Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Hộp Giảm Tốc 2 Cấp Phân Đôi Cấp Nhanh

Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh là hộp bánh răng trụ hai cấp, trong đó cấp nhanh được tách thành hai cặp bánh răng nghiêng ngược chiều đặt đối xứng hai bên, cấp chậm là một cặp nằm giữa, nhờ vậy tải chia đều lên ổ trục và lực dọc trục tự triệt tiêu. Loại này hay gặp trong đồ án chi tiết máy và các hộp tải nặng, chạy 2–3 ca; chọn theo momen trục ra, tỉ số chung (khoảng 8–40) và kết cấu ổ cho phép một trục tự lựa dọc trục.

1) Hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh là gì?

Motor 4 cực quay khoảng 1450 v/p, trong khi tang băng tải, tang tời chỉ cần vài chục vòng. Hộp giảm tốc làm cầu nối: hạ tốc độ, tăng momen, tỉ số truyền cố định. Với hộp 2 cấp khai triển thông thường, bánh răng nằm lệch về một phía trục nên trục bị uốn không đều, ổ một bên chịu nặng hơn. Kiểu phân đôi giải quyết chuyện này bằng cách chẻ một cấp thành hai nửa đối xứng.

"Phân đôi cấp nhanh" nghĩa là cặp bánh răng của cấp thứ nhất (cấp tốc độ cao, momen nhỏ) được làm thành hai cặp giống nhau, răng nghiêng ngược hướng. Còn "phân đôi cấp chậm" thì làm điều đó ở cấp thứ hai (momen lớn).

2) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh

a) Cấu tạo hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh

• Trục vào (trục I): mang hai bánh răng nghiêng nhỏ, góc nghiêng ngược nhau (giống một bánh răng chữ V tách đôi).
• Trục trung gian (trục II): mang hai bánh răng nghiêng lớn ăn khớp với trục I và bánh răng nhỏ cấp chậm nằm giữa.
• Trục ra (trục III): mang bánh răng lớn cấp chậm, nằm giữa hai ổ nên trục chịu uốn đối xứng.
• Ổ trục: một trục (thường là trục vào) đỡ bằng ổ đũa trụ ngắn cho phép trượt dọc trục để hai cặp nghiêng tự cân tải.
• Vỏ hộp: gang xám GX15-32, mặt ghép nắp – thân đi qua tâm các trục; cửa thăm, nút thông hơi, nút tháo dầu, que thăm dầu.

b) Nguyên lý hoạt động

Motor quay trục I, công suất chia đôi qua hai cặp bánh răng nghiêng sang trục II. Vì hai cặp nghiêng ngược chiều, lực dọc trục của chúng triệt tiêu nhau; trục I "trôi" nhẹ để hai bên chia tải bằng nhau. Trục II gom công suất lại và truyền qua cặp bánh răng cấp chậm sang trục III. Tỉ số chung u = u1 × u2, ví dụ u1 = 4, u2 = 3,2 thì u = 12,8: motor 1450 v/p cho trục ra khoảng 113 v/p.

c) Số liệu đề bài thường gặp trong đồ án

Một đề băng tải điển hình: lực vòng trên băng F = 6500 N, vận tốc băng v = 1,5 m/s, đường kính tang D = 550 mm, làm việc 3 ca, 200 ngày/năm, 5 năm, quay một chiều, va đập nhẹ, tải thay đổi T1 = T trong 25 giây, T2 = 0,7T trong 16 giây.

• Công suất trên tang: P = F × v = 6500 × 1,5 ≈ 9,75 kW.
• Tốc độ tang: n = 60000 × v / (π × D) ≈ 52 v/p.
• Motor 4 cực 1450 v/p cần tỉ số chung khoảng 28, chia cho đai/xích ngoài và hai cấp trong hộp.

3) Thông số kỹ thuật và cách tính chọn hộp phân đôi cấp nhanh

a) Vật liệu và ứng suất cho phép

Đồ án thường chọn thép C45 tôi cải thiện, phôi rèn, cho cả hai cấp. Bánh nhỏ độ rắn khoảng HB 245, bánh lớn khoảng HB 230; bánh lớn mềm hơn 10–15 HB để chạy mòn tốt. Ứng suất tiếp xúc cho phép tính ra khoảng 480 MPa với cặp vật liệu này.

b) Khoảng cách trục, môđun, số răng

Khoảng cách trục tính theo sức bền tiếp xúc: aw = Ka × (u + 1) × căn bậc ba của [T × KHβ / ([σH]² × u × ψba)], với Ka = 43 cho răng nghiêng, 49,5 cho răng thẳng. Môđun lấy m = (0,01–0,02) × aw rồi làm tròn theo dãy tiêu chuẩn; số răng tính từ aw, m, u và góc nghiêng, sau đó kiểm tra lại aw thực tế. Mỗi nửa cấp phân đôi chỉ chịu một nửa momen, nên tính với T/2.

c) Kích thước vỏ hộp

Với khoảng cách trục cấp chậm a = 190 mm: chiều dày thân δ = 0,03a + 3 ≈ 8,7 mm, nắp δ1 = 0,9δ ≈ 7,8 mm, gân tăng cứng khoảng 8 mm. Bu lông nền d1 ≥ 0,04a + 10 → chọn M18; bu lông cạnh ổ d2 = (0,7–0,8)d1 → M14; bu lông ghép bích d3 = (0,8–0,9)d2 → M12; vít nắp ổ d4 khoảng M10; vít nắp cửa thăm d5 khoảng M8.

d) Lắp ghép, ăn khớp và bôi trơn

• Bánh răng lắp lên trục bằng then, kiểu lắp H7/k6 cho tải vừa, va đập nhẹ.
• Bánh nhỏ làm rộng hơn bánh lớn khoảng 5–10% để bù sai lệch dọc trục khi lắp.
• Bánh lớn cấp chậm ngâm dầu khoảng 1/4 bán kính (cỡ 30 mm với hộp ví dụ); bánh cấp nhanh ngâm ít nhất bằng chiều cao răng.
• Giáo trình hay chọn dầu công nghiệp số 45; hộp thực tế chạy 3 ca thường dùng dầu bánh răng ISO VG 150–220.

e) Motor kéo: dòng điện, điện áp, biến tần

Đề 9,75 kW trên tang, tính hiệu suất chung khoảng 0,85–0,88 thì cần motor 11 kW 4 cực. Motor điện 3 pha 11 kW 380V có dòng định mức khoảng 22 A, đấu tam giác trên lưới 380V, khởi động sao – tam giác hoặc qua biến tần 11 kW (tải băng khởi động có tải nặng chọn 15 kW). Dải nhỏ hơn: 4 kW khoảng 8,8 A; 5,5 kW khoảng 11,7 A; 7,5 kW khoảng 15,6 A.

4) Phân biệt hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh và phân đôi cấp chậm

• Cả hai kiểu đều cần một trục tự lựa dọc trục.
• Hộp khai triển thường rẻ và ngắn hơn ở tải nhẹ.
• Tham khảo thêm hộp giảm tốc 2 cấp.

5) Ứng dụng của hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh

• Hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh cho băng tải than, băng tải clinker, băng tải mía đường chạy 3 ca.
• Hộp 2 cấp phân đôi cho máy cán thép, máy kéo dây, máy ép.
• Hộp số phân đôi dẫn động tời, cơ cấu di chuyển cầu trục.
• Hộp giảm tốc phân đôi cho máy khuấy bể lớn, máy trộn hóa chất, dây chuyền xi mạ.
• Đề tài đồ án chi tiết máy "hệ thống dẫn động băng tải dùng hộp phân đôi cấp nhanh".

6) Ưu điểm và nhược điểm hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh

a) Ưu điểm

• Tải phân bố đều trên ổ và trục, trục ít cong vênh.
• Lực dọc trục của hai cặp nghiêng tự triệt tiêu, ổ trục nhẹ việc.
• Chạy êm hơn hộp răng thẳng, bền khi làm việc nhiều ca.

b) Nhược điểm

• Nhiều bánh răng hơn, giá và công lắp cao hơn hộp khai triển.
• Hộp dài theo chiều trục.
• Hai cặp nghiêng phải chế tạo chính xác như nhau, lệch là một bên gánh tải.

7) Hộp giảm tốc ZQ – dòng hộp 2 cấp trục song song hay gặp

Hộp giảm tốc ZQ (hộp số cẩu trục ZQ) là hộp bánh răng trụ 2 cấp trục song song, dùng cho tời bò, cầu trục, thiết bị nâng hạ. Size ZQ (250, 350, 400, 500, 650, 750, 850…) là tổng khoảng cách từ tâm trục vào đến tâm trục ra; tỉ số thường trong khoảng 8–50.

Video cách chọn motor cẩu trục, dầm cầu trục:

8) Câu hỏi thường gặp về hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh

a) Người sắp mua hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cần hỏi gì, xác minh gì

• Cần hỏi người bán những thông số nào? Tỉ số chung và tỉ số từng cấp, momen danh định trục ra, tốc độ vào cho phép, đường kính cốt vào và cốt ra, chiều trục ra, kiểu lắp và tổng khối lượng. Hộp phân đôi dài theo trục, nên hỏi luôn kích thước bao để kiểm tra chỗ đặt.
• Làm sao biết đúng là hộp phân đôi cấp nhanh? Mở cửa thăm: trục vào có hai bánh răng nghiêng ngược hướng nằm hai bên, bánh cấp chậm ở giữa. Đẩy dọc trục vào thấy có độ "trôi" nhẹ là ổ tự lựa đúng thiết kế.
• Tem nhãn và giấy tờ cần có gì? Model, tỉ số, công suất hoặc momen, loại dầu và lượng dầu, tư thế lắp. Hộp cũ mất tem thì quay trục vào 20 vòng, đếm vòng trục ra để tính tỉ số thực.
• Chọn cỡ hộp theo tải ra sao? Tính momen trục ra T = 9550 × P / n2 × η, nhân SF 1,25–1,5 cho tải băng tải chạy 3 ca. Motor 11 kW, n2 = 52 v/p, η = 0,95: T ≈ 1900 Nm, cần hộp momen danh định khoảng 2400–2900 Nm.
• Giá khoảng bao nhiêu? Theo giá trung bình thị trường Việt Nam, hộp 2 cấp bánh răng trụ momen 1000–3000 Nm khoảng vài chục triệu đồng; hộp đặt gia công theo bản vẽ phân đôi thường cao hơn hộp khai triển cùng momen 15–30%.

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

• Căn chỉnh hộp với motor và tang thế nào? Bệ phẳng, đặt hộp trước, căn tang theo hộp, cuối cùng căn motor theo hộp. Khớp nối căn bằng đồng hồ so hoặc thước thẳng, lệch tâm dưới khoảng 0,1 mm. Không chèn căn đệm làm khóa độ trôi của trục vào.
• Đổ dầu và chạy rà ra sao? Đổ dầu bánh răng VG 150–220 đến vạch. Chạy không tải 30 phút, rồi 50% tải vài giờ trước khi chạy đầy tải. Thay dầu lần đầu sau khoảng 300–500 giờ.
• Đấu điện motor 11 kW thế nào? Motor 380/660V đấu tam giác trên lưới 380V; khởi động sao – tam giác hoặc biến tần. Dòng khởi động trực tiếp khoảng 6–7 lần định mức (130–150 A), CB và dây phải tính theo đó nếu khởi động trực tiếp.
• Theo dõi gì khi vận hành? Nhiệt độ vỏ (dưới khoảng 70°C), tiếng ăn khớp đều, dòng motor ổn định. Đo nhiệt hai đầu ổ trục vào: chênh nhau nhiều là hai cặp nghiêng chia tải lệch.
• Có nên dùng biến tần cho băng tải chạy hộp phân đôi? Biến tần cho khởi động mềm, giảm sốc lên răng và cho chỉnh tốc độ băng. Chọn biến tần cùng hoặc lớn hơn 1 cấp công suất motor, cài thời gian tăng tốc 5–10 giây cho băng dài.

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

• Một bên cặp nghiêng mòn nhanh, bên kia còn mới? Trục vào bị khóa dọc trục do lắp ổ chặn cả hai đầu hoặc căn đệm sai. Đổi lại đúng ổ đũa trụ ngắn ở đầu tự lựa, cho trục trôi tự do vài mm.
• Hộp kêu rít ở tốc độ cao? Khe hở ăn khớp cấp nhanh quá nhỏ hoặc dầu quá đặc khi trời lạnh. Kiểm tra vết tiếp xúc bằng bột màu, đổi dầu đúng cấp nhớt.
• Chảy dầu ở mặt ghép nắp – thân? Mặt ghép bị cong do siết bu lông không đều hoặc keo làm kín cũ. Làm sạch, bôi keo làm kín mặt bích mới, siết bu lông chéo từ giữa ra hai đầu.
• Motor quá dòng khi băng đầy? Tỉ số thấp hoặc băng bị kẹt con lăn. Kiểm tra con lăn, độ căng băng; đo dòng có tải so tem; cần thì tăng tỉ số đai ngoài.
• Gãy then trục ra? Khởi động trực tiếp có tải nặng, va đập lớn. Chuyển sang khởi động sao – tam giác hoặc biến tần, kiểm tra kiểu lắp then và độ vừa khít rãnh.

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

• Khái niệm nào cần nắm trước khi làm đồ án hộp phân đôi? Công suất, momen, tốc độ, tỉ số truyền, hiệu suất; bánh răng nghiêng (góc nghiêng β, môđun pháp, lực dọc trục), sức bền tiếp xúc và uốn, hệ số tải KHβ, ψba; ổ lăn (ổ tự lựa, ổ đũa trụ ngắn, tuổi thọ L10).
• Nên học loại hộp nào trước? Hộp 1 cấp bánh răng trụ, rồi 2 cấp khai triển, sau đó mới tới phân đôi và đồng trục. Trước đó nắm chắc motor 3 pha rotor lồng sóc: tốc độ đồng bộ 1500 v/p, tốc độ định mức khoảng 1450 v/p, hệ số trượt 3–4%.
• Thứ tự tính toán hợp lý? Tính công suất, chọn motor, phân phối tỉ số (cấp nhanh thường lớn hơn cấp chậm), tính cấp chậm trước vì momen lớn quyết định kích thước, rồi tính cấp nhanh với T/2, tính trục, chọn ổ (nhớ trục tự lựa), cuối cùng thiết kế vỏ.
• Tự kiểm chứng số liệu thực tế thế nào? Đọc tem motor (kW, A, v/p, cấp cách điện F, IP55), đo dòng bằng ampe kìm khi băng chạy đầy, đo tốc độ tang bằng máy đo vòng quay, tính ngược momen; so với bảng số liệu đồ án để thấy hệ số dự trữ.
• Đọc bản vẽ lắp hộp phân đôi cần chú ý gì? Tìm ổ tự lựa trên trục vào, chiều nghiêng của hai bánh răng, vị trí bánh cấp chậm giữa hai ổ trục ra và kích thước δ, d1, d2, d3 trên vỏ để đối chiếu với công thức.

Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm:

• Động Cơ Hộp Giảm Tốc 2 Cấp: Ứng Dụng, Thông Số Kỹ Thuật
• 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