Động cơ bước có hộp số: chọn loại hộp, tỉ số truyền và giới hạn mô-men thực tế

Động cơ bước có hộp số là cụm gồm một động cơ bước (thường là hybrid 2 pha size 42, 57, 86) ghép với một hộp giảm tốc gắn ngay trên mặt bích, để giảm tốc độ trục ra và tăng mô-men xoắn theo tỉ số truyền. Cụm này được dùng khi tải cần lực lớn ở tốc độ thấp, khi quán tính tải quá lớn so với rotor, hoặc khi cần góc quay mỗi bước nhỏ hơn 1,8° mà vẫn chạy chắc chắn: bàn xoay chia độ, khớp robot, trục nâng, cơ cấu cấp phôi, van điều khiển, máy dán nhãn, máy quấn dây.

Gắn hộp số không đơn giản là "nhân mô-men lên mười lần". Mỗi hộp số có giới hạn mô-men đầu ra riêng, có độ rơ, có tổn hao ma sát, có tốc độ đầu vào tối đa và cách lắp riêng. Chọn sai một trong các thông số này là nguyên nhân phổ biến nhất khiến trục ra bị gãy răng, cụm chạy mất bước, kêu lớn hoặc trục đứng bị tụt khi mất điện.

Cấu tạo và nguyên lý chung của step motor có ở bài động cơ bước; dưới đây chỉ tập trung vào phần hộp số và cách ghép cho đúng.

1. Khi nào nên dùng động cơ bước có hộp số

Động cơ bước có đặc tính mô-men lớn nhất ở vùng tốc độ thấp và giảm nhanh khi tốc độ tăng. Một motor size 42 thân 48 mm có mô-men giữ khoảng 0,4–0,55 N·m, nhưng đến khoảng 600–1.000 vòng/phút thì mô-men kéo thực tế thường chỉ còn một nửa hoặc thấp hơn, tùy điện áp nguồn và driver. Hộp số tận dụng đúng đặc điểm này: cho motor quay nhanh hơn ở vùng còn đủ lực, rồi hạ tốc độ và tăng lực ở trục ra.

Công thức cơ bản

• Tốc độ trục ra = tốc độ motor ÷ tỉ số truyền (i).
• Mô-men trục ra lý thuyết = mô-men motor × i × hiệu suất hộp số (η).
• Góc quay trục ra mỗi bước = góc bước motor ÷ i (ví dụ 1,8° ÷ 10 = 0,18°).
• Quán tính tải quy về trục motor = quán tính tải ÷ i².

Bốn lý do chính để gắn hộp số

• Cần mô-men lớn hơn khả năng của motor cùng khung, trong khi không gian không cho phép lên size lớn hơn.
• Tải có quán tính lớn (đĩa xoay, tay quay dài, trục cuốn) khiến motor trần bị trượt bước khi tăng tốc hoặc dừng.
• Cần phân giải góc nhỏ thật sự ở trục ra mà không phụ thuộc vào vi bước (vi bước chia góc nhưng mô-men mỗi vi bước rất nhỏ, dễ lệch dưới tải).
• Cần chạy rất chậm mà êm: motor chạy nhanh hơn qua hộp số sẽ tránh được vùng rung cộng hưởng ở tốc độ thấp.

Khi nào không nên dùng hộp số

• Ứng dụng cần tốc độ trục ra cao (trên vài trăm vòng/phút) hoặc cần đảo chiều liên tục, cực nhanh với độ chính xác cao: độ rơ và quán tính hộp số trở thành điểm yếu.
• Tải chỉ cần 0,2–0,3 N·m mà motor trần đã đủ: thêm hộp số chỉ làm tăng chiều dài, độ rơ và chi phí.
• Hệ cần mô-men lớn ở tốc độ trung bình đến cao trong thời gian dài: lúc đó motor servo thường hợp lý hơn vì giữ mô-men tốt ở tốc độ cao.

Nếu tải chỉ cần quay đều một chiều, không cần định vị theo bước, các dòng động cơ giảm tốc mini dùng điện xoay chiều có bộ điều tốc sẽ đơn giản hơn nhiều so với step có hộp số.

2. Các kiểu hộp số gắn cho động cơ bước

Có bốn kiểu hộp số thường gặp trên động cơ bước có hộp số. Mỗi kiểu khác nhau về độ rơ, hiệu suất, khả năng tự hãm và giá thành, nên phải chọn theo bản chất tải chứ không chỉ theo tỉ số.

a. Hộp số hành tinh (planetary)

Hộp số hành tinh gồm bánh răng mặt trời ở giữa (nối với trục motor), ba hoặc bốn bánh răng hành tinh quay quanh và vành răng trong cố định trên vỏ. Mô-men được chia đều cho nhiều cặp răng cùng lúc nên hộp nhỏ gọn mà chịu lực lớn, trục ra đồng tâm với trục motor. Đây là kiểu phổ biến nhất trên động cơ bước gắn hộp số hành tinh size 42, 57, 60, 86.

Hộp số hành tinh dùng cho động cơ bước và servo có kết cấu, mặt bích và trục ra như trong video dưới đây.

• Tỉ số mỗi cấp khoảng 3–10; ghép 2 cấp được khoảng 9–100, 3 cấp lên tới vài trăm. Nhìn chiều dài hộp có thể đoán số cấp: mỗi cấp thêm một đoạn vỏ.
• Hiệu suất cao: khoảng 90–98% mỗi cấp với hộp tốt; hộp giá rẻ thường ghi 90% (1 cấp), 81% (2 cấp), 73% (3 cấp).
• Độ rơ dao động rất rộng: hộp chính xác dưới 5–7 arcmin, hộp phổ thông 15–22 arcmin, hộp giá rẻ có thể tới 60–90 arcmin hoặc ghi "≤ 1°", "≤ 3°".
• Không tự hãm: tải có thể quay ngược kéo motor quay theo.

b. Hộp số bánh răng thẳng (spur)

Hộp số bánh răng thẳng dùng các cặp bánh răng trụ ăn khớp nối tiếp, trục ra thường lệch tâm so với trục motor. Kiểu này gặp nhiều ở motor bước nhỏ (size 20, 28, 35, 42) và motor bước mini như loại 28BYJ-48 trong bài motor bước 5 dây.

• Rẻ, dễ chế tạo, tỉ số khoảng 3:1 đến 200:1.
• Mô-men cho phép thấp vì mỗi lúc chỉ một cặp răng chịu lực; nhiều hộp size 42 chỉ cho phép khoảng 1 N·m (10 kg·cm) ở trục ra.
• Độ rơ lớn, thường 1,5–4°, nên không hợp với định vị hai chiều chính xác.
• Bánh răng nhựa hoặc kim loại mềm ở hộp nhỏ dễ mòn, mẻ răng khi kẹt tải.

c. Hộp số trục vít bánh vít (worm)

Trục vít nối với motor quay bánh vít, trục ra vuông góc 90° với trục motor. Với động cơ bước size 57, 86, phổ biến là kiểu ghép motor với hộp giảm tốc NMRV cỡ nhỏ (NMRV030, NMRV040, NMRV050) qua bích chuyển, tỉ số thường gặp 1:10, 1:20, 1:40, 1:60.

Khi cần trục ra vuông góc 90° nhưng muốn hiệu suất và độ rơ tốt hơn hộp trục vít, có thể dùng hộp chuyển hướng răng côn kết hợp hành tinh như trong video sau.

• Một cấp đã cho tỉ số lớn, trục ra vuông góc giúp tiết kiệm chiều dài máy.
• Hiệu suất thấp, khoảng 40–70% ở tỉ số lớn; phần còn lại thành nhiệt, nên vỏ hộp ấm là bình thường.
• Độ rơ khoảng 0,5–3°, tăng dần khi bánh vít đồng mòn.
• Có thể tự hãm ở tỉ số lớn (góc nâng ren nhỏ), nhưng không phải điều kiện bảo đảm (xem mục 8).

d. Hộp số sóng hài (harmonic / strain wave)

Hộp số sóng hài gồm bộ phát sóng hình elip, ống răng mềm (flexspline) và vành răng cứng (circular spline). Ống răng mềm bị biến dạng ăn khớp với vành răng ở hai vùng đối diện, nên một cấp đã đạt tỉ số 50:1 đến 160:1 và gần như không có độ rơ.

• Độ rơ coi như bằng 0, độ lặp lại khoảng ±10 arcsec, rất hợp với khớp robot, bàn xoay chia độ chính xác, cơ cấu quang học.
• Ví dụ thông số loại gắn cho step: size 42 chịu mô-men định mức khoảng 12–15 N·m, đỉnh 24–30 N·m; size 57 định mức 25–30 N·m, đỉnh 50–60 N·m.
• Không tự hãm; ống răng mềm nhạy với va đập và quá tải, vượt mô-men đỉnh có thể hỏng ngay.
• Giá cao hơn nhiều lần hộp hành tinh cùng cỡ.

Bảng so sánh nhanh các kiểu hộp số cho động cơ bước

Hộp số vuông góc kiểu bánh răng côn cũng có loại gắn cho step, dùng khi cần trục ra 90° với hiệu suất cao hơn trục vít; nguyên lý các dòng công nghiệp tương ứng có ở nhóm hộp giảm tốc.

3. Đọc thông số hộp số cho động cơ bước

Thông số của riêng hộp số quan trọng ngang thông số motor. Một bảng dữ liệu đầy đủ thường có các dòng sau; thiếu dòng nào thì nên hỏi lại người bán trước khi chọn.

Đơn vị độ rơ arcmin

1 độ = 60 arcmin (phút góc), 1 arcmin = 60 arcsec. Hộp ghi 15 arcmin nghĩa là trục ra có thể lắc tự do khoảng 0,25°. Với cánh tay dài 300 mm, 15 arcmin tương đương dịch chuyển khoảng 1,3 mm ở đầu tay; với độ rơ 1° là khoảng 5,2 mm.

Tỉ số danh nghĩa và tỉ số thực

Hộp hành tinh giá phổ thông hầu như không có tỉ số tròn. Hộp ghi "5:1" thường là 5,18:1, ghi "47:1" thực tế là 46,656:1 (bằng 3,6 × 3,6 × 3,6), các mức 3,71, 13,7, 19, 26,85, 51, 100, 139 cũng là số lẻ. Nếu bộ điều khiển lấy tỉ số tròn để tính số xung mỗi vòng trục ra thì cứ mỗi vòng sẽ lệch vài độ và sai số cộng dồn theo số vòng. Với hộp 5,18:1, motor 200 bước/vòng cần khoảng 1.036,4 bước cho một vòng trục ra, không chia hết; bàn xoay quay liên tục nhiều vòng phải tính theo tỉ số chính xác dạng phân số mà nhà sản xuất cung cấp, hoặc đặt cảm biến gốc để hiệu chỉnh.

4. Mô-men đầu ra: đừng chỉ nhân với tỉ số truyền

Lỗi chọn sai phổ biến nhất ở động cơ bước có hộp số là lấy mô-men giữ của motor nhân tỉ số truyền rồi coi đó là khả năng của cả cụm. Mô-men thực tế ở trục ra bị chặn bởi ba giới hạn, và cụm chỉ mạnh bằng giới hạn nhỏ nhất.

Ba giới hạn cần so sánh

• Mô-men motor ở đúng tốc độ làm việc (lấy từ đường cong mô-men – tốc độ với điện áp và driver thực tế), không phải mô-men giữ.
• Hiệu suất hộp số: nhân thêm η, hộp càng nhiều cấp η càng thấp.
• Mô-men định mức và mô-men cực đại cho phép của hộp số: đây là giới hạn cơ khí của răng, ổ bi và trục ra.

Ví dụ 1: hộp hành tinh 5,18:1 trên motor size 42

Motor size 42 thân 48 mm có mô-men giữ khoảng 0,5 N·m. Tính thô: 0,5 × 5,18 × 0,9 ≈ 2,3 N·m. Nhưng hộp phổ thông loại này chỉ cho phép 2 N·m liên tục và 4 N·m tức thời. Như vậy ngay ở tốc độ thấp, motor đã có khả năng vượt mức định mức của hộp số; tải thiết kế phải lấy theo 2 N·m của hộp chứ không phải 2,3 N·m.

Ví dụ 2: hộp hành tinh 100:1 trên motor size 42

Tính thô: 0,5 × 100 × 0,73 ≈ 36 N·m. Trong khi hộp 3 cấp size 42 phổ thông chỉ định mức khoảng 4,8 N·m, tức thời khoảng 14 N·m. Nếu cơ cấu bị kẹt, motor vẫn đủ lực đẩy trục ra lên trên 30 N·m và đó là lúc răng cấp cuối mẻ, chốt hành tinh cong hoặc trục ra bị xoắn. Với tỉ số lớn, motor gần như luôn "mạnh hơn" hộp số.

Ví dụ 3: hộp 46,656:1 trên motor size 57

Motor size 57 thân 56 mm mô-men giữ khoảng 1,25 N·m; hộp 3 cấp hiệu suất 73%. Tính thô: 1,25 × 46,656 × 0,73 ≈ 42,6 N·m, trong khi hộp chỉ cho phép 30 N·m liên tục và 50 N·m tức thời. Tải thiết kế không nên vượt 30 N·m.

Cách bảo vệ hộp số khi motor mạnh hơn hộp

• Hạ dòng pha trên driver để mô-men tối đa của motor × i × η không vượt mô-men cực đại của hộp; đây là cách bảo vệ rẻ nhất.
• Đặt công tắc hành trình, cảm biến kẹt hoặc khớp nối an toàn (khớp trượt) ở trục ra cho cơ cấu dễ kẹt.
• Dùng ramp tăng/giảm tốc đủ dài, không cắt xung đột ngột ở tốc độ cao: quán tính tải tạo mô-men đỉnh lên răng lớn hơn nhiều lúc chạy đều.

Với driver xung – hướng phổ biến như loại trong bài mạch điều khiển động cơ bước TB6600, dòng pha chỉnh bằng công tắc DIP, nên có thể giới hạn mô-men cho hợp với hộp số ngay từ lúc lắp đặt.

5. Chọn tỉ số truyền theo tải và tốc độ

Tỉ số truyền quyết định đồng thời tốc độ, mô-men và độ phân giải trục ra. Cách chọn hợp lý là đi từ yêu cầu của tải, không chọn tỉ số "càng lớn càng khỏe".

Trình tự chọn tỉ số

• Bước 1: xác định tốc độ trục ra lớn nhất cần (vòng/phút) và mô-men tải lớn nhất kể cả lúc tăng tốc.
• Bước 2: chọn vùng tốc độ motor làm việc hiệu quả, thường 300–900 vòng/phút với nguồn 24–48 V; trên vùng này mô-men step giảm mạnh.
• Bước 3: tính i ≈ tốc độ motor mong muốn ÷ tốc độ trục ra lớn nhất, rồi chọn tỉ số có sẵn gần nhất.
• Bước 4: kiểm tra mô-men: mô-men motor ở tốc độ đó × i × η phải lớn hơn mô-men tải × hệ số dự phòng 1,5–2.
• Bước 5: kiểm tra mô-men tải không vượt mô-men định mức đầu ra của hộp số; nếu vượt thì lên cỡ hộp số (thường kéo theo lên cỡ motor), không tăng tỉ số.

Ví dụ chọn tỉ số cho bàn xoay

Bàn xoay cần quay tối đa 30 vòng/phút, mô-men tải khi tăng tốc khoảng 6 N·m. Cho motor chạy khoảng 600 vòng/phút thì i ≈ 600 ÷ 30 = 20, chọn hộp 2 cấp 20:1 (η ≈ 0,9). Motor size 57 có mô-men khoảng 0,8 N·m ở 600 vòng/phút: 0,8 × 20 × 0,9 = 14,4 N·m, gấp hơn 2 lần tải, đạt yêu cầu. Kiểm tra hộp số: phải có mô-men định mức đầu ra trên 6 N·m (hộp hành tinh size 57 thông thường đáp ứng dễ dàng).

Tỉ số và tốc độ trục ra khi motor chạy 600 vòng/phút

6. Quán tính và gia tốc khi có hộp số

Động cơ bước mất bước không chỉ vì tải nặng mà còn vì tải có quán tính lớn. Hộp số giảm quán tính tải mà motor "cảm thấy" theo bình phương tỉ số: quán tính tải quy về trục motor = J tải ÷ i². Với hộp 10:1, quán tính tải giảm 100 lần.

Ví dụ

Một đĩa thép đường kính 300 mm, dày 10 mm nặng khoảng 5,5 kg, quán tính khoảng 0,062 kg·m², tức khoảng 620.000 g·cm². Rotor motor size 57 chỉ khoảng 300–500 g·cm², tỉ lệ quán tính lên tới hơn 1.000 lần nên motor trần gần như không thể tăng tốc nhanh mà không trượt bước. Qua hộp 20:1, quán tính quy đổi còn khoảng 1.550 g·cm², tỉ lệ khoảng 3–5 lần, vùng mà step chạy ổn định.

Kinh nghiệm chọn theo quán tính

• Với động cơ bước, giữ tỉ lệ quán tính tải quy đổi / quán tính rotor ở khoảng 10 lần trở xuống là vùng an toàn thường được khuyến nghị; càng thấp tăng tốc càng dứt khoát.
• Quán tính của chính hộp số (ghi trên datasheet, quy về trục vào) phải cộng vào khi tính.

Phương pháp tương tự, kèm cách tính mô-men tăng tốc chi tiết hơn, có trong bài động cơ bước giảm tốc.

7. Độ rơ, độ phân giải và sai số vị trí

Hộp số làm góc mỗi bước ở trục ra nhỏ đi i lần, nhưng không làm hệ thống chính xác hơn nếu độ rơ lớn hơn bước đó. Ví dụ hộp 10:1 cho bước trục ra 0,18° (10,8 arcmin), nhưng nếu độ rơ hộp là 1° thì sau mỗi lần đổi chiều, trục ra có thể lệch tới gần 6 bước.

Khi nào độ rơ ít ảnh hưởng

• Tải luôn đè về một phía: trục nâng thẳng đứng có trọng lực, băng tải chạy một chiều, cuộn dây có lực căng. Răng luôn tì một mặt nên độ rơ không lộ ra.
• Ứng dụng chỉ cần quay đến vị trí xấp xỉ (van, cửa lật, cơ cấu gạt).

Ngược lại, bàn xoay chia độ, khớp robot, tay quay có tải đổi hướng và mọi cơ cấu cần lặp lại vị trí theo cả hai chiều đều bị độ rơ ảnh hưởng trực tiếp.

Cách xử lý độ rơ

• Luôn tiếp cận điểm đích từ cùng một chiều (chạy vượt qua một chút rồi quay về), cách rẻ nhất và rất hiệu quả.
• Bù độ rơ bằng phần mềm (cộng thêm số bước khi đổi chiều): chỉ đúng khi độ rơ ổn định, sẽ sai dần khi hộp mòn.
• Chọn cấp chính xác hộp số phù hợp: hành tinh dưới 10 arcmin hoặc sóng hài cho yêu cầu khắt khe.
• Gắn encoder ở trục ra nếu cần biết vị trí thật của tải.

Vi bước khi đã có hộp số

Vi bước vẫn nên dùng (thường 8–16 vi bước) để motor chạy êm, giảm rung truyền vào răng và giảm tiếng ồn hộp số. Tuy nhiên độ chính xác của trục ra lúc này phụ thuộc chủ yếu vào hộp số; đặt vi bước quá cao chỉ làm tăng tần số xung mà không thêm độ chính xác thực tế.

8. Tự hãm khi mất điện và tải trục đứng

Động cơ bước giữ được vị trí khi driver còn cấp dòng. Khi mất điện, driver tắt dòng (hoặc tín hiệu ENA ngắt), motor chỉ còn mô-men hãm dư (detent) rất nhỏ. Với tải trục đứng, lực của tải qua hộp số có thể kéo ngược motor quay.

Hộp nào giữ được, hộp nào không

• Hộp hành tinh, bánh răng thẳng, sóng hài: không tự hãm. Hiệu suất cao cũng có nghĩa là tải dễ kéo ngược. Trục đứng sẽ tụt khi mất điện, càng nặng càng nhanh.
• Hộp trục vít tỉ số lớn (thường từ khoảng 1:30 trở lên, tùy góc nâng ren): có xu hướng tự hãm khi đứng yên, nhưng rung động, va đập hoặc dầu bôi trơn tốt có thể làm tải trôi dần. Tỉ số thấp như 1:5, 1:10 thường không tự hãm.
• Mô-men hãm dư của motor nhân tỉ số truyền giúp giữ tải nhẹ, nhưng không đủ tin cậy để thay phanh.

Giải pháp cho tải nâng, trục Z, cửa nâng

• Dùng động cơ bước có phanh điện từ (phanh đóng khi mất điện, thường 24 V DC); phanh lắp ở đuôi motor, mô-men phanh nhân theo tỉ số hộp số.
• Hoặc dùng hộp trục vít tỉ số lớn kết hợp kiểm tra thực tế tải trôi trong điều kiện rung của máy.
• Không cắt dòng giữ (idle current) quá thấp khi trục đứng đang mang tải.

Với tải nâng nặng, chạy liên tục, giải pháp quen thuộc hơn vẫn là động cơ giảm tốc có phanh, còn step có hộp số hợp với tải nâng nhẹ cần định vị.

9. Lắp hộp số vào động cơ bước đúng cách

Nhiều người mua hộp số rời để gắn vào motor đang có. Việc này làm được nếu khớp ba điểm: mặt bích, trục và chiều dài trục.

Kiểm tra trước khi mua hộp số rời

• Mặt bích và gờ định tâm: size 42 (NEMA 17) gờ Ø22 mm, khoảng cách lỗ 31 mm; size 57 (NEMA 23) gờ Ø38,1 mm, lỗ 47,14 mm; size 86 (NEMA 34) gờ Ø73 mm, lỗ 69,6 mm. Motor size 60 có bích khác size 57 dù dùng chung một số hộp. Chi tiết chuẩn bích size 42 có ở bài động cơ bước NEMA 17.
• Đường kính trục motor: 5 mm (size 42), 6,35 mm hoặc 8 mm (size 57), 12,7 mm hoặc 14 mm (size 86). Hộp có ống kẹp thường kèm bạc lót để dùng trục nhỏ hơn lỗ kẹp.
• Chiều dài trục motor: phải đủ ăn sâu vào ống kẹp nhưng không chạm đáy.

Hai kiểu đầu vào hộp số

• Kiểu tích hợp: bánh răng mặt trời ép hoặc gắn trực tiếp lên trục motor tại nhà máy. Gọn, rẻ, nhưng khi motor hỏng thường phải thay cả cụm hoặc tháo ép bánh răng.
• Kiểu ống kẹp (clamp collar): đầu vào có ống kẹp với vít siết, kèm bích chuyển theo cỡ motor. Thay motor dễ, chịu được trục có then hoặc trục D-cut.

Trình tự lắp kiểu ống kẹp

• Lau sạch dầu mỡ trên trục motor, lỗ ống kẹp, bạc lót và mặt bích.
• Đặt motor đứng, trục hướng thẳng lên trên. Lắp ở tư thế khác dễ lệch tâm, gây tải lên ổ bi đầu vào và kêu.
• Lắp bạc lót (nếu có), xoay rãnh bạc lót trùng rãnh ống kẹp; với trục có then thì tháo then, cho rãnh then trùng khe ống kẹp.
• Xoay ống kẹp để lỗ vít trùng lỗ thao tác trên vỏ, hạ hộp số xuống nhẹ nhàng; không đóng búa.
• Siết sơ vít ống kẹp, sau đó bắt các bu-lông bích hộp số vào motor.
• Siết vít ống kẹp lần cuối theo 2–3 lượt tăng dần tới lực siết quy định; trục D-cut nên để vít kẹp tì lên phần tròn hoặc theo hướng dẫn nhà sản xuất.
• Quay thử bằng tay hoặc chạy chậm không tải, nghe tiếng đều, không kẹt.

Hộp số hành tinh cho step thường bôi mỡ trọn đời và lắp được mọi tư thế; hộp trục vít có thể dùng dầu, cần đặt đúng tư thế lắp và nút xả, nút thông hơi theo quy định của hộp. Khi lắp hộp vào máy, chú ý tải hướng kính trên trục ra (puly, nhông xích treo xa ổ bi) không vượt giá trị cho phép; hộp size 42 có loại chỉ chịu khoảng 20 N hướng kính.

10. Sự cố thường gặp ở động cơ bước có hộp số

Trục ra rung giật ở tốc độ chậm

Motor đang chạy trong vùng cộng hưởng tầng thấp, hộp số khuếch đại rung lên tải. Tăng vi bước, đổi tốc độ motor ra khỏi vùng rung (đổi tỉ số hoặc tốc độ), dùng driver có chống cộng hưởng.

Kêu lớn, tiếng rít hoặc lạch cạch

Thường do lắp lệch tâm ống kẹp, tải hướng kính quá lớn trên trục ra, motor vượt tốc độ đầu vào khuyến nghị hoặc răng đã mòn sau thời gian quá tải.

Mất bước dù đã có hộp số

• Tỉ lệ quán tính vẫn quá cao hoặc ramp tăng/giảm tốc quá ngắn.
• Tỉ số lớn buộc motor chạy quá nhanh nên mô-men tụt; dòng pha đặt thấp.
• Cơ cấu kẹt cứng: lúc này cần kiểm tra răng hộp số, không chỉ là mất bước.

Vỏ hộp nóng

• Hộp trục vít nóng là bình thường vì hiệu suất thấp; hộp hành tinh nóng bất thường thường do quá tải hoặc lắp lệch.
• Motor bước vốn nóng (có thể 60–80 °C ở vỏ) và truyền nhiệt sang hộp; cần phân biệt nguồn nhiệt trước khi kết luận hộp hỏng.

11. Câu hỏi thường gặp về động cơ bước có hộp số

• Gắn hộp số 10:1 thì mô-men động cơ bước tăng đúng 10 lần không? Không. Mô-men lý thuyết là mô-men motor × 10 × hiệu suất (thường 0,85–0,95), và kết quả còn bị chặn bởi mô-men định mức đầu ra của hộp số. Ngoài ra phải lấy mô-men motor ở đúng tốc độ làm việc, không phải mô-men giữ ghi trên tem.
• Hộp số ghi 5:1 mà quay một vòng lại bị lệch, vì sao? Phần lớn hộp hành tinh phổ thông có tỉ số thực là số lẻ, ví dụ "5:1" là 5,18:1, "47:1" là 46,656:1. Cần nhập tỉ số chính xác vào bộ điều khiển hoặc dùng cảm biến gốc; nếu dùng tỉ số tròn, sai số sẽ cộng dồn mỗi vòng.
• Động cơ bước có hộp số hành tinh có tự giữ tải khi mất điện không? Không. Hộp hành tinh có hiệu suất cao nên tải có thể kéo ngược, trục đứng sẽ tụt khi driver ngắt dòng. Muốn giữ tải khi mất điện, dùng motor có phanh điện từ hoặc hộp trục vít tỉ số lớn đã kiểm chứng tự hãm.
• Độ rơ bao nhiêu arcmin là đủ dùng? Cơ cấu chạy một chiều hoặc có trọng lực đè một phía chấp nhận 30–60 arcmin. Bàn xoay đổi chiều, khớp robot, chia độ nên dùng hộp dưới 10–15 arcmin. Yêu cầu lặp lại vị trí cỡ arcsec thì dùng hộp sóng hài.
• Đã có hộp số thì có cần chỉnh vi bước không? Vẫn nên dùng khoảng 8–16 vi bước để motor chạy êm và giảm va đập lên răng. Vi bước cao hơn không làm trục ra chính xác hơn đáng kể vì độ rơ hộp số đã lớn hơn bước nhỏ nhất.
• Có tự gắn hộp số rời vào động cơ bước đang dùng được không? Được, nếu khớp cỡ bích (gờ định tâm, khoảng cách lỗ), đường kính trục và chiều dài trục motor. Nên chọn hộp kiểu ống kẹp có bạc lót đúng cỡ trục, lắp với motor dựng đứng và siết vít kẹp theo nhiều lượt.
• Tốc độ trục ra tối đa của động cơ bước có hộp số là bao nhiêu? Bằng tốc độ motor còn đủ mô-men chia cho tỉ số. Thực tế motor bước chạy tốt dưới khoảng 900–1.000 vòng/phút với nguồn 24–48 V, nên hộp 10:1 cho trục ra khoảng 60–100 vòng/phút, hộp 50:1 chỉ khoảng 12–20 vòng/phút.
• Bàn xoay nên dùng hộp trục vít hay hộp hành tinh? Bàn xoay cần định vị hai chiều nên ưu tiên hộp hành tinh độ rơ thấp hoặc sóng hài. Hộp trục vít hợp khi cần trục ra vuông góc, tỉ số lớn, chịu được hiệu suất thấp và độ rơ tăng dần theo thời gian.
• Nên chọn động cơ bước có hộp số hay servo có hộp số? Step có hộp số hợp với tốc độ trục ra thấp, tải ổn định, chi phí thấp và điều khiển đơn giản bằng xung. Servo có hộp số hợp khi cần tốc độ cao hơn, phản hồi vị trí, chịu quá tải ngắn hạn và chạy liên tục nhiều giờ ở công suất lớn.
• Hộp số sóng hài có lắp được cho động cơ bước thường không? Có, các hộp sóng hài cỡ 42, 57, 86 có bích theo chuẩn NEMA để gắn trực tiếp. Lưu ý chúng không tự hãm, không chịu va đập tốt và mô-men đỉnh phải được giới hạn chặt chẽ.