HỘP GIẢM TỐC

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động đặt sau motor. Thiết bị hạ tốc độ quay của motor xuống mức máy cần. Cùng lúc đó, mô-men xoắn ở trục ra tăng lên nhiều lần. Trong xưởng, nó còn được gọi là hộp số giảm tốc.

Gần như mọi băng tải, máy khuấy đều cần hộp giảm tốc. Chọn đúng loại giúp máy chạy êm, bền và ít hao điện.

1. Hộp giảm tốc là gì?

Hộp giảm tốc là bộ bánh răng kín, hạ tốc độ quay. Motor 4 cực ở lưới 50 Hz quay khoảng 1.400–1.450 vòng/phút. Phần lớn máy công tác chỉ cần vài chục vòng/phút. Hộp số giảm tốc gánh phần chênh lệch đó.

• Giảm tốc độ: tốc độ motor chia cho tỉ số.
• Tăng mô-men: mô-men ra tăng gần theo tỉ số truyền.
• Đổi hướng trục: nhiều loại cho trục ra vuông góc trục vào.
• Đỡ tải cho motor: motor nhỏ vẫn kéo được tải nặng.
• Giữ tải: một số loại hạn chế tải quay ngược khi dừng.

Hộp số liền khối với motor gọi là động cơ giảm tốc. Khi tách rời, người dùng tự ghép motor. Mối ghép thường là mặt bích hoặc khớp nối.

Hộp giảm tốc khác bộ điều tốc điện tử. Bộ điều tốc thay đổi tốc độ motor. Hộp số thay đổi cả tốc độ lẫn mô-men.

Video dưới đây cho thấy cấu tạo bên trong một hộp giảm tốc bánh răng trụ ZQ.

2. Cấu tạo chung của hộp giảm tốc

Mọi hộp giảm tốc đều có vỏ, trục, bánh răng, ổ bi. Khác biệt nằm ở kiểu bánh răng và vật liệu.

Các bộ phận chính bên trong hộp giảm tốc.

• Vỏ hộp: gang xám, nhôm, thép hàn hoặc inox. Vỏ chịu lực và tản nhiệt.
• Trục vào: nhận chuyển động từ motor, quay nhanh, mô-men nhỏ.
• Trục ra: quay chậm, mô-men lớn. Đường kính lớn hơn trục vào.
• Bộ truyền: bánh răng trụ, côn, trục vít, cycloid hoặc hành tinh.
• Ổ bi: đỡ trục, chịu lực hướng kính và lực dọc trục.
• Phớt chắn dầu: giữ dầu, chặn bụi và nước.
• Nút thông hơi: xả áp suất khi dầu nóng lên.
• Dầu hoặc mỡ: giảm ma sát, giảm mòn, mang nhiệt ra vỏ.

Vật liệu bánh răng quyết định độ bền. Bánh răng thép tôi cứng chịu tải cao. Bánh vít đồng thiếc chống kẹt tốt khi trượt. Vỏ gang giảm rung tốt hơn vỏ nhôm. Vỏ nhôm nhẹ, tản nhiệt nhanh.

3. Nguyên lý hoạt động của hộp số giảm tốc

Hộp số giảm tốc dùng nguyên lý bánh nhỏ dẫn bánh lớn. Bánh nhỏ quay nhiều vòng, bánh lớn mới quay một vòng. Tỉ lệ số răng chính là tỉ số truyền.

• Tốc độ ra: n2 = n1 / i.
• Ví dụ tốc độ: 1.450 / 30 ≈ 48 vòng/phút.
• Mô-men ra: T2 = 9.550 × P × η / n2.
• Đơn vị: P tính bằng kW, T2 tính bằng N.m.
• Ví dụ mô-men: motor 1,5 kW, tỉ số 30, hiệu suất 0,8.
• Kết quả: mô-men ra khoảng 240 N.m.

Hiệu suất η là phần công suất còn lại sau ma sát. Bánh răng trụ đạt khoảng 97–98% mỗi cấp. Trục vít bánh vít thấp hơn nhiều. Hiệu suất trục vít còn giảm khi tỉ số tăng. Cùng tỉ số, hai loại hộp cho mô-men ra khác nhau.

Tỉ số lớn thường chia thành nhiều cấp nối tiếp. Hộp 2–3 cấp đạt tỉ số vài trăm. Ghép hai hộp có thể lên vài nghìn.

4. Phân loại hộp giảm tốc bánh răng

Nhóm bánh răng gồm hộp trụ, côn, cycloid và hành tinh. Nhóm này hiệu suất cao, hợp chạy liên tục.

a. Hộp giảm tốc trục song song

Trục vào và trục ra nằm song song. Bộ truyền là bánh răng trụ nghiêng. Hộp chạy êm, chịu tải đều tốt. Dòng hộp giảm tốc trục song song hợp máy khuấy.

b. Hộp giảm tốc bánh răng côn

Cặp bánh răng côn xoắn cho trục ra vuông góc. Hiệu suất thường trên 94%. Hộp giảm tốc bánh răng côn thay trục vít khi tải nặng.

c. Hộp giảm tốc cyclo

Đĩa cycloid lăn lệch tâm trên các chốt con lăn. Một cấp đã đạt tỉ số lớn. Nhiều răng cùng ăn khớp nên chịu va đập tốt. Xem thêm dòng hộp giảm tốc cyclo.

d. Hộp giảm tốc tải nặng ZQ

Đây là hộp bánh răng trụ vỏ gang cỡ lớn. Hộp thường có 2–3 cấp. Loại này hay gặp ở cầu trục, tời kéo, máy nghiền. Chi tiết có ở mục hộp giảm tốc ZQ.

e. Hộp giảm tốc hành tinh

Nhiều bánh răng vệ tinh chia tải quanh bánh trung tâm. Hộp nhỏ gọn, độ rơ thấp. Loại này hợp motor servo và máy định vị.

5. Hộp giảm tốc trục vít và các loại chuyên dụng

Hộp trục vít gồm trục vít thép ăn khớp bánh vít đồng. Một cấp đạt tỉ số tới 1/100. Trục ra vuông góc, kết cấu gọn, chạy êm.

• Trục vít vỏ gang: nhóm hộp giảm tốc trục vít bánh vít.
• Trục vít vỏ nhôm: hộp giảm tốc NMRV kiểu châu Âu.
• Vít nâng hạ: đổi chuyển động quay thành tịnh tiến.
• Hộp 2 cấp: tỉ số rất lớn, trục ra quay vài vòng/phút.
• Hộp chuyển hướng: đổi hướng trục 90°, tỉ số thấp.

Hiệu suất trục vít khoảng 85–90% ở tỉ số 1/5. Ở tỉ số 1/60 trở lên, con số còn khoảng 50–70%. Phần mất mát biến thành nhiệt ở vỏ hộp.

Về xuất xứ, hàng Nhật có hộp giảm tốc Sumitomo. Hàng Đài Loan phổ biến ở phân khúc tầm trung. Hàng Trung Quốc nhiều ở dòng trục vít và ZQ.

6. Thông số kỹ thuật hộp giảm tốc cần đọc

Thông số trên tem cho biết hộp chạy được tải nào. Đọc đúng tem giúp tránh mua sai ngay từ đầu.

Tem nhãn ghi size, tỉ số truyền và công suất.

• Size: với trục vít là khoảng cách tâm hai trục, mm.
• Tỉ số truyền: ghi dạng 1/30 hoặc i = 30.
• Công suất vào: công suất motor tối đa hộp chịu được.
• Mô-men ra định mức: tính bằng N.m, quan trọng nhất.
• Hệ số làm việc: độ dự phòng so với tải thực.
• Kiểu lắp: chân đế, mặt bích, trục âm, trục dương.
• Tư thế lắp: nằm ngang, đứng, treo. Tư thế quyết định lượng dầu.
• Lực hướng kính: quan trọng khi trục ra gắn nhông xích, puly.
• Cấp bảo vệ: chỉ số IP cho bụi và nước.

Hộp mất tem vẫn xác định được thông số. Đo khoảng cách tâm hai trục để biết size. Quay trục vào, đếm số vòng ứng với một vòng trục ra. Con số đó chính là tỉ số truyền.

Catalog thường tính mô-men ở hệ số làm việc bằng 1. Tải thực tế luôn cần thêm dự phòng.

7. Cách chọn hộp giảm tốc đúng tải

Chọn hộp giảm tốc phải xuất phát từ tốc độ và mô-men. Công suất motor chỉ là thông số đi kèm.

• Bước 1: xác định tốc độ trục ra máy cần.
• Bước 2: tính tỉ số i = tốc độ motor / tốc độ ra.
• Bước 3: tính mô-men tải thực tại trục ra.
• Bước 4: nhân mô-men tải với hệ số làm việc.
• Bước 5: chọn size có mô-men định mức lớn hơn.
• Bước 6: kiểm tra lực hướng kính, kiểu trục, kiểu lắp.

Khởi động, đảo chiều nhiều lần mỗi giờ cần thêm dự phòng. Nhiệt độ môi trường trên 40°C cũng vậy. Với hộp trục vít, cần kiểm tra thêm công suất nhiệt. Tải nặng, chạy liên tục nên dùng motor điện 3 pha.

8. Ứng dụng của hộp giảm tốc

Hộp giảm tốc có mặt ở hầu hết máy quay chậm. Mỗi ứng dụng hợp một kiểu bộ truyền riêng.

Hộp giảm tốc dùng cho băng tải và máy sản xuất.

• Băng tải: trục vít hoặc bánh răng côn, tùy tải.
• Máy khuấy, bồn trộn: trục song song hoặc cyclo, trục đứng.
• Cầu trục, tời: hộp ZQ hoặc bánh răng côn, luôn có phanh.
• Máy nông sản: máy sấy, máy rang cà phê, máy tách hạt.
• Cửa cổng, cửa trượt: trục vít nhỏ gọn.
• Bàn nâng, sân khấu: hộp vít nâng hạ.
• Xử lý nước thải: máy khuấy, gạt bùn chạy ngày đêm.
• Máy đóng gói: hộp hành tinh hoặc trục vít nhỏ.
• Lò quay, máy sấy trống: hộp nhiều cấp, tỉ số lớn.

Môi trường làm việc cũng ảnh hưởng tới lựa chọn. Nhà máy thực phẩm hay dùng vỏ inox hoặc vỏ sơn epoxy. Khu vực ẩm, gần biển cần phớt kín và sơn chống gỉ. Máy đặt ngoài trời nên có mái che nắng mưa.

9. Vấn đề người dùng thường gặp khi chọn hộp giảm tốc

Phần lớn sự cố hộp số bắt nguồn từ khâu chọn lựa. Dưới đây là các lỗi gặp nhiều tại xưởng Việt Nam.

• Chọn theo công suất: tỉ số 60 cần size lớn hơn.
• Sai tỉ số: lấy 1.500 vòng thay cho tốc độ thực.
• Quên hiệu suất trục vít: tỉ số cao làm máy yếu đi.
• Nhầm trục: lẫn trục âm, trục dương hoặc đường kính trục.
• Nhầm mặt bích: cỡ mặt bích không khớp cỡ khung motor.
• Hộp nóng, kêu: thường do quá tải hoặc sai tư thế lắp.
• Rò dầu: hay gặp khi lắp đứng bản dành cho lắp ngang.
• Hàng bãi: răng đã mòn, không rõ lịch sử tải.
• Hàng trôi nổi: tem thiếu mô-men định mức, khó tra.
• Motor 1 pha tải nặng: mô-men khởi động thấp, dễ không chạy.
• Tin tự hãm: trục vít không thay được phanh.

10. Câu hỏi thường gặp về hộp giảm tốc

• Hộp giảm tốc và động cơ giảm tốc khác nhau thế nào?
  Hộp giảm tốc chỉ có phần bánh răng. Động cơ giảm tốc có motor liền khối.
• Tỉ số truyền 1/50 nghĩa là gì?
  Trục ra quay chậm hơn trục vào 50 lần. Motor 1.450 vòng/phút cho trục ra khoảng 29 vòng/phút.
• Loại hộp giảm tốc nào có hiệu suất cao nhất?
  Bánh răng trụ và hành tinh, khoảng 95–98% mỗi cấp. Trục vít thấp nhất.
• Hộp giảm tốc có chạy với biến tần được không?
  Được. Tránh chạy quá chậm lâu ngày vì quạt motor làm mát kém.
• Size hộp giảm tốc nói lên điều gì?
  Size phản ánh kích thước và mô-men cho phép. Size càng lớn, tải càng cao.
• Hộp giảm tốc trục vít có tự hãm không?
  Chỉ tỉ số cao mới có xu hướng tự hãm. Khi rung, khả năng này có thể mất.
• Có nên dùng hộp giảm tốc cũ?
  Chỉ nên dùng khi đo được độ mòn răng, độ rơ trục.
• Hộp giảm tốc có đảo chiều quay được không?
  Đa số đảo chiều được. Khi đảo chiều liên tục, cần hệ số làm việc cao hơn.
• Hộp giảm tốc 1 cấp và 2 cấp khác nhau thế nào?
  Hộp 1 cấp chỉ có một cặp truyền động nên tỉ số bị giới hạn: bánh răng trụ thường đến khoảng 1/6–1/8, trục vít đến khoảng 1/100. Hộp 2 cấp ghép hai cặp nối tiếp, cho tỉ số lớn hơn mà vẫn giữ kích thước hợp lý.
• Mô-men xoắn đầu ra của hộp giảm tốc tính thế nào?
  Công thức gần đúng: T (Nm) = 9550 × P (kW) ÷ n (vòng/phút) × hiệu suất. Ví dụ motor 1,5kW, trục ra 30 vòng/phút, hiệu suất 0,9 cho khoảng 430 Nm.
• Hệ số làm việc (service factor) là gì?
  Đây là hệ số nhân thêm theo mức độ va đập của tải và số giờ chạy mỗi ngày. Tải êm, chạy 8 giờ lấy khoảng 1,0; tải va đập, chạy 24 giờ có thể lên 1,5–2,0. Mô-men định mức của hộp phải lớn hơn mô-men tải nhân với hệ số này.
• Hộp giảm tốc trục vuông góc và trục đồng trục khác gì nhau?
  Hộp trục vuông góc (trục vít, bánh răng côn) đổi hướng truyền động 90°, hợp chỗ lắp hẹp. Hộp đồng trục và trục song song giữ nguyên hướng trục, hiệu suất cao, hợp tải chạy liên tục.
• Lực hướng tâm cho phép trên trục ra là gì?
  Là lực vuông góc với trục do bánh xích, puly hoặc bánh răng truyền vào. Vượt giá trị catalog sẽ làm cong trục và hỏng ổ bi. Đặt bánh xích sát vai trục giúp giảm lực tác dụng lên ổ.
• Hộp giảm tốc có dùng làm hộp tăng tốc được không?
  Hộp bánh răng trụ tỉ số nhỏ có thể quay ngược để tăng tốc, nhưng phải tính lại mô-men vào và giới hạn tốc độ ra. Hộp trục vít tỉ số lớn gần như không quay ngược được.
• Hộp giảm tốc trục rỗng dùng khi nào?
  Khi muốn lồng thẳng hộp vào trục máy, bỏ khớp nối và tiết kiệm chỗ. Kiểu lắp này cần tay đòn chống xoay để giữ vỏ hộp.

Hộp giảm tốc gồm các dòng chính dưới đây:

• Hộp Giảm Tốc Trục Vít Bánh Vít
• 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