Trong ngành công nghiệp ô tô, bánh răng xoắn thường được sử dụng trong hộp số xe thương mại bởi khả năng vận hành êm, giảm tiếng ồn và mang lại cảm giác sang số mượt mà. Tuy nhiên, khi bước vào môi trường đua xe, nơi hiệu suất và khả năng chịu tải được đặt lên hàng đầu, bánh răng thẳng lại trở thành lựa chọn được nhiều đội đua ưu tiên.
Khác biệt nằm ở thiết kế răng
Bánh răng thẳng có các răng được cắt vuông góc với trục quay, trong khi bánh răng xoắn sở hữu các răng nghiêng theo dạng xoắn ốc.
Với bánh răng xoắn, nhiều răng có thể tiếp xúc với nhau trong quá trình truyền động. Cách thiết kế này giúp lực được phân bổ đều hơn, đồng thời hạn chế tiếng ồn và rung động. Đây là những ưu điểm đặc biệt phù hợp với xe sử dụng hằng ngày.
Ngược lại, bánh răng thẳng có cấu tạo đơn giản hơn. Khi hai bánh răng ăn khớp, lực truyền chủ yếu theo phương tiếp tuyến, không tạo ra lực dọc trục đáng kể như ở bánh răng xoắn.
Chính đặc điểm này tạo ra những lợi thế quan trọng trong môi trường đua xe.
Giảm tổn hao, tăng khả năng truyền lực
Một trong những hạn chế của bánh răng xoắn là lực dọc trục phát sinh do góc nghiêng của răng. Lực này tác động lên trục, ổ bi và các bộ phận bên trong hộp số, buộc hệ thống phải được thiết kế để chịu thêm tải.
Bên cạnh đó, quá trình ăn khớp của bánh răng xoắn có thành phần ma sát trượt giữa các bề mặt răng. Ma sát này tạo ra nhiệt và gây ra một phần tổn hao năng lượng trong quá trình truyền động.
Với bánh răng thẳng, lực truyền giữa các răng có tính trực tiếp hơn và gần như không phát sinh lực dọc trục. Nhờ đó, năng lượng từ động cơ có thể được truyền tới hệ thống dẫn động với mức tổn hao thấp hơn.
Trong đua xe, nơi từng phần nhỏ của công suất đều có ý nghĩa, lợi thế này đặc biệt quan trọng.
Chịu được tải lớn trong điều kiện khắc nghiệt
Xe đua thường phải chịu những cú tăng tốc mạnh, phanh gấp và thay đổi tải liên tục. Hộp số vì thế phải chịu mô-men xoắn lớn trong thời gian dài.
Bánh răng thẳng có cấu tạo tương đối đơn giản và không phải xử lý lực dọc trục lớn như bánh răng xoắn. Điều này cho phép các kỹ sư tập trung thiết kế hộp số theo hướng chịu tải cao và tối ưu hóa khả năng truyền mô-men xoắn.
Trong nhiều loại xe đua, hộp số còn sử dụng cơ cấu dog box – dạng hộp số được thiết kế để sang số nhanh, thường kết hợp với bánh răng thẳng. Hệ thống này cho phép người lái thực hiện các thao tác sang số với tốc độ rất cao, phù hợp với yêu cầu trên đường đua.
Đơn giản, nhẹ và dễ bảo dưỡng
Một lợi thế khác của hộp số bánh răng thẳng là kết cấu tương đối đơn giản. Việc không phải xử lý tải dọc trục lớn giúp giảm yêu cầu đối với một số bộ phận như ổ đỡ và kết cấu vỏ hộp số.
Điều này có thể giúp giảm trọng lượng tổng thể của hệ thống truyền động – một yếu tố luôn được các đội đua quan tâm.
Trong đua xe, giảm vài kilogram không chỉ giúp chiếc xe nhẹ hơn mà còn có thể góp phần cải thiện khả năng tăng tốc, phanh và vận hành ở tốc độ cao.
Bên cạnh đó, hộp số xe đua thường được tháo lắp, kiểm tra và thay thế linh kiện thường xuyên. Kết cấu đơn giản giúp quá trình bảo dưỡng và sửa chữa diễn ra nhanh hơn, qua đó giảm thời gian xe phải nằm trong khu vực kỹ thuật.
Đổi lại là tiếng ồn lớn
Nếu bánh răng thẳng có nhiều ưu điểm về hiệu suất, thiết kế này cũng tồn tại một nhược điểm dễ nhận thấy: tiếng ồn.
Khi các răng thẳng lần lượt va vào nhau trong quá trình ăn khớp, chúng tạo ra âm thanh đặc trưng, thường được mô tả là tiếng hú hoặc tiếng rít của hộp số. So với bánh răng xoắn, tiếng ồn này lớn hơn đáng kể.
Bánh răng xoắn có ưu thế về độ êm bởi các răng ăn khớp dần dần và có nhiều răng cùng tham gia truyền lực tại một thời điểm. Đây cũng là lý do loại bánh răng này được sử dụng rộng rãi trên ô tô dân dụng.
Tuy nhiên, với xe đua, tiếng ồn thường không phải yếu tố được ưu tiên hàng đầu. Hiệu suất truyền động, độ bền và tốc độ sang số quan trọng hơn nhiều so với sự êm ái.
Không phải cứ xe đua là dùng bánh răng thẳng
Việc bánh răng thẳng phổ biến trong đua xe không có nghĩa mọi loại xe đua đều sử dụng cấu hình giống nhau. Lựa chọn bánh răng còn phụ thuộc vào loại xe, công suất động cơ, mô-men xoắn, quy định kỹ thuật của giải đấu và mục tiêu thiết kế.
Trong khi đó, xe thương mại phải cân bằng nhiều yếu tố như độ ồn, độ rung, độ bền, chi phí sản xuất và sự thoải mái của người sử dụng. Vì vậy, bánh răng xoắn vẫn là lựa chọn phổ biến trong các hộp số hiện đại.
Đáng chú ý, một số hộp số xe dân dụng vẫn sử dụng bánh răng thẳng ở số lùi do yêu cầu thiết kế và đặc điểm vận hành của cấp số này.
Hiệu suất được đặt lên trên sự êm ái
Sự khác biệt giữa bánh răng thẳng và bánh răng xoắn thực chất phản ánh hai mục tiêu thiết kế khác nhau.
Nếu ô tô dân dụng cần một hộp số êm ái, ít tiếng ồn và mang lại cảm giác thoải mái, xe đua lại ưu tiên hiệu suất truyền động, khả năng chịu tải, trọng lượng và tốc độ sang số.
Bởi vậy, tiếng hú lớn của bánh răng thẳng có thể là một nhược điểm đối với xe sử dụng hằng ngày, nhưng trên đường đua, đó lại là âm thanh đi kèm với một hệ thống truyền động được tối ưu cho hiệu suất.
Đó cũng là lý do bánh răng thẳng vẫn giữ vai trò quan trọng trong thế giới đua xe, nơi mỗi phần nhỏ của công suất, trọng lượng và thời gian đều có thể tạo ra khác biệt.
