Torque tube – Hệ thống ống mô-men xoắn hay ống xoắn là một công nghệ truyền lực và phanh bao gồm vỏ cố định xung quanh trục truyền động, thường được sử dụng trong ô tô có động cơ đặt trước và dẫn động cầu sau. Ống xoắn bao gồm một vỏ cố định có đường kính lớn giữa hộp số và phần cuối bao quanh hoàn toàn một trục truyền động bằng thép hình ống quay hoặc trục truyền động đặc có đường kính nhỏ để truyền sức mạnh của động cơ đến vi sai thông thường hoặc hạn chế trượt.
1. Ống Mô-Men Xoắn Là Gì?
Khác với hệ thống truyền động Hotchkiss phổ biến ngày nay, ống mô-men xoắn là một hệ thống truyền lực và phanh bao gồm một ống thép rỗng, đường kính lớn bao quanh trục truyền động (hay còn gọi là trục các-đăng). Ống này kết nối cứng giữa vỏ hộp số và vỏ cầu sau, tạo thành một “xương sống” vững chắc cho hệ thống truyền động. Bên trong ống, trục truyền động bằng thép, thường là dạng ống, quay tự do để truyền sức mạnh từ động cơ đến bộ vi sai và cuối cùng là bánh xe.
2. Cấu Tạo Chi Tiết Của Hệ Thống Ống Mô-Men Xoắn
Hệ thống này bao gồm các thành phần chính sau:
- Ống Mô-Men Xoắn (Torque Tube): Ống thép rỗng, đường kính lớn, là bộ phận bao bọc và bảo vệ trục truyền động.
- Trục Truyền Động (Drive Shaft): Trục thép (thường là dạng ống) nằm bên trong ống mô-men xoắn, truyền công suất từ hộp số đến cầu sau.
- Khớp Cầu (Torque Ball): Một khớp cầu đặc biệt, thường nằm ở đầu nối giữa ống mô-men xoắn và hộp số. Khớp cầu này cho phép ống mô-men xoắn và trục truyền động có thể chuyển động lên xuống theo dao động của hệ thống treo mà không gây xoắn hay gãy trục.
- Khớp Vạn Năng (Universal Joint – U-Joint): Thường là một khớp vạn năng đơn nằm bên trong khớp cầu, cho phép trục truyền động thay đổi góc nghiêng so với hộp số và cầu sau, đảm bảo truyền động trơn tru khi xe di chuyển trên địa hình không bằng phẳng. Một số thiết kế cao cấp, như các mẫu động cơ V8 của AMC Rambler 1963-1966, sử dụng khớp vạn năng kép đồng tốc để loại bỏ rung động.
- Thanh Ổn Định Ngang (Panhard Rod): Do ống mô-men xoắn chỉ kiểm soát chuyển động lên xuống, một thanh ổn định ngang (Panhard rod) thường được sử dụng để kiểm soát chuyển động ngang (sang hai bên) của cầu sau, giúp xe ổn định hơn khi vào cua.
3. Nguyên Lý Hoạt Động: “Phản Lực” Được Kiểm Soát
Tên gọi “Torque Tube” không đề cập đến mô-men xoắn của trục truyền động, mà là mô-men xoắn phản lực sinh ra khi bánh xe chủ động truyền lực xuống mặt đường.
Khi xe tăng tốc, lực kéo từ bánh xe sẽ tạo ra một mô-men xoắn phản lực lên vỏ cầu sau, có xu hướng làm “bốc đầu” xe. Ống mô-men xoắn, với kết cấu cứng vững nối liền hộp số và cầu sau, sẽ truyền toàn bộ lực phản lực này lên hộp số, động cơ và cuối cùng là khung xe thông qua các chân máy, giúp xe di chuyển về phía trước một cách ổn định. Ngược lại, khi phanh, mô-men xoắn ngược lại sẽ có xu hướng làm “chúi đầu” xe, và ống mô-men xoắn lại đóng vai trò tương tự để giữ ổn định.
4. So Sánh Với Hệ Thống Hotchkiss: Cuộc Chiến Giữa “Cứng Cáp” Và “Linh Hoạt”
| Đặc Điểm | Ống Mô-Men Xoắn (Torque Tube) | Hệ Thống Hotchkiss |
|---|---|---|
| Cấu Tạo | Ống thép bao quanh trục truyền động, kết nối cứng hộp số và cầu sau | Trục truyền động hở, cầu sau được treo trên lò xo lá hoặc tay đòn |
| Truyền Lực Kéo | Thông qua ống mô-men xoắn, truyền lên hộp số, động cơ và khung xe | Thông qua hệ thống treo (lò xo lá hoặc tay đòn) |
| Độ Cứng Vững | Cao, tạo cảm giác lái chắc chắn | Thấp hơn, linh hoạt hơn |
| Trọng Lượng | Nặng hơn | Nhẹ hơn |
| Dao Động | Ít dao động, ổn định hơn | Dễ bị dao động hơn, đặc biệt trên đường gồ ghề |
| Bảo Dưỡng | Phức tạp hơn | Đơn giản hơn |
| Chi Phí | Cao hơn | Thấp hơn |
| Ứng Dụng | Xe cổ điển, yêu cầu độ ổn định cao | Phổ biến trên xe hiện đại |
| Khớp các đăng | Thường dùng 1 khớp, có thể gây rung lắc nếu trục không thẳng | Dùng 2 khớp, triệt tiêu rung lắc |
| Thanh ổn định ngang | Thường phải dùng | Không cần thiết |
5. Ưu Và Nhược Điểm Của Ống Mô-Men Xoắn
Ưu Điểm:
- Ổn định vượt trội: Khả năng chống “bốc đầu” và “chúi đầu” tuyệt vời khi tăng tốc và phanh.
- Cảm giác lái chắc chắn: Kết cấu cứng vững mang lại cảm giác lái đầm chắc, ổn định, đặc biệt ở tốc độ cao.
- Kết cấu treo đơn giản: Cho phép sử dụng lò xo cuộn mềm, mang lại sự êm ái. Buick đã áp dụng từ năm 1937.
Nhược Điểm:
- Trọng lượng nặng: Ống thép lớn làm tăng trọng lượng tổng thể của xe và trọng lượng không được treo (unsprung weight), ảnh hưởng đến khả năng xử lý.
- Phức tạp: Cấu tạo phức tạp hơn, khó khăn hơn trong việc bảo dưỡng và sửa chữa.
- Chi phí cao: Chi phí sản xuất và lắp đặt cao hơn so với hệ thống Hotchkiss.
- Hiện tượng “nhảy đuôi” (Axle Hop): Do trọng lượng không được treo lớn, xe có thể bị “nhảy đuôi” khi vào cua nhanh hoặc di chuyển trên đường gồ ghề.
- Rung động do một khớp các đăng: Một số thiết kế chỉ dùng 1 khớp các đăng, dẫn đến trục truyền động bị rung lắc khi không thẳng hàng
6. Di Sản Và Ứng Dụng Hiện Nay
Ống mô-men xoắn từng là trang bị tiêu chuẩn trên nhiều mẫu xe cổ điển, đặc biệt là các dòng xe của Buick, Ford, và một số mẫu xe Chevrolet. Tuy nhiên, với sự phát triển của hệ thống treo độc lập và ưu điểm về trọng lượng nhẹ, chi phí thấp của hệ thống Hotchkiss, ống mô-men xoắn dần bị thay thế.
Ngày nay, hệ thống này hầu như không còn được sử dụng trên xe hơi thương mại. Tuy nhiên, nó vẫn là một phần quan trọng trong lịch sử kỹ thuật ô tô và là một giải pháp cơ khí thú vị đáng để tìm hiểu.
Ống mô-men xoắn là một minh chứng cho sự sáng tạo và tinh tế trong kỹ thuật cơ khí ô tô thời kỳ đầu. Dù không còn phổ biến, nó vẫn là một phần quan trọng trong lịch sử phát triển của ngành công nghiệp ô tô, và hiểu rõ về nó sẽ giúp chúng ta trân trọng hơn những tiến bộ công nghệ mà chúng ta đang thừa hưởng ngày nay. Hy vọng bài viết này đã mang đến cho bạn cái nhìn toàn diện và chi tiết hơn về hệ thống truyền động độc đáo này.
