Làm thế nào để tàu hỏa cua rẽ mà không cần có vi sai?

(News.oto-hui.com) – Liên tưởng đến tác dụng của vi sai ô tô, chắc hẳn chúng ta sẽ thắc mắc việc thế nào để tàu hỏa cua rẽ trên một con đường ray cong? Cả hai bánh xe được kết nối cứng với nhau thông qua một trục và rõ ràng là có cùng đường kính.

Vì sao ô tô cần có vi sai?

Khi ôtô chạy trên đường thẳng, các bánh xe có tốc độ như nhau. Nhưng khi vào cua, bánh xe phía trong có quãng đường lăn được sẽ ngắn hơn bánh xe phía ngoài, do đó để xe có thể vào cua, vận tốc của bánh xe phía ngoài lớn hơn.

Khi mới sinh ra ôtô, hai bánh nối với nhau bằng một trục cố định, không thể sinh ra sự khác biệt về vận tốc. Do đó bộ vi sai ra đời với nhiệm vụ tạo ra tốc độ quay khác nhau cho mỗi bánh xe, chính vì thế có tên là Differential trong tiếng Anh.

Quay trở lại với tình huống khi một đoàn tàu rẽ, bánh xe bên ngoài phải “bao phủ” một cung tròn nhiều hơn bánh bên trong. Tức, bánh xe bên ngoài phải có tốc độ lớn hơn bánh bên trong! Sao có thể như thế được khi cả hai bánh xe nối cứng và có cùng đường kính?

Giải pháp để tàu hỏa cua rẽ rất đơn giản và thanh lịch!

Cả hai bánh xe đều có hình nón . Phần có đường kính lớn hơn của bánh xe hình nón hướng vào trong, đường kính nhỏ hơn hướng ra ngoài đường ray như hình minh họa dưới đây.

Giờ đây, bất cứ khi nào tàu hỏa đi trên đường cong, các bánh xe sẽ trượt đi theo một trong hai hướng .

Điều sau đây xảy ra khi rẽ –

• Giả sử đoàn tàu đang rẽ trái (như trong hình trên). Có nghĩa là các bánh xe sẽ trượt sang bên phải (→), rõ ràng là do lực ly tâm .
• Lực ly tâm hướng ra ngoài dẫn đến sự gia tăng đường kính của bánh xe bên phải (↑) & sự giảm đi của bánh xe bên trái (↓) trong khi rẽ (mũi tên màu đen trên bánh xe trong hình trên).
• Như đã phân tích tốc độ 2 bánh xe trong và ngoài ở phần trước thì vì bánh bên phải có đường kính lớn hơn bánh bên trái và do đó vấn đề được giải quyết! 

Ngoài ra nó còn giải quyết một vấn đề lớn nữa. Bất cứ khi nào có va chạm trên đường ray, bánh xe đột ngột trượt ngay cả khi đang đi trên đường thẳng và có nguy cơ trật bánh rất lớn, vì vậy cùng một thiết kế giúp tàu ổn định và chạy êm ái hơn.

Các thiết kế đơn giản nhất được coi là giải pháp tốt nhất!

Vì vậy, bên cạnh khả năng làm việc, điều chúng ta cũng học được là – Không nhất thiết mỗi khi chế tạo máy móc phức tạp và thiết kế các cơ chế phức tạp, tất cả những gì chúng ta cần là thiết kế đơn giản những thứ chúng ta đã có.

Bài viết liên quan: