Drive shaft là một thuật ngữ kỹ thuật, được dịch ra có nghĩa là Trục truyền động, hay trục các đăng (Trong tiếng anh bao gồm các thuật ngữ: driveshaft, driving shaft, tailshaft, propeller shaft, Cardan shaft) là một bộ phận để truyền công suất cơ học, mô-men xoắn và vòng quay, thường được sử dụng để kết nối các bộ phận khác của một hệ thống truyền động không thể kết nối trực tiếp do khoảng cách hoặc nhu cầu cho phép chuyển động tương đối giữa chúng. Trên ô tô, Trục truyền động là một bộ phận của hệ truyền động trên ô tô truyền mô-men xoắn từ hộp số đến bộ vi sai, sau đó bộ vi sai truyền mô-men xoắn này tới các bánh xe chủ động để xe chạy.
Là vật mang mô-men xoắn, các trục truyền động phải chịu ứng suất xoắn và lực cắt, tương đương với sự chênh lệch giữa mô-men xoắn đầu vào và tải trọng. Do đó, chúng phải đủ khỏe để chịu được áp lực, đồng thời tránh quá nhiều trọng lượng bổ sung vì điều đó sẽ làm tăng quán tính của chúng.
Để cho phép các thay đổi về hướng thẳng hàng và khoảng cách giữa các bộ phận truyền động, các trục truyền động thường kết hợp một hoặc nhiều khớp nối vạn năng (universal joints), khớp nối hàm (jaw couplings), hoặc khớp nối giẻ (rag joint), và đôi khi là khớp nối ghép then (splined joint) hoặc khớp nối lăng trụ (prismatic joint), cơ bản như mọi người thường biết đến là khớp các đăng.
Lịch sử
Thuật ngữ driveshaft (trục truyền động) lần đầu tiên xuất hiện vào giữa thế kỷ 19. Trong bằng phát hành lại bằng sáng chế năm 1861 của Stover cho máy bào và khớp, thuật ngữ này được sử dụng để chỉ trục truyền động bằng dây đai mà máy được truyền động. Thuật ngữ này không được sử dụng trong bằng sáng chế ban đầu của ông. Một cách sử dụng ban đầu khác của thuật ngữ này xảy ra trong lần cấp lại bằng sáng chế năm 1861 cho máy cắt cỏ do ngựa kéo của Watkins và Bryson. Ở đây, thuật ngữ này đề cập đến trục truyền lực từ các bánh xe của máy đến bộ truyền bánh răng làm việc cho cơ cấu cắt.
Vào những năm 1890, thuật ngữ này bắt đầu được sử dụng theo cách gần với nghĩa hiện đại hơn. Ví dụ, vào năm 1891, Battles gọi trục giữa hộp số và xe tải dẫn động của đầu máy Climax của mình là trục truyền động, còn Stillman gọi trục liên kết trục khuỷu với trục sau của chiếc xe đạp dẫn động bằng trục của mình là trục truyền động. Vào năm 1899, Bukey đã sử dụng thuật ngữ này để mô tả trục truyền lực từ bánh xe đến máy truyền động bằng một khớp nối vạn năng trong Horse-Power của ông. Cùng năm đó, Clark đã mô tả Marine Velocipede của mình bằng cách sử dụng thuật ngữ này để chỉ trục dẫn động bằng bánh răng truyền lực qua một khớp nối vạn năng đến trục các đăng. Crompton đã sử dụng thuật ngữ này để chỉ trục giữa hộp số của chiếc Xe cơ giới chạy bằng hơi nước năm 1903 của ông và trục truyền động.
Công ty tiên phong trong ngành công nghiệp ô tô, Autocar, là công ty đầu tiên sử dụng trục truyền động trong ô tô chạy bằng xăng. Được chế tạo vào năm 1901, ngày nay chiếc xe này nằm trong bộ sưu tập của Viện Smithsonian.
Trục truyền động ô tô
Ô tô có thể sử dụng một trục dọc để cung cấp năng lượng từ động cơ/hộp số đến cầu chủ động (bộ vi sai) của xe trước khi truyền tới các bánh xe. Tiếp đó, một cặp trục truyền động ngắn thường được sử dụng để truyền lực từ bộ vi sai trung tâm, hộp số đến các bánh xe – được gọi là các bán trục.
Động cơ đặt trước, dẫn động bánh sau RWD
Ở các phương tiện động cơ đặt trước, dẫn động cầu sau, yêu cầu trục truyền động dài hơn để truyền lực theo chiều dài của xe. Hai hình thức chiếm ưu thế: Ống xoắn torque tube với một khớp vạn năng duy nhất và Hotchkiss phổ biến hơn với hai khớp trở lên. Hệ thống này được gọi là Système Panhard sau khi công ty ô tô Panhard et Levassor đã được cấp bằng sáng chế cho nó.
Hầu hết các loại xe này đều có bộ ly hợp và hộp số được gắn trực tiếp trên động cơ, với trục truyền động dẫn đến hệ truyền động cuối cùng ở trục sau (vi sai). Với thiết lập này thì trục truyền động không quay khi xe đứng yên. Một số loại xe (thường là xe thể thao, chẳng hạn như Chevrolet Corvette C5/C6/C7, Alfa Romeo Alfetta và Porsche 924/944/928), muốn cải thiện sự cân bằng trọng lượng giữa phía trước và phía sau, sử dụng hộp số gắn phía sau.
Ở một số mẫu xe không phải của Porsche, vị trí này đặt bộ ly hợp và hộp số ở phía sau xe và trục truyền động giữa chúng và động cơ. Trong trường hợp này, trục truyền động quay liên tục cùng với động cơ, kể cả khi xe đứng yên và không về số. Tuy nhiên, các mẫu xe Porsche 924/944/928 có ly hợp được gắn ở phía sau động cơ trong vỏ và trục truyền động từ đầu ra ly hợp, nằm bên trong ống xoắn bảo vệ rỗng, truyền lực tới hộp số gắn phía sau. (hộp số + vi sai). Do đó, trục truyền động của Porsche chỉ quay khi các bánh sau đang quay vì bộ ly hợp gắn trên động cơ có thể tách chuyển động quay của trục khuỷu động cơ khỏi trục truyền động.
Trục truyền động nối bộ vi sai cầu sau với bánh sau có thể được gọi là bán trục half-shaft. Cái tên này bắt nguồn từ thực tế là cần có hai trục như vậy để tạo thành một trục sau.
Những chiếc ô tô đời đầu thường sử dụng cơ cấu truyền động xích hoặc truyền động dây đai hơn là trục truyền động. Một số sử dụng máy phát điện và động cơ để truyền năng lượng tới các bánh xe.
Dẫn động bánh trước FWD
Trong tiếng Anh Anh, thuật ngữ trục dẫn động được giới hạn ở một trục ngang truyền lực tới các bánh xe, đặc biệt là các bánh trước. Trục nối hộp số với bộ vi sai cầu sau được gọi là “trục chân vịt”, “trục đẩy” hay trục các đăng (propeller shaft, hoặc prop-shaft). Cụm trục các đăng bao gồm trục các đăng, khớp trượt và một hoặc nhiều khớp vạn năng. Trường hợp động cơ và các trục được tách rời nhau, như trên xe dẫn động bốn bánh và bánh sau, trục các đăng làm nhiệm vụ truyền lực truyền động do động cơ tạo ra đến các cầu.
Một số loại trục truyền động khác nhau được sử dụng trong ngành công nghiệp ô tô:
- Trục truyền động một mảnh (One-piece drive shaft)
- Trục truyền động hai mảnh (Two-piece drive shaft)
- Trục truyền động ống trượt (Slip-in-tube drive shaft)
Trục truyền động dạng ống trượt là loại mới giúp cải thiện độ an toàn khi va chạm. Nó có thể được nén lại để hấp thụ năng lượng trong trường hợp xảy ra va chạm, vì vậy còn được gọi là “trục truyền động có thể thu gọn” (collapsible drive shaft).
Dẫn động bốn bánh (4WD) và tất cả các bánh (AWD)
Loại hệ dẫn động này phát triển từ cách bố trí dẫn động cầu sau động cơ phía trước. Phát sinh một dạng truyền động mới được gọi là hộp chuyển đổi/hộp phân phối được đặt giữa hộp số và truyền động cuối cùng ở cả hai trục. Điều này chia dẫn động thành hai trục và cũng có thể bao gồm các bánh răng giảm tốc, ly hợp hoặc vi sai. Ít nhất hai trục truyền động được sử dụng, từ hộp phân phối đến mỗi trục. Ở một số phương tiện lớn hơn, hộp phân phối được gắn ở trung tâm của chiếc xe và được truyền động bởi một trục truyền động ngắn. Ở những chiếc xe sedan hoặc SUV, trục truyền động tới trục trước ngắn hơn đáng kể và có khớp nối dốc hơn so với trục sau, làm cho việc chế tạo một trục truyền động đáng tin cậy trở thành một vấn đề kỹ thuật khó khăn hơn và có thể liên quan đến một dạng khớp nối vạn năng phức tạp hơn.
Những chiếc xe hạng nhẹ hiện đại với hệ dẫn động tất cả các bánh (đặc biệt là Audi hoặc Fiat Panda) có thể sử dụng một hệ thống gần giống với cách bố trí dẫn động cầu trước hơn. Hộp số và truyền động cuối cùng cho trục trước được kết hợp thành một vỏ bên cạnh động cơ và một trục truyền động duy nhất chạy dọc theo chiều dài của ô tô đến trục sau. Đây là một thiết kế được ưa chuộng khi mô-men xoắn được phân bổ cho bánh trước để mang lại khả năng xử lý tốt hoặc khi nhà sản xuất muốn sản xuất cả ô tô dẫn động bốn bánh và dẫn động cầu trước với nhiều bộ phận dùng chung.
Trục truyền động xe máy
Trục truyền động đã được sử dụng trên xe máy từ trước Thế chiến thứ nhất, chẳng hạn như xe máy FN của Bỉ từ năm 1903 và xe máy Stuart Turner Stellar năm 1912. Là một giải pháp thay thế cho bộ truyền động xích và dây đai, trục truyền động mang lại khả năng vận hành lâu dài, sạch sẽ và tương đối không cần bảo trì. Một nhược điểm của truyền động trục trên xe máy là cần có bánh răng xoắn ốc, bánh răng côn xoắn ốc hoặc tương tự để chuyển lực 90° từ trục sang bánh sau, làm mất một số công suất trong quá trình này.
BMW đã sản xuất xe máy truyền động trục từ năm 1923; và Moto Guzzi đã chế tạo động cơ V-twin truyền động bằng trục từ những năm 1960. Công ty Anh Quốc, Triumph và các thương hiệu lớn của Nhật Bản, Honda, Suzuki, Kawasaki và Yamaha, đã sản xuất xe máy dẫn động trục.
Động cơ xe máy được bố trí sao cho trục khuỷu nằm dọc và song song với khung thường được sử dụng cho xe máy dẫn động bằng trục. Điều này cho phép chỉ cần một vòng quay 90° trong quá trình truyền lực, thay vì hai lần. Những chiếc xe của Moto Guzzi và BMW, cùng với dòng Triumph Rocket III và Honda ST đều sử dụng cách bố trí động cơ này.
Xe máy có truyền động trục phải chịu hiệu ứng trục, trong đó khung xe leo lên khi truyền dẫn công suất. Hiệu ứng này, trái ngược với hiệu ứng được thể hiện ở xe máy truyền động bằng xích, được chống lại bằng các hệ thống như Paralever của BMW, CARC của Moto Guzzi và Tetra Lever của Kawasaki.
Trục truyền động xe đạp
Trục truyền động đã từng được dùng như một giải pháp thay thế cho bộ truyền động bằng xích trên xe đạp trong thế kỷ qua, nhưng chưa bao giờ trở nên phổ biến. Xe đạp chạy bằng trục có một số ưu điểm và nhược điểm:
Ưu điểm:
- Hệ thống truyền động ít có khả năng bị kẹt.
- Người lái không thể bị bẩn do dầu mỡ xích hoặc bị thương do xích cắn vào khi quần áo hoặc bộ phận cơ thể mắc vào giữa xích không có bảo vệ và đĩa xích.
- Bảo dưỡng ít hơn so với hệ thống xích khi trục truyền động được đặt trong một ống.
- Hiệu suất nhất quán hơn. Dynamic Bicycles tuyên bố rằng xe đạp có trục truyền động có thể mang lại hiệu suất 94%, trong khi xe đạp truyền động bằng xích có thể mang lại hiệu quả từ 75 đến 97% tùy theo điều kiện.
Nhược điểm:
- Hệ thống trục truyền động nặng hơn hệ thống xích, thường nặng hơn 0,5–1 kg.
- Nhiều ưu điểm mà những người ủng hộ trục truyền động khẳng định có thể đạt được trên xe đạp dẫn động bằng xích, chẳng hạn như che xích và đĩa xích.
- Không thể sử dụng các bánh răng derailleur nhẹ với số tỷ số cao, mặc dù có thể sử dụng các bánh răng trung tâm.
- Việc tháo bánh xe có thể phức tạp trong một số thiết kế (như đối với một số xe đạp truyền động bằng xích có bánh răng trung tâm).
