Mọi xe dẫn động cầu trước và nhiều xe dẫn động bốn bánh đều dựa vào trục dẫn động phải truyền mô-men xoắn của động cơ tới một bánh xe liên tục chuyển động lên, xuống và sang bên so với hộp số. Trục đơn đó chở được hai khớp CV ở hai đầu đối diện, và mặc dù cả hai đều thuộc cùng một họ khớp nối vận tốc không đổi, chúng được thiết kế cho các vấn đề cơ học trái ngược nhau. Khớp gần nhất với hộp số sẽ hấp thụ hành trình lên xuống của hệ thống treo bằng cách trượt vào và ra, trong khi khớp gần trục bánh xe uốn cong theo một góc lái rộng mà không bao giờ bị trượt. Việc nhầm lẫn cả hai hoặc cho rằng một chiến lược thay thế duy nhất có hiệu quả cho cả hai là một trong những sai lầm phổ biến nhất trong dịch vụ trục xe và thường dẫn đến việc phải sửa chữa lặp lại trong một khoảng thời gian ngắn.
Bài viết này phân tích sự khác biệt về cấu trúc, chức năng và chẩn đoán giữa khớp bên trong và khớp bên ngoài, được hỗ trợ bởi dữ liệu mẫu mài mòn, hành vi tải trọng và quy trình kiểm tra thực tế mà các kỹ thuật viên và nhóm mua sắm có thể áp dụng trực tiếp.
Hầu hết người lái xe chỉ nghĩ đến trục xe khi một triệu chứng xuất hiện, nhưng hai khớp này bị lão hóa với tốc độ khác nhau tùy thuộc vào phong cách lái xe, điều kiện đường xá và thậm chí cả việc xe đỗ hoặc lùi thường xuyên như thế nào. Một chiếc xe được điều khiển chủ yếu trên các tuyến đường cao tốc thẳng sẽ tạo ra ít ứng suất quay hơn trên phạm vi khớp nối dốc của khớp bên ngoài, trong khi một phương tiện được sử dụng liên tục để đỗ xe chật hẹp trong đô thị và quay vòng hoàn toàn lặp đi lặp lại sẽ làm tăng tốc độ mài mòn của khớp bên ngoài trước khớp bên trong. Việc nhận biết sớm mô hình này cho phép cửa hàng tập trung thời gian kiểm tra vào nơi có nhiều khả năng phát hiện sự cố nhất về mặt thống kê, thay vì coi cả hai đầu trục đều có khả năng hỏng hóc như nhau trong mỗi lần ghé thăm.
Về mặt kỹ thuật, mối nối bên trong hầu như luôn là một khớp chìm và khớp bên ngoài hầu như luôn luôn là một khớp cố định . Sự khác biệt duy nhất này giải thích gần như mọi sự khác biệt được ghi lại ở phần sau của hướng dẫn này.
Khi hệ thống treo nén qua chỗ va chạm hoặc hạ xuống khi bị dốc, khoảng cách vật lý giữa hộp số và trục bánh xe sẽ thay đổi vài cm. Khớp bên trong được chế tạo với các rãnh bên trong và con lăn hoặc quả bóng cho phép khớp nối dạng ống lồng, rút ngắn hoặc kéo dài trục trong khi vẫn truyền lực quay. Nó thường hoạt động ở góc khớp nối nông hơn, thường dưới 20 độ, vì nhiệm vụ chính của nó là di chuyển tuyến tính chứ không phải uốn dốc.
Khớp bên ngoài nằm ngay phía sau trục bánh xe và phải duy trì tốc độ quay không đổi ngay cả khi bánh xe được quay mạnh để thực hiện thao tác đỗ xe. Các khớp cố định dạng bi loại này thường có thể khớp nối trong khoảng từ 40 đến 50 độ và thậm chí còn hơn thế nữa trong một số ứng dụng của xe nhỏ gọn, đồng thời truyền cùng một mô-men xoắn một cách trơn tru trong toàn bộ phạm vi. Bởi vì nó không cần thay đổi độ dài nên vòng đua bên trong của nó đóng chứ không phải mở, đó là lý do tại sao nó được mô tả là cố định.
Cả hai khớp nối thường được rèn từ thép hợp kim và vỏ cứng để tạo ra bề mặt bên ngoài chống mài mòn trên lõi cứng hơn, nhưng độ sâu làm cứng và độ hoàn thiện bề mặt được điều chỉnh khác nhau cho từng vai trò. Các rãnh bi của khớp ngoài được mài để có bề mặt hoàn thiện chặt hơn vì chúng hoạt động dưới tải trọng điểm cao hơn ở các góc dốc, nơi mà ngay cả những bất thường nhỏ trên bề mặt cũng có thể bắt đầu rỗ nhanh hơn so với ứng dụng ở góc thấp hơn. Các rãnh con lăn của khớp bên trong thường được hoàn thiện để trượt trơn tru thay vì tiếp xúc điểm thuần túy, vì các con lăn di chuyển qua lại dọc theo đường ray khi trục lao xuống thay vì nằm trong một vùng tiếp xúc quay.
Sự khác biệt về kỹ thuật bề mặt này cũng là lý do tại sao hư hỏng khớp nối bên ngoài thường tạo ra âm thanh lách cách sắc nét hơn, giống kim loại hơn khi bắt đầu rỗ, trong khi hư hỏng khớp nối bên trong có xu hướng tạo ra rung động hoặc rung lắc nhẹ hơn, hình thành dần dần khi các con lăn mất đi đường di chuyển trơn tru.
Bảng dưới đây tóm tắt những điểm khác biệt cơ học cốt lõi quan trọng nhất khi xác định, tìm nguồn cung ứng hoặc chẩn đoán một trong hai khớp. Việc đọc qua một hàng làm nổi bật sự thay đổi trong một thuộc tính, chẳng hạn như góc khớp nối, có xu hướng dẫn đến sự thay đổi tương ứng ở một thuộc tính khác, chẳng hạn như kiểu hư hỏng chủ yếu của khớp, thay vì các đặc điểm này tồn tại độc lập với nhau.
| Thuộc tính | Khớp trong | Khớp ngoài |
|---|---|---|
| Loại khớp sơ cấp | Lao xuống (chân máy hoặc bù đôi) | Đã sửa lỗi (loại bóng Rzeppa) |
| Góc khớp nối tối đa điển hình | 18 đến 26 độ | 40 đến 50 độ |
| Hành trình dọc trục | 20 đến 55 mm điển hình | Gần 0, độ dài cố định |
| Trình kích hoạt lỗi phổ biến | Ủng bị rách khiến cát bụi lọt vào các con lăn | Giày bị rách khiến cát bụi lọt vào đường bóng |
| Triệu chứng tiếng ồn chiếm ưu thế | Rung hoặc rung khi tăng tốc | Tiếng click khi rẽ |
| Trọng tâm khoảng thời gian dịch vụ điển hình | Kiểm tra bôi trơn ủng và con lăn | Kiểm tra tính toàn vẹn của giày và độ mòn của bóng |
Việc kiểm tra trực quan trục trục trước khi nó được tháo ra khỏi xe có thể cho thấy các dấu hiệu ban đầu về lỗi khởi động ở một trong hai đầu. Mỡ chảy dọc theo trục, một ủng cao su tách rời hoặc một rãnh sáng bóng trên vỏ kim loại đều chỉ ra một khớp cần được chú ý trước khi các vòng đua bên trong ghi điểm.
Sau khi cốp xe bị tách ra, chất bẩn thường đến khớp trong một số chu kỳ lái xe ngắn, đặc biệt là trong điều kiện ẩm ướt hoặc có nhiều sạn, do đó, việc kiểm tra trực quan ở trên không bao giờ được coi là tùy chọn trong quá trình bảo dưỡng định kỳ.
Thử nghiệm trên băng ghế đối với các khớp bị nhiễm bẩn cho thấy diễn biến khá dễ đoán sau khi ủng bị rách. Hoạt động xuyên tâm đo được lúc đầu tăng chậm, sau đó tăng tốc khi bề mặt cứng của vòng đua bị phá vỡ bởi các hạt mài mòn. Biểu đồ đường bên dưới theo dõi hoạt động phát bên trong trung bình ở khớp chân máy bên trong và khớp bi bên ngoài trong cùng khoảng thời gian mô phỏng sau khi khởi động không thành công.
Khớp bên ngoài thường có độ dâng cao hơn khi bị nhiễm bẩn, phần lớn là do các rãnh bi của nó hoạt động với dung sai chặt chẽ hơn và tải điểm cao hơn so với các kênh con lăn bên trong khớp chìm bên trong.
Để kết hợp những khác biệt về cấu trúc và chức năng, biểu đồ radar bên dưới cho điểm từng khớp nối theo năm thuộc tính thực tế trên thang điểm tương đối, với giá trị cao hơn cho thấy đặc tính mạnh hơn trong danh mục đó.
Biểu đồ cho thấy sự cân bằng có thể nhìn thấy được: khớp bên ngoài dẫn đến phạm vi khớp nối và khả năng chịu tải, trong khi khớp bên trong dẫn đến hành trình lao xuống và, trong các thiết kế chân máy, có xu hướng dễ bảo trì hơn vì các con lăn của nó thường có thể được kiểm tra mà không cần tháo rời hoàn toàn vỏ.
Bởi vì cả hai khớp có thể tạo ra các triệu chứng chồng chéo trong một số điều kiện nhất định, nên trình tự chẩn đoán có cấu trúc sẽ tránh được việc thay thế các bộ phận không cần thiết. Quy trình bên dưới phác thảo một trình tự kiểm tra thực tế.
Độ phức tạp thay thế là một sự khác biệt thực tế khác đáng để lập kế hoạch. Bởi vì khớp bên ngoài nằm ở đầu bánh xe của trục nên việc thay thế nó trên nhiều loại xe đòi hỏi phải tách giá đỡ trục và ép khớp ra khỏi trục, điều này thường tốn thêm thời gian so với việc bảo dưỡng khớp bên trong. Khớp bên trong, đặc biệt là thiết kế chân máy, đôi khi có thể sử dụng được bằng cách tháo vòng kẹp và trượt vỏ khớp ra khỏi đầu trục mà không cần phải làm xáo trộn cụm ổ trục hoặc ổ trục bánh xe.
Đối với các nhà quản lý đội xe lên lịch cho thời gian ngừng hoạt động, điều này có nghĩa là việc thay thế khớp nối bên ngoài thường phải được dự toán với nhiều thời gian tại cửa hàng hơn so với thay thế khớp nối bên trong trên cùng một chiếc xe, mặc dù bản thân các bộ phận đó có thể có giá tương tự nhau. Bỏ qua sự khác biệt này khi báo giá sửa chữa là nguyên nhân phổ biến khiến chi phí lao động bị đánh giá thấp.
Không có sự khác biệt nào trong số này là nhỏ khi lên lịch sửa chữa trong ngày. Một cửa hàng báo giá cả hai công việc ở cùng một mức giá cố định có thể định giá thấp công việc chung bên ngoài và định giá quá cao công việc chung bên trong, điều này theo thời gian có thể ảnh hưởng đến cả sự hài lòng của khách hàng và hiệu quả của kỹ thuật viên trong một lịch trình dịch vụ bận rộn.
Sau khi khớp được xác nhận là bị lỗi, việc tìm khớp thay thế chính xác quan trọng hơn là chỉ giá cả. Người mua đánh giá nhà cung cấp cụm khớp vận tốc không đổi cần xác nhận ba điều trước khi đặt hàng: số lượng và đường kính trục chính xác ở cả hai đầu trục, định mức góc khớp nối liên quan đến hình dạng lái của xe và liệu bộ khởi động được cung cấp có sử dụng vật liệu được xếp hạng cho phạm vi nhiệt độ vận hành dự kiến của ứng dụng hay không.
Đối với những người điều hành đội xe quản lý nhiều loại phương tiện, việc tiêu chuẩn hóa nhà cung cấp ghi rõ cả hai loại khớp nối theo một hệ thống tham chiếu sẽ giúp giảm nguy cơ đặt hàng sai chiều dài hoặc đánh giá khớp nối trong quá trình thay thế gấp rút. Nó cũng đơn giản hóa việc lập kế hoạch tồn kho, vì nhóm mua hàng làm việc từ một bảng thông số kỹ thuật được định dạng nhất quán, duy nhất có thể tham khảo chéo nhiều mẫu xe mà không cần tham khảo tài liệu riêng cho từng số bộ phận, điều này ngày càng trở nên có giá trị khi đội xe tăng về quy mô và chủng loại xe.
Bởi vì hư hỏng hầu như luôn bắt đầu từ việc ủng bị rách chứ không phải bị mòn đột ngột bên trong nên hầu hết việc bảo trì thực tế đều tập trung vào việc bảo vệ miếng đệm cao su hoặc nhựa nhiệt dẻo đó.
| Thói quen | lợi ích |
|---|---|
| Kiểm tra khởi động trực quan trong quá trình bảo dưỡng dầu định kỳ | Bắt nước mắt trước khi sạn vào khớp |
| Tránh va chạm vào lề đường và va chạm với ổ gà | Giảm tình trạng thủng khởi động đột ngột và nới lỏng kẹp |
| Làm sạch muối và bùn trên đường ở nếp gấp cốp xe | Ngăn ngừa nứt cao su tăng tốc |
| Siết chặt lại các kẹp khởi động sau khi lắp đặt | Ngăn chặn sự mất mát dầu mỡ chậm và ô nhiễm sớm |
Kết hợp với việc kiểm tra đi lại định kỳ, những thói quen này có thể kéo dài tuổi thọ khớp một cách đáng kể ở cả hai đầu trục, vì cả khớp chìm bên trong và khớp cố định bên ngoài đều có chung một điểm yếu cơ bản: vòng đệm bị tổn hại.
Cũng cần lưu ý rằng thông số kỹ thuật về mỡ không thể thay thế cho nhau giữa hai loại khớp nối trong mọi trường hợp. Tải trọng điểm cao hơn và khớp nối dốc hơn của khớp ngoài thường yêu cầu loại mỡ có công thức chống đùn dưới áp lực, trong khi chuyển động trượt của khớp bên trong được hưởng lợi từ công thức ưu tiên chuyển động tuyến tính trơn tru hơn khả năng chịu tải thuần túy. Việc sử dụng loại mỡ đa năng chung cho cả hai trong quá trình bảo trì có thể rút ngắn tuổi thọ của bất kỳ mối nối nào được thiết kế theo công thức chuyên dụng hơn.
Ở hầu hết các xe dẫn động cầu trước, khớp bên ngoài có xu hướng bị hỏng trước tiên vì nó hoạt động ở góc khớp nối rộng hơn và tiếp xúc nhiều hơn với các mảnh vụn trên đường gần bánh xe, nhưng cả hai đều có thể bị hỏng với tỷ lệ tương tự khi cốp bị rách và không được sửa chữa. Phong cách lái xe cũng đóng một vai trò quan trọng, vì các phương tiện được sử dụng nhiều để đỗ xe chật hẹp sẽ gây áp lực không cân xứng lên khớp bên ngoài so với các phương tiện chủ yếu lái trên đường rộng.
Khoảng cách ngắn ở tốc độ thấp thường có thể xảy ra, nhưng việc tiếp tục lái xe với khớp nối bị hỏng có nguy cơ khiến trục bị tách hoàn toàn, vì vậy, nên kiểm tra và thay thế kịp thời khi nhận thấy rung động hoặc tiếng kêu lạch cạch.
Không phải lúc nào cũng vậy. Nếu một khớp có dấu hiệu bị nhiễm bẩn và chiếc ủng còn lại còn nguyên vẹn và không thể đo được, thì chỉ thay thế khớp bị hỏng thường được chấp nhận, mặc dù nhiều cửa hàng thay cả hai khớp trong thời gian bảo dưỡng quãng đường cao để tránh cuộc gọi lao động lần thứ hai.
Khớp bên ngoài sử dụng thiết kế bóng và đường đua cố định được chế tạo đặc biệt cho chuyển động góc dốc, trong khi khớp bên trong ưu tiên lao theo trục để hấp thụ hành trình của hệ thống treo, do đó hình học bên trong của chúng được tối ưu hóa cho các loại chuyển động khác nhau.
Chất liệu ủng và điều kiện lái xe rất khác nhau, nhưng hướng dẫn chung là kiểm tra trực quan cả hai ủng trong mỗi khoảng thời gian bảo dưỡng định kỳ, vì một vết rách nhỏ có thể dẫn đến nhiễm bẩn toàn bộ khớp trong khoảng cách lái xe tương đối ngắn khi dầu mỡ bắt đầu thoát ra. Xe hoạt động ở những khu vực có mùa đông khắc nghiệt, đường nhiều muối hoặc thường xuyên sử dụng địa hình cần được kiểm tra thường xuyên hơn so với hướng dẫn chung đề xuất.