Hộp Giảm Tốc Trục Vít Bánh Vít

Hộp giảm tốc trục vít bánh vít có trục ra vuông góc. Trục vít thép quay nhanh, đẩy bánh vít đồng quay chậm. Chỉ một cấp đã đạt tỉ số từ 1/5 đến 1/100.

Dòng hộp số này gọn, êm và dễ lắp. Nó phổ biến nhất trong các loại hộp giảm tốc cỡ vừa.

1. Hộp giảm tốc trục vít bánh vít là gì?

Hộp giảm tốc trục vít bánh vít nối hai trục chéo. Hai trục lệch nhau 90° và không cắt nhau. Trục vít giống một con vít có ren. Bánh vít là bánh răng lớn ăn khớp với ren đó.

• Tên gọi khác: hộp số trục vít, hộp số bánh vít.
• Tiếng Anh: worm gear reducer hoặc worm gearbox.
• Hướng trục: trục ra vuông góc với trục vào.
• Tỉ số một cấp: phổ biến từ 1/5 đến 1/100.
• Dải công suất: từ vài chục watt tới khoảng 30 kW.
• Size: khoảng cách tâm hai trục, từ 25 đến 250 mm.

Ghép liền motor, ta có motor giảm tốc trục vít. Dạng này thuộc nhóm động cơ giảm tốc.

Hộp trục vít cũng có thể dùng không cần motor. Trục vào có thể nối tay quay hoặc trục máy khác. Kiểu này hay gặp ở van cửa xả, cơ cấu chỉnh góc.

Video dưới đây giới thiệu hộp giảm tốc trục vít bánh vít WPA size 70 với trục ra vuông góc trục vào.

2. Cấu tạo hộp giảm tốc trục vít bánh vít

Hộp gồm vỏ, trục vít, bánh vít, trục ra và ổ bi. Cặp trục vít bánh vít là bộ phận chịu lực chính.

Cấu tạo bên trong hộp giảm tốc trục vít bánh vít.

• Trục vít: thép hợp kim thấm carbon, tôi cứng, mài ren.
• Bánh vít: vành đồng thiếc ép trên moay-ơ gang hoặc thép.
• Vỏ hộp: gang đúc với dòng WP, nhôm đúc với dòng NMRV.
• Ổ bi trục vít: thường là ổ côn, chịu lực dọc trục.
• Trục ra: trục dương có then, hoặc trục âm lỗ rỗng.
• Phớt chắn dầu: đặt ở hai đầu trục vào và trục ra.
• Nút thông hơi, nút xả: vị trí phụ thuộc tư thế lắp.

Đồng thiếc mềm hơn thép tôi. Cặp vật liệu này giảm nguy cơ kẹt răng khi trượt. Bánh vít được thiết kế là chi tiết mòn trước.

3. Nguyên lý hoạt động và hiệu suất truyền động

Hộp số trục vít truyền lực qua mặt ren trượt. Trục vít quay một vòng, bánh vít nhích một vài răng.

• Công thức tỉ số: i = Z2 / Z1.
• Z2: số răng bánh vít.
• Z1: số đầu mối ren trục vít, thường 1–4.
• Ví dụ: 40 răng, 1 mối ren, tỉ số 1/40.

Hiệu suất phụ thuộc chủ yếu vào góc nâng ren. Tỉ số thấp dùng trục vít nhiều mối, góc nâng lớn. Tỉ số cao dùng trục vít một mối, ma sát lớn hơn.

Hiệu suất lúc khởi động còn thấp hơn khi chạy ổn định. Hộp mới cần chạy rà mới đạt hiệu suất danh định. Công suất mất đi biến thành nhiệt trong dầu.

4. Khả năng tự hãm của hộp số trục vít

Tự hãm là khi tải không thể quay ngược trục vít. Điều kiện là góc nâng ren nhỏ hơn góc ma sát.

• Tỉ số cao: trục vít một mối, dễ tự hãm.
• Tỉ số thấp: trục vít nhiều mối, tải dễ quay ngược.
• Tự hãm tĩnh: giữ được tải khi hộp đứng yên.
• Tự hãm động: dừng ngay khi cắt nguồn, khó đạt hơn.

Rung động, nhiệt độ và độ mòn làm mất tự hãm. Hiệu suất trên khoảng 50% thường không còn tự hãm. Cơ cấu nâng, tời luôn cần phanh hoặc khóa chống ngược.

Ở chiều ngược lại, tự hãm có thể gây hại. Tải quán tính lớn dừng đột ngột sẽ tạo xung lực. Xung lực này dồn lên răng bánh vít.

Máy quay đà lớn nên dùng tỉ số thấp hơn. Có thể thêm khởi động mềm hoặc biến tần để dừng êm.

5. Ưu điểm và hạn chế của hộp giảm tốc trục vít

Hộp trục vít mạnh ở sự gọn nhẹ và tỉ số lớn. Điểm yếu nằm ở hiệu suất và nhiệt.

Ưu điểm

• Tỉ số lớn chỉ với một cấp, ít chi tiết.
• Trục ra vuông góc, tiết kiệm không gian.
• Chạy êm vì ăn khớp liên tục, ít ồn.
• Chịu được va đập nhẹ nhờ bánh vít đồng.
• Nhiều kiểu lắp: chân đế, mặt bích, trục âm, trục dương.
• Có xu hướng giữ tải ở tỉ số cao.

Hạn chế

• Hiệu suất thấp hơn hộp bánh răng, nhất là tỉ số cao.
• Sinh nhiệt nhiều, giới hạn chạy liên tục ở tải lớn.
• Bánh vít đồng mòn dần, độ rơ tăng theo thời gian.
• Không hợp tải rất nặng hoặc va đập mạnh liên tục.

Cần hiệu suất cao, hãy xem hộp giảm tốc bánh răng côn.

6. Phân loại hộp giảm tốc trục vít bánh vít

Hộp số trục vít được chia theo bốn tiêu chí. Đó là vỏ, vị trí trục vít, kiểu nối motor, số cấp.

a. Theo tiêu chuẩn vỏ hộp

• Dòng WP: vỏ gang, size 40–250, tỉ số 1/10–1/60.
• Dòng NMRV: vỏ nhôm hình vuông, mặt bích motor chuẩn IEC.

Dòng vỏ nhôm có mục riêng: hộp giảm tốc NMRV.

b. Theo vị trí trục vít

• Trục vít dưới: ngâm trong dầu, như hộp giảm tốc WPA.
• Trục vít trên: hợp tốc độ cao, như hộp giảm tốc WPS.
• Trục đứng: các kiểu WPX, WPO cho trục thẳng đứng.

c. Theo cách nối motor

• Trục vào dương: nối motor qua khớp nối hoặc puly.
• Mặt bích motor: lắp motor trực tiếp, như hộp giảm tốc WPDA.

d. Theo số cấp giảm tốc

• Một cấp: tỉ số tới 1/100.
• Hai cấp: tỉ số từ 1/100 tới vài nghìn.

7. Tỉ số truyền và tốc độ trục ra

Tốc độ trục ra bằng tốc độ motor chia tỉ số. Motor 4 cực thực tế quay khoảng 1.400–1.450 vòng/phút.

Tốc độ trục ra theo từng tỉ số truyền.

Bảng tính với motor 1.400 vòng/phút. Motor 6 cực quay khoảng 950 vòng/phút. Khi đó tốc độ ra giảm khoảng một phần ba.

Motor 2 cực quay gần 2.900 vòng/phút. Tốc độ này làm hộp trục vít nóng và ồn hơn. Đa số trường hợp nên dùng motor 4 cực.

Tốc độ lẻ nên chọn tỉ số gần nhất. Sau đó tinh chỉnh bằng puly, nhông xích hoặc biến tần.

Tỉ số trên 1/60 ở dòng WP thường dùng hộp hai cấp. Hai cấp ghép nối tiếp cho tốc độ ra vài vòng/phút. Đổi lại, hiệu suất tổng thấp hơn hộp một cấp.

8. Cách chọn hộp giảm tốc trục vít đúng tải

Chọn hộp trục vít phải kiểm tra cả mô-men lẫn nhiệt. Đây là điểm khác so với hộp bánh răng.

• Mô-men tải: tính tại trục ra, đơn vị N.m.
• Hệ số làm việc: 1,0–1,25 cho tải đều.
• Tải va đập vừa: hệ số khoảng 1,25–1,5.
• Va đập nặng: hệ số 1,75 trở lên.
• Hiệu suất: dùng hiệu suất theo tỉ số khi tính motor.
• Công suất nhiệt: quan trọng khi chạy liên tục nhiều giờ.
• Lực hướng kính: nhông xích nhỏ tạo lực lớn lên trục ra.
• Tư thế lắp: báo trước để có lượng dầu đúng.

Công thức tính motor: P = T2 × n2 / (9.550 × η). Tỉ số càng cao, η càng thấp. Khi đó motor cần lớn hơn so với hộp bánh răng.

Nhiệt độ môi trường trên 40°C làm giảm tải cho phép. Phòng kín, gần lò sấy cần chọn size lớn hơn.

Trục ra dạng âm cần thanh chống xoay. Thanh này giữ vỏ hộp không quay theo trục máy.

9. Ứng dụng hộp giảm tốc trục vít bánh vít

Hộp số trục vít hợp máy tải vừa, cần trục vuông góc.

Hộp giảm tốc trục vít lắp trên băng tải.

• Băng tải, con lăn: ngành bao bì, thực phẩm, gỗ.
• Máy trộn, máy khuấy nhỏ: thức ăn chăn nuôi, hóa chất.
• Máy nông sản: máy sấy, máy rang, máy tách vỏ.
• Cửa cổng, rèm, mái che: cần trục vuông góc, gọn.
• Bàn xoay, sàn quay: tốc độ thấp, chạy êm.
• Xử lý nước thải: máy gạt bùn, máy khuấy bể nhỏ.
• Máy in, máy dệt: trục cuộn, trục kéo vải tốc độ chậm.
• Máy xây dựng nhẹ: máy trộn vữa, vận thăng nhỏ có phanh.

Hộp trục vít ít hợp máy nghiền có va đập mạnh. Tải nặng chạy ngày đêm nên cân nhắc hộp bánh răng.

Nâng tịnh tiến nên dùng hộp giảm tốc vít nâng hạ.

10. Vấn đề người dùng thường gặp khi chọn hộp giảm tốc trục vít

Phần lớn hư hỏng sớm của hộp trục vít do chọn sai. Dưới đây là các tình huống gặp nhiều tại Việt Nam.

• Hộp nóng nhanh: tỉ số cao, chạy liên tục, quá tải nhiệt.
• Motor yếu: quên tính hiệu suất trục vít ở tỉ số cao.
• Bánh vít mòn nhanh: chọn sát mô-men, thiếu hệ số dự phòng.
• Kêu, rung: lực hướng kính lớn do nhông xích quá nhỏ.
• Rò dầu: lắp đứng hộp vốn đặt hàng cho lắp ngang.
• Tải tụt khi dừng: tin hộp tự hãm, không lắp phanh.
• Sai tốc độ: tính theo 1.500 vòng, máy chạy chậm hơn.
• Nhầm trục: trục âm, trục dương, đường kính, rãnh then.
• Hàng bãi: bánh vít đã mòn, độ rơ lớn, khó đoán tuổi.
• Hàng trôi nổi: đồng pha tạp, vỏ mỏng, thiếu thông số mô-men.

11. Câu hỏi thường gặp về hộp giảm tốc trục vít bánh vít

• Hộp giảm tốc trục vít bánh vít có tự hãm không?
  Tỉ số cao có xu hướng tự hãm. Không nên dùng nó thay phanh.
• Hiệu suất hộp giảm tốc trục vít là bao nhiêu?
  Khoảng 50–90%, giảm dần khi tỉ số tăng.
• Hộp số trục vít nóng bao nhiêu là bình thường?
  Ấm hơn hộp bánh răng là bình thường. Nóng không đặt tay được thường do quá tải.
• Size hộp trục vít là gì?
  Size là khoảng cách tâm trục vít và bánh vít, mm.
• Có quay ngược trục ra để tăng tốc được không?
  Chỉ tỉ số thấp mới quay ngược được. Tỉ số cao gần như bị khóa.
• Hộp trục vít có chạy đảo chiều được không?
  Được. Đảo chiều liên tục cần chọn hệ số làm việc cao hơn.
• Hộp số trục vít dùng motor 1 pha được không?
  Được với tải nhẹ. Tải nặng nên dùng motor 3 pha.
• Vì sao bánh vít làm bằng đồng?
  Đồng chống kẹt khi trượt trên thép. Bánh vít mòn trước, bảo vệ trục vít.
• Tỉ số truyền phổ biến của hộp giảm tốc trục vít bánh vít là bao nhiêu?
  Hộp một cấp thường có tỉ số từ 1/5 đến 1/100. Ghép hai cấp có thể đạt 1/300 hoặc lớn hơn.
• Hộp trục vít một cấp và hai cấp khác nhau thế nào?
  Hộp hai cấp ghép hai bộ trục vít, hoặc thêm một cấp bánh răng ở đầu vào, cho tốc độ ra rất thấp. Đổi lại, hiệu suất tổng thấp hơn hộp một cấp.
• Khoảng cách tâm trên hộp trục vít có ý nghĩa gì?
  Đó là khoảng cách giữa tâm trục vít và tâm bánh vít, thường cũng chính là số size. Khoảng cách tâm càng lớn thì bánh vít càng to và chịu được mô-men càng cao.
• Hộp giảm tốc trục vít có chịu được tải va đập không?
  Hộp chịu được sốc ngắn nhờ bánh vít bằng đồng, nhưng va đập lặp lại liên tục làm răng mòn nhanh. Với tải kiểu này nên chọn hệ số làm việc lớn hơn.
• Trục vít nằm trên và nằm dưới khác nhau ra sao?
  Trục vít nằm dưới ngâm trong dầu nên bôi trơn tốt, hợp tốc độ vừa và thấp. Trục vít nằm trên ít khuấy dầu, hợp tốc độ vào cao. Vị trí được chọn theo cách bố trí motor và máy.
• Hộp trục vít có loại trục ra rỗng không?
  Có. Dòng NMRV và nhiều hộp trục vít mặt bích có trục ra rỗng kèm rãnh then, lồng thẳng vào trục máy.
• Vì sao hộp trục vít gọn hơn hộp bánh răng cùng tỉ số?
  Chỉ một cặp trục vít đã đạt tỉ số 1/60 hay 1/100, trong khi hộp bánh răng cần 2–3 cấp. Ít chi tiết hơn nên hộp nhỏ và nhẹ hơn.

Ngoài loại này, nhóm hộp giảm tốc còn có các dòng sau:

• Hộp Số Giảm Tốc WPA
• Hộp Số Giảm Tốc WPS
• Hộp Giảm Tốc WPDA
• Hộp Giảm Tốc WPDS
• Hộp Giảm Tốc NMRV
• Hộp Giảm Tốc Đài Loan
• Hộp Giảm Tốc Vít Nâng Hạ
• Hộp Giảm Tốc Bánh Răng Côn
• Hộp Giảm Tốc F Trục Song Song
• Hộp Giảm Tốc 2 Cấp
• Hộp Giảm Tốc ZQ
• Hộp Giảm Tốc Cyclo
• Hộp Giảm Tốc Sumitomo