuyển hướng từ khóa này sang khóa khác
• Khoảng chơi tự do quá mức trên vô lăng: Khớp bị mòn dẫn đến lỏng lẻo dẫn đến bánh xe quay quá mức trước khi bất kỳ chuyển động thực tế nào của bánh xe trên đường xảy ra - người lái xe phải điều chỉnh bánh xe liên tục để giữ một đường thẳng
• Tiếng kêu lạch cạch trên bề mặt gồ ghề: Khớp chữ U của trục lái phía dưới, nằm bên trong khoang động cơ, chịu tác động của chu trình nhiệt và độ ẩm. Khớp bị lỏng hoặc bị kẹt một phần sẽ truyền chấn động trên đường dưới dạng tiếng lạch cạch xuyên qua cột

Sự khác biệt giữa vấn đề khớp chữ U lái và vấn đề bơm trợ lực lái là thực tế: nếu độ cứng chỉ xảy ra ở một góc cụ thể thì đó là khớp chữ U. Nếu cảm giác lái nặng đều ở tất cả các vị trí thì nguyên nhân có nhiều khả năng xảy ra hơn là bơm trợ lực lái hoặc mức dầu.

Khớp nối vạn năng của đường truyền xe tải hạng nặng: chúng khác nhau như thế nào

Ở xe tải hạng nặng, khớp vạn năng trục truyền động hoạt động theo các yêu cầu cơ học hoàn toàn khác nhau. Nó phải truyền toàn bộ mô-men xoắn của hệ thống truyền động của động cơ - có thể là vài nghìn pound-feet trên xe bán tải hoặc xe tải dạy nghề có tải - liên tục, ở tốc độ, thông qua các góc vận hành thay đổi theo khớp nối và tải trọng của hệ thống treo. Trong khi khớp chữ U xử lý mô-men xoắn thấp ở các góc khiêm tốn thì khớp nối chữ U của đường dẫn động xe tải nặng xử lý mô-men xoắn cực đại ở các góc khác nhau trong hàng triệu chu kỳ.

Cấu trúc bên trong giống nhau — một chữ thập có bốn cốc chịu lực — nhưng các bộ phận lớn hơn đáng kể, ổ kim nhiều hơn và được nối đất chính xác hơn, đồng thời hệ thống bịt kín chắc chắn hơn để giữ chất bôi trơn bên trong và các chất gây ô nhiễm thoát ra ngoài khi đường phun, chỗ băng qua đường và môi trường nhiều bụi.

Các khớp nối có thể bôi trơn và bịt kín

Khớp chữ U dẫn động cho xe tải hạng nặng có hai cấu hình bôi trơn. Các khớp nối có thể bôi trơn có khớp nối mỡ (Zerk) trên chữ thập cho phép định kỳ bơm mỡ mới vào cốc ổ trục, tẩy sạch chất bẩn và bổ sung màng bôi trơn. Các khớp bịt kín được đóng gói tại nhà máy và không cần bôi trơn bảo trì nhưng không thể bảo trì nếu bị nhiễm bẩn - khi chúng bị hỏng, chúng sẽ được thay thế thay vì bôi trơn lại. Đối với xe tải thương mại hạng nặng hoạt động trong điều kiện ẩm ướt, lầy lội hoặc nhiệt độ cao, các mối nối có thể bôi trơn là tiêu chuẩn vì mỡ đóng vai trò vừa là chất bôi trơn vừa là rào cản tích cực chống lại sự xâm nhập của hơi ẩm.

Ký hiệu dòng SAE và công suất mô-men xoắn cho khớp chữ U xe tải nặng

Khớp chữ U dẫn động cho xe tải hạng nặng được sản xuất theo ký hiệu dòng SAE để xác định kích thước vật lý của chữ thập và cốc chịu lực, và nói rộng ra là công suất mô-men xoắn của khớp. Chọn sai dòng cho công suất mô-men xoắn động cơ của xe tải là một trong những lỗi phổ biến nhất trong sửa chữa trục truyền động và dẫn đến hỏng hóc nhanh chóng bất kể khớp nối được bảo dưỡng tốt như thế nào.

Quy tắc góc hoạt động cho tất cả các dòng là nhất quán: góc vận hành càng lớn thì công suất mô-men xoắn hữu dụng và tuổi thọ sử dụng càng thấp . Một khớp nối chạy ở góc vận hành 5 độ sẽ mòn nhanh hơn đáng kể so với khớp nối tương tự ở 3 độ ngay cả khi tải mô-men xoắn giống nhau, đó là lý do tại sao việc lắp đặt trục truyền động trên xe tải hạng nặng bao gồm việc kiểm tra và hiệu chỉnh các góc đầu ra của bánh răng và hộp số chứ không chỉ lắp đặt trục và phần cứng.

Triệu chứng hư hỏng của khớp chữ U dẫn động xe tải hạng nặng

Lỗi khớp chữ U của đường truyền động ở xe tải hạng nặng biểu hiện khác với lỗi khớp lái. Các lực liên quan cao hơn và hậu quả của các triệu chứng bị bỏ qua sẽ nghiêm trọng hơn, thậm chí có thể bao gồm cả việc tách trục truyền động hoàn toàn.

• Rung động nhịp nhàng tăng theo tốc độ: Khớp bị mòn làm cho trục truyền động quay hơi mất cân bằng, tạo ra cảm giác rung qua ghế, sàn cabin hoặc vô lăng, tình trạng này trở nên trầm trọng hơn khi tốc độ đường tăng lên và có thể giảm đi ở một số tốc độ cộng hưởng nhất định
• Rung lắc khi cấp nguồn: Cảm giác giật hoặc rùng mình khi rời khỏi điểm dừng hoặc nhấn ga khi có tải cho thấy khớp không còn có thể truyền mô-men xoắn một cách trơn tru - thường xảy ra khi khớp bị mòn nghiêm trọng hoặc cốc chịu lực đã bắt đầu tuột ra khỏi lỗ khoan của nó.
• Tiếng kêu hoặc tiếng lạch cạch ở tốc độ thấp: Khớp khô tạo ra tiếng kêu có nhịp điệu khi di chuyển chậm; khớp lỏng lẻo hoặc nứt tạo ra tiếng kêu hoặc tiếng nổ trong quá trình gắn kết
• Sự mất mỡ có thể nhìn thấy xung quanh khớp: Mỡ rơi xuống mặt dưới của xe tải gần trục truyền động cho thấy vòng đệm trên cốc chịu lực bị hỏng, dấu hiệu vật lý đầu tiên cho thấy khớp nối đã quá thời hạn sử dụng

Ưu tiên bảo trì và kiểm tra cho cả hai loại khớp

Các yêu cầu bảo trì đối với khớp nối lái và khớp nối chữ U của đường dẫn động xe tải hạng nặng khác nhau đáng kể do môi trường vận hành của chúng khác nhau.

Khớp chéo lái

Hầu hết các khớp chữ U của trục lái hiện đại đều được bịt kín tại nhà máy và dán nhãn không cần bảo trì. Ở nhiều ô tô và xe tải nhẹ, chúng tồn tại suốt đời xe mà không cần bảo dưỡng. Chế độ hỏng hóc hầu như luôn là do hơi ẩm xâm nhập và ăn mòn hơn là bị cạn kiệt dầu bôi trơn, đó là lý do tại sao khớp trục lái phía dưới - nằm trong khoang động cơ và tiếp xúc với chu trình nhiệt, nước phun trên đường và thỉnh thoảng rửa bằng áp lực - lại hỏng thường xuyên hơn nhiều so với khớp trên. Việc kiểm tra bao gồm việc giữ chắc cột và cảm nhận bất kỳ hoạt động nào ở khớp, đồng thời xoay từ từ vô lăng đồng thời cảm nhận bất kỳ điểm ràng buộc hoặc gồ ghề nào trong một vòng quay hoàn toàn.

Khớp chữ U dẫn động xe tải hạng nặng

Đối với xe tải thương mại hạng nặng có khớp nối trục truyền động được bôi trơn, khớp khô là nguyên nhân hàng đầu gây hư khớp chữ U sớm và hoàn toàn có thể phòng ngừa được bằng chương trình bôi trơn nhất quán. Danh sách kiểm tra thực tế để bảo trì khớp chữ U xe tải hạng nặng:

1. Bôi trơn từng khớp nối Zerk vào mỗi khoảng thời gian PM theo lịch trình - mỡ phải được tẩy sạch rõ ràng khỏi các vòng đệm cốc chịu lực để xác nhận các đường dẫn thông thoáng và chất bẩn đang bị trục xuất
2. Kiểm tra trục truyền động xem có vết rỉ sét, dầu mỡ khô hoặc vết dính dầu mỡ trong mỗi lần kiểm tra gầm xe tải hay không, vì những dấu hiệu này cho thấy vòng đệm bị hỏng trước khi khớp có triệu chứng rõ ràng
3. Kiểm tra góc vận hành ở đầu ra hộp số và chốt bánh răng bất cứ khi nào chiều cao gầm của xe tải thay đổi - tải trọng, sửa đổi hệ thống treo hoặc túi khí bị mòn đều thay đổi góc vận hành và làm tăng tốc độ mòn khớp
4. Xác nhận dòng SAE chính xác cho bất kỳ mối nối thay thế nào dựa trên thông số mô-men xoắn động cơ của xe tải, không chỉ các kích thước vật lý; một khớp nối tiếp có kích thước phù hợp nhưng được đánh giá thấp hơn sẽ bị hỏng nhanh chóng khi đầy tải
5. Thay các khớp chữ U theo cặp trên trục truyền động hai khớp - nếu một khớp đã mòn đến mức cần phải thay thế, thì khớp kia đã gặp phải các điều kiện sử dụng tương tự và thường sẽ hỏng ngay sau