Hộp Giảm Tốc Bánh Răng Trụ Răng Thẳng Là Gì? Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động

Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng là hộp số dùng các cặp bánh răng trụ có răng song song với trục, trục vào và trục ra song song nhau, một cấp cho tỉ số khoảng 2–6, hai cấp khoảng 8–40. Loại này đơn giản, rẻ, hiệu suất cao (khoảng 97–98% mỗi cấp), hợp với máy chạy tốc độ thấp và vừa như băng tải, tời, máy trộn, máy cán. Chọn hộp thì tính tỉ số từ tốc độ motor và tốc độ máy, tính momen trục ra, rồi chọn kiểu lắp và cỡ trục.

1) Hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng là gì?

Bánh răng trụ răng thẳng có răng cắt thẳng dọc theo đường sinh hình trụ. Hai bánh ăn khớp truyền chuyển động giữa hai trục song song; bánh nhỏ (bánh dẫn) quay nhanh, bánh lớn (bị dẫn) quay chậm. Tỉ số truyền u = Z2 / Z1, ví dụ bánh 20 răng ăn bánh 80 răng cho u = 4.

"Cấp" là số cặp bánh răng giảm tốc nối tiếp. Hộp 1 cấp có một cặp; hộp 2 cấp có hai cặp, tỉ số tổng bằng tích hai cấp. Muốn tỉ số trên khoảng 6 mà vẫn dùng bánh răng trụ thì chuyển lên hộp giảm tốc 2 cấp, ví dụ kiểu 2 cấp khai triển.

2) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

a) Cấu tạo hộp giảm tốc 1 cấp bánh răng trụ răng thẳng

• Vỏ hộp: gang xám đúc với hộp cỡ nhỏ và vừa; hộp cỡ lớn dùng thép tấm hàn rồi ủ khử ứng suất trước khi gia công. Vỏ chia thân và nắp theo mặt phẳng đi qua tâm trục, nắp có cửa thăm và nút thông hơi.
• Bánh răng: thép C45 tôi cải thiện cho tải vừa; thép hợp kim (40Cr, 20CrMnTi, 18NiCrMo5…) thấm carbon tôi cứng bề mặt cho tải nặng.
• Trục: thép hợp kim rèn (40Cr, 39NiCrMo3 hoặc tương đương), bánh nhỏ đường kính sát trục thì làm liền trục (trục – bánh răng).
• Ổ lăn: răng thẳng không sinh lực dọc trục nên thường dùng ổ bi đỡ một dãy, đơn giản và rẻ.
• Phốt chắn dầu, vòng chắn dầu, nút xả, que thăm dầu, chốt định vị nắp.

b) Bôi trơn

Hộp nhỏ và vừa bôi trơn ngâm dầu: bánh lớn nhúng trong dầu khoảng 1–2 chiều cao răng, quay vớt dầu lên vùng ăn khớp và văng lên ổ. Hộp lớn, tốc độ cao dùng bôi trơn cưỡng bức gồm bơm bánh răng, lọc hút, lọc kép, két làm mát và bộ điều khiển; đường dầu hồi đi thẳng, dốc về bồn, ống hồi to hơn ống cấp để dầu không đọng trong hộp.

c) Nguyên lý hoạt động

Motor quay trục vào, bánh nhỏ đẩy bánh lớn quay chậm lại u lần, momen trên trục ra tăng gần u lần (trừ hao hiệu suất khoảng 2–3% mỗi cấp). Momen tính nhanh T (N.m) = 9.550 × P (kW) / n (vòng/phút). Motor 4 cực 5,5 kW quay 1.450 vòng/phút qua hộp 1 cấp u = 5 thì trục ra khoảng 290 vòng/phút, momen ra khoảng 9.550 × 5,5 × 0,97 / 290 ≈ 176 N.m.

Răng thẳng vào khớp cùng lúc trên toàn chiều rộng răng nên khi tốc độ cao sẽ va đập, kêu to hơn răng nghiêng. Vì vậy bánh răng trụ răng thẳng hay dùng ở cấp chậm, vận tốc vòng thấp; cấp nhanh nhiều hộp chuyển sang răng nghiêng.

3) Chế tạo bộ truyền bánh răng trụ răng thẳng

Phôi rèn hoặc cắt từ thép cây, tiện thô, ủ hoặc tôi cải thiện, tiện tinh, cắt răng bằng dao phay lăn (hoặc dao xọc với bánh răng trong, bánh răng sát vai). Bánh tải nặng được thấm carbon, tôi, rồi mài răng để sửa biến dạng nhiệt. Cấp chính xác thường gặp trong hộp công nghiệp khoảng cấp 7–8; hộp chạy êm, tốc độ cao cần cấp 6 trở lên và mài răng.

4) Thông số kỹ thuật và ví dụ tính chọn

a) Ví dụ đồ án: băng tải dùng hộp 1 cấp và bộ đai

Lực kéo băng F = 8.500 N, vận tốc băng v = 1,1 m/s, tốc độ trục tang khoảng 88,7 vòng/phút, tải không đổi.

• Công suất trên tang: P = F × v = 8.500 × 1,1 ≈ 9,35 kW.
• Hiệu suất chung: ba cặp ổ lăn 0,99 mỗi cặp, một cặp bánh răng 0,97, bộ đai thang 0,95, khớp nối 0,99, nhân lại khoảng 0,88. Công suất cần trên trục motor ≈ 9,35 / 0,88 ≈ 10,6 kW.
• Chọn sơ bộ u hộp = 4, u đai = 4, tốc độ motor sơ bộ 88,7 × 16 ≈ 1.420 vòng/phút, nên chọn motor 4 cực (tốc độ đồng bộ 1.500 vòng/phút), công suất 11 kW, tốc độ thực khoảng 1.460 vòng/phút.
• Tỉ số chung thực tế 1.460 / 88,7 ≈ 16,5: giữ hộp u = 4 thì đai khoảng 4,1.

b) Motor kéo hộp: điện áp, dòng điện, biến tần

Hộp bánh răng trụ cỡ vừa và lớn thường đi với motor điện 3 pha 380V. Dòng định mức motor 4 cực ước khoảng 2 A/kW: 2,2 kW khoảng 5 A; 5,5 kW khoảng 11–12 A; 7,5 kW khoảng 15 A; 11 kW khoảng 21–22 A. Motor 1 pha 220V lớn nhất khoảng 7,5 kW, dòng gần gấp ba motor 3 pha cùng công suất. Cần chỉnh tốc thì lắp biến tần có dòng ra lớn hơn hoặc bằng dòng tem motor; tải khởi động nặng (băng tải đầy, máy trộn) dùng biến tần tải nặng hoặc nâng một cấp công suất. Motor từ khoảng 7,5–11 kW trở lên nên khởi động sao – tam giác, khởi động mềm hoặc biến tần để giảm dòng khởi động.

5) Ứng dụng hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng

• Băng tải nhà máy thức ăn chăn nuôi, chế biến thực phẩm, băng tải bao bì, băng tải cát đá.
• Tời, cầu trục, pa lăng xưởng cơ khí: các dòng hộp giảm tốc ZQ dùng nhiều cho cẩu trục.
• Máy khuấy trộn hóa chất, máy trộn bê tông, máy trộn phân bón.
• Máy cán tôn, cán thép, máy kéo dây, máy xi mạ, hệ thống cấp liệu lò hơi.
• Cơ cấu truyền động trong máy công cụ, máy dệt, máy in, hộp số máy nông nghiệp.
• Đồ án chi tiết máy: hệ dẫn động băng tải dùng hộp giảm tốc 1 cấp bánh răng trụ là đề bài nhập môn.

6) Ưu điểm và nhược điểm

a) Ưu điểm

• Kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, giá thành thấp; thợ cơ khí trong nước gia công và sửa chữa được.
• Hiệu suất cao, khoảng 97–98% mỗi cấp, ít hao điện hơn hộp trục vít.
• Không sinh lực dọc trục, ổ lăn đơn giản, tuổi thọ ổ cao.
• Tháo lắp, thay bánh răng, thay ổ nhanh.

b) Nhược điểm

• Ồn và va đập hơn răng nghiêng khi tốc độ cao; tải phân bố trên ít răng hơn nên cùng kích thước chịu tải kém răng nghiêng.
• Tỉ số một cấp nhỏ, muốn chậm phải thêm cấp, hộp to và nặng lên.
• Trục vào – ra song song, cần trục vuông góc phải dùng hộp giảm tốc bánh răng côn hoặc hộp trục vít.

7) So sánh với hộp bánh răng côn và hộp trục vít

• Số liệu là khoảng phổ biến, giá trị đúng của từng hộp xem catalogue hãng.
• Hiệu suất hộp trục vít giảm rõ khi tỉ số lớn, tính kỹ công suất motor.
• Hộp côn thường ghép thêm cấp trụ thành hộp côn – trụ để tăng tỉ số.

8) Câu hỏi thường gặp về hộp giảm tốc bánh răng trụ răng thẳng

a) Người sắp mua hộp giảm tốc bánh răng trụ cần hỏi gì, xác minh gì

• Phải đưa những thông số gì để chọn đúng hộp? Công suất và số cực motor (4 cực là phổ biến), tốc độ trục ra cần có, momen tải hoặc lực kéo và đường kính tang, số giờ chạy mỗi ngày, kiểu tải (đều, va đập), kiểu lắp chân đế hay mặt bích, chiều trục ra, đường kính và chiều dài cốt ra.
• Làm sao biết bánh răng bên trong là răng thẳng hay răng nghiêng, thép tốt hay không? Mở cửa thăm nhìn răng: răng thẳng song song trục, răng nghiêng xiên. Mặt răng thấm tôi thường có màu xám mờ đều, cứng, dũa không ăn; răng thép thường chưa tôi dũa vào được. Hỏi người bán vật liệu bánh răng và độ cứng bề mặt (ví dụ khoảng 58–62 HRC với răng thấm carbon).
• Kiểm tra tỉ số và độ rơ ra sao? Quay trục vào đếm vòng, đối chiếu tỉ số trên tem. Giữ trục vào, xoay nhẹ trục ra để cảm nhận khe hở cạnh răng: hộp mới rơ nhỏ và đều; rơ lớn, có điểm kẹt là răng mòn hoặc lắp sai khoảng cách trục.
• Chọn size theo công suất motor được không? Chỉ tham khảo. Cùng 5,5 kW, tỉ số 3 thì momen ra khoảng 105 N.m, tỉ số 6 lên khoảng 210 N.m; size hộp phải theo momen. Nhân thêm hệ số làm việc 1,25–1,5 với tải băng tải, 1,5–2 với tải va đập.
• Giá hộp giảm tốc bánh răng trụ khoảng bao nhiêu? Giá trung bình thị trường Việt Nam phụ thuộc size, số cấp, vật liệu răng và hàng mới hay cũ: hộp nhỏ 1 cấp vài triệu đồng, hộp 2 cấp cỡ ZQ vừa và lớn từ khoảng chục triệu tới vài chục triệu. Hộp gia công theo đơn đặt hàng thì tính theo khối lượng và yêu cầu nhiệt luyện.

b) Người đã mua: lắp cho đúng, dùng cho tối ưu

• Lắp hộp lên bệ cần chú ý gì? Bệ phẳng, cứng; căn đồng tâm khớp nối motor – trục vào bằng thước thẳng và thước lá hoặc đồng hồ so. Lắp puly, nhông xích sát vai trục, căng đai và xích vừa phải; căng quá làm gãy cốt và cháy ổ.
• Châm dầu và chạy rà thế nào? Dầu bánh răng công nghiệp ISO VG 150–220 cho tải vừa, VG 320 cho tải nặng; mức dầu ngập bánh lớn khoảng 1–2 chiều cao răng. Chạy không tải 30 phút, sau đó tăng tải dần trong vài ngày; thay dầu lần đầu sau khoảng 300–500 giờ.
• Đấu điện và kiểm tra dòng motor ra sao? Motor 220/380V đấu sao vào lưới 380V, motor 380/660V đấu tam giác. Nhấp thử chiều quay, đo dòng ba pha bằng ampe kìm: lệch nhau nhiều là có vấn đề nguồn hoặc cuộn dây. Cài rơ le nhiệt khoảng 1,05–1,1 lần dòng tem.
• Làm sao để hộp chạy êm và tiết kiệm điện? Chọn tỉ số để motor chạy khoảng 70–90% dòng định mức, tránh motor quá lớn chạy non tải. Dùng biến tần khởi động mềm để răng không bị sốc. Giữ dầu sạch, đúng mức; hộp chạy kêu to dần theo thời gian là dấu hiệu cần kiểm tra răng và ổ.
• Hộp chạy ngoài trời, nơi bụi cần làm gì? Che mưa nắng, dùng nút thông hơi có lọc, kiểm tra phốt thường xuyên; định kỳ xả nước đọng ở nút xả. Vỏ hộp bám bụi dày làm hộp nóng hơn vài độ, nên vệ sinh định kỳ.

c) Các lỗi người dùng thường mắc và cách chỉnh sửa

• Hộp kêu gằn theo nhịp, tiếng to dần: lỗi ở đâu? Thường là răng mẻ, rỗ bề mặt hoặc ổ hỏng. Bước 1: dừng máy, mở cửa thăm xem mặt răng. Bước 2: quay tay xem có điểm kẹt. Bước 3: nghe từng nắp ổ để xác định ổ hỏng. Răng mẻ thì thay cả cặp ăn khớp; ổ hỏng thay đúng mã và kiểm tra lại độ đồng tâm khớp nối.
• Răng mòn lệch một bên chiều rộng: do đâu, sửa thế nào? Trục lệch song song do vỏ bị vặn khi siết bệ không phẳng, hoặc lỗ ổ mòn. Kiểm tra bệ, chêm chân cho phẳng rồi siết lại; kiểm tra vết tiếp xúc bằng bột màu. Lỗ ổ mòn phải doa và đóng bạc lại.
• Xì dầu ở mặt ghép và phốt: làm sao hết? Kiểm tra nút thông hơi có bị bít, mức dầu có quá đầy. Mặt ghép thì tháo nắp, cạo sạch keo cũ, bôi keo làm kín mỏng đều, siết bu lông theo thứ tự chéo. Phốt thì thay mới, cốt mòn rãnh thì dùng ống bọc cốt.
• Hộp nóng bất thường sau khi đổi motor: kiểm tra gì? Motor mới có thể là 2 cực (khoảng 2.900 vòng/phút) thay vì 4 cực, làm tốc độ trục vào gấp đôi, dầu khuấy nhiều và nóng. Đọc tem motor, thay đúng motor 4 cực hoặc chạy biến tần hạ tần số nếu chỉ tạm thời.
• Gãy then, toét rãnh then trục ra: xử lý ra sao? Nguyên nhân là tải va đập, khởi động có tải nặng, then lắp lỏng. Sửa: phay rãnh then mới lệch 90 độ hoặc thay trục, dùng then đúng kích thước, thêm khởi động mềm hoặc biến tần để giảm sốc.

d) Dành cho sinh viên cơ điện mới vào ngành: nên tìm hiểu gì trước

• Những khái niệm cần nắm trước khi học bộ truyền bánh răng trụ? Mô đun m, số răng Z, đường kính vòng chia d = m × Z, khoảng cách trục a, góc ăn khớp 20 độ, tỉ số truyền, hiệu suất, lực vòng và lực hướng tâm. Hiểu công thức T = 9.550 × P / n để chuyển giữa công suất và momen.
• Nên học sản phẩm nào trước? Motor 3 pha rotor lồng sóc (tốc độ đồng bộ 1.500 vòng/phút với 4 cực, hệ số trượt, đọc tem) trước; sau đó hộp 1 cấp bánh răng trụ răng thẳng, rồi răng nghiêng, hộp 2 cấp, hộp côn và trục vít. Danh mục động cơ giảm tốc và mục kỹ thuật hộp giảm tốc giúp đối chiếu lý thuyết với sản phẩm thật.
• Thứ tự làm đồ án hộp 1 cấp hợp lý? Chọn motor, phân phối tỉ số, tính bộ truyền đai hoặc xích, tính bộ truyền bánh răng theo độ bền tiếp xúc và uốn, kiểm nghiệm quá tải, tính trục, chọn ổ, chọn then, khớp nối, tính vỏ hộp, kiểm tra bôi trơn và chọn dung sai.
• Tự kiểm chứng thế nào ngoài xưởng? Đếm số răng hai bánh qua cửa thăm, tính tỉ số; đo tốc độ trục vào – ra bằng máy đo tốc độ để so; đo dòng motor bằng ampe kìm, ước công suất và momen trục ra. Đo đường kính đỉnh răng chia cho (Z + 2) để ra mô đun gần đúng.

Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm:

• Hộp Giảm Tốc Cẩu Trục ZQ: Cấu Tạo, Ứng Dụng, Thông Số Kỹ Thuật
• Hộp Giảm Tốc Bánh Răng Côn: Ứng Dụng, Ưu Điểm, Cấu Tạo, Lực Momen Xoắn
• Hộp Giảm Tốc Băng Tải: Cấu Tạo, Ứng Dụng, Thông Số Kỹ Thuật Và Cách Lựa chọn
• Các loại hộp giảm tốc nhiều người dùng nhất Châu Âu, Á
• Phương pháp tháp lắp hộp giảm tốc, bảo trì, sửa chữa
• Motor giảm tốc đảo chiều quay khi đấu điện
• Ưu nhược điểm motor giảm tốc cũ, giá cả, cách chọn
• Các motor giảm tốc rẻ nhất, bền nhất tại Việt Nam
• Cấu tạo hộp giảm tốc, thiết kế và tính lực truyền động bánh răng