Cấu tạo hộp giảm tốc: bộ phận, 5 loại, cách tính mô-men ra và lịch thay dầu

Cấu tạo hộp giảm tốc (kết cấu hộp số giảm tốc) là tập hợp các bộ phận: vỏ kín chứa dầu, trục vào, trục ra, bánh răng hoặc cặp trục vít - bánh vít, vòng bi, phớt chặn dầu và dầu bôi trơn. Hộp nhận vận tốc cao từ động cơ và trả vận tốc thấp, mô-men lớn theo tỉ số truyền i; hiệu suất từ khoảng 40-90% (trục vít) đến 94-98% (bánh răng trụ).

Cấu tạo hộp giảm tốc và cách giảm tốc

Tỉ số truyền i bằng vòng quay vào chia vòng quay ra. Mô-men ra xấp xỉ mô-men vào nhân i nhân hiệu suất. Mô-men vào lấy từ động cơ theo công thức T (N·m) = 9.550 x P (kW) / n (vòng/phút), với 9.550 là kết quả của 60.000 chia 2π.

Hệ số vận hành (service factor) khác nhau giữa các hãng. Có hãng ghi 1,0 cho tải đều, 1,4 cho va đập vừa, 2,0 cho va đập mạnh; hãng khác đặt hệ số ở vị trí khác trong công thức. Vì vậy phải dùng đúng định nghĩa trong catalogue của chính hộp đang chọn.

Cấu tạo hộp giảm tốc gồm những bộ phận nào

Bảng dưới có 9 bộ phận, vai trò của từng bộ phận và mốc bảo dưỡng có số. Vỏ hộp chứa dầu, đỡ ổ trục và tản nhiệt; nhiệt độ vỏ tối đa 90 °C với dầu khoáng và 100 °C với dầu tổng hợp, theo SEW, và nên kiểm tra hằng ngày.

Bộ phận	Vai trò	Số liệu / mốc bảo dưỡng	Nguồn
Vỏ hộp	Chứa dầu, đỡ ổ trục, tản nhiệt	Nhiệt độ vỏ tối đa 90 °C (dầu khoáng), 100 °C (dầu tổng hợp); kiểm tra hằng ngày	SEW
Trục vào	Nhận vận tốc cao từ động cơ	Mô-men vào T = 9.550 x P / n	ZW Gearbox
Trục ra	Trả vận tốc thấp, mô-men lớn	Mô-men ra ≈ T vào x i x η	tính từ công thức
Bánh răng / trục vít - bánh vít	Truyền mô-men và đổi tốc	Hiệu suất 94-98% (bánh răng trụ); 40-90% (trục vít)	Unitec; Cotta
Vòng bi	Đỡ trục, chịu tải hướng tâm và dọc trục	NORD: thay phớt và bôi trơn lại vòng bi mỗi 25.000 giờ hoặc ít nhất 5 năm	NORD B2050
Phớt chặn dầu	Giữ dầu trong hộp, chặn bụi vào	NBR −30…+100 °C, 14 m/s; FKM −20…+200 °C, 37 m/s; 0,05 MPa	Tameson; sổ phot-do-cung
Dầu bôi trơn	Bôi trơn, làm mát	Cấp ISO VG 150-680; không trộn dầu khoáng với dầu tổng hợp	SEW; ISO 3448
Nút thông hơi	Cân bằng áp khi nóng lên	SEW khuyên thay hằng năm	SEW
Mắt thăm / nút kiểm mức dầu	Kiểm mức dầu	SEW kiểm mức dầu hằng tháng; NORD mỗi 2.500 giờ hoặc ít nhất 6 tháng	SEW; NORD B2050

Phớt chặn dầu ở hai đầu trục giữ dầu trong hộp và chặn bụi vào. Phớt theo DIN 3760 bằng NBR làm việc từ -30 đến +100 °C, tốc độ mặt trượt tối đa 14 m/s; bằng FKM làm việc từ -20 đến +200 °C, tối đa 37 m/s; chênh áp chịu được khoảng 0,05 MPa. Khi chọn phớt chặn dầu công nghiệp thay thế cần đọc đủ đường kính trục, đường kính ngoài, chiều rộng và vật liệu mép. NORD khuyến cáo thay phớt mòn mỗi 25.000 giờ hoặc ít nhất 5 năm, đồng thời bôi trơn lại vòng bi.

Cấu tạo hộp giảm tốc theo loại: trục vít, bánh răng trụ, hành tinh, côn, cyclo

Năm loại dưới đây khác nhau ở cách ăn khớp, nên khác nhau về hiệu suất, tỉ số một cấp và độ rơ (backlash, tính bằng phút cung). Các số hiệu suất lấy từ blog kỹ thuật của nhà sản xuất hộp số, nêu theo khoảng.

Loại	Hiệu suất một cấp	Tỉ số một cấp	Backlash (phút cung)	Ghi chú	Nguồn
Trục vít - bánh vít	40-90% (Unitec); 49-90% (Cotta)	5:1 đến 100:1	10-30	5:1 một cấp khoảng 90%; 300:1 hai cấp khoảng 49% (Cotta)	Unitec; Cotta; Wikipedia
Bánh răng trụ nghiêng	94-98%	1,5:1 đến 10:1; nhiều cấp tới 40:1	5-15	Hai cấp khoảng 94% (0,97 x 0,97)	Unitec; Cotta
Hành tinh	90-97% (Unitec); 95-98% (Cotta); 97% (Wikipedia, 3% mỗi cấp)	3:1 đến 100:1 hoặc tối đa 10:1 tùy hãng; nhiều cấp tới 100:1	dưới 3 (chính xác); 5-15 (tiêu chuẩn)	Tải chia cho 2-4 bánh hành tinh	Unitec; Cotta; Wikipedia
Bánh răng côn	thẳng 90-97%; xoắn 95-99%	1:1 đến 6:1	5-15	Đổi hướng trục 90°	Unitec; Cotta
Cyclo	khoảng 93% (một cấp); khoảng 86% (hai cấp)	tới 119:1 (một cấp); 7.569:1 (hai cấp)	rất thấp	Đĩa cycloid ăn khớp chốt vòng răng	Wikipedia Cycloidal drive

• Trục vít - bánh vít: một cấp 5:1 đến 100:1, đổi hướng trục 90°, có thể tự hãm tùy góc xoắn và hệ số ma sát. Hiệu suất thấp hơn bốn loại còn lại nên tỏa nhiệt nhiều hơn. Kho có hộp giảm tốc trục vít theo nameplate.
• Bánh răng trụ nghiêng: hiệu suất 94-98%, một cấp 1,5:1 đến 10:1, nhiều cấp tới 40:1. Hai cấp mất khoảng 6% (0,97 x 0,97 khoảng 94%). Nhóm này gồm hộp số giảm tốc bánh răng dùng cho băng tải, máy trộn.
• Hành tinh: tải chia cho 2-4 bánh hành tinh, tổn hao khoảng 3% mỗi cấp, backlash dưới 3 phút cung ở loại chính xác.
• Bánh răng côn: tỉ số 1:1 đến 6:1, dùng khi cần đổi hướng trục 90° với hiệu suất cao hơn trục vít.
• Cyclo: hiệu suất khoảng 93% một cấp, 86% hai cấp, một cấp tới 119:1 và hai cấp tới 7.569:1, backlash rất thấp nhờ đĩa cycloid ăn khớp với chốt vòng răng.

Hộp giảm tốc ghép sẵn với động cơ thành động cơ giảm tốc dùng motor 3 pha làm nguồn quay. Hộp nâng hạ kiểu kích vít me cũng là cặp trục vít - bánh vít, nhưng trục ra chuyển động tịnh tiến.

Cách tính tỉ số truyền và mô-men ra từ cấu tạo hộp giảm tốc

Công thức dùng ba bước: i = n vào / n ra; T vào = 9.550 x P / n vào; T ra = T vào x i x hiệu suất. Ví dụ minh họa với hiệu suất giả định: động cơ 1,5 kW, 1.450 vòng/phút, i = 30. Vòng quay ra bằng 1.450 / 30 = 48,3 vòng/phút. Mô-men vào bằng 9.550 x 1,5 / 1.450 = 9,88 N·m.

Với hộp bánh răng trụ lấy hiệu suất 0,94 (mức thấp của dải 94-98%), mô-men ra bằng 9,88 x 30 x 0,94 = 278,6 N·m. Với hộp trục vít lấy hiệu suất 0,60 (nằm trong dải 40-90%), mô-men ra là 177,8 N·m. Cùng động cơ và cùng i, hai cấu tạo cho mô-men ra chênh hơn 100 N·m.

Hiệu suất nhiều cấp tính bằng cách nhân hiệu suất từng cấp; mỗi lần ăn khớp chịu tải mất khoảng 2%, nên hộp hai cấp còn khoảng 96%. Hiệu suất đạt đỉnh khi tải ở 75-100% mô-men định mức. Khi chọn, lấy mô-men tính toán nhân hệ số vận hành của catalogue hãng, không áp một hệ số chung.

Dầu bôi trơn trong cấu tạo hộp giảm tốc và cấp độ nhớt ISO VG

ISO 3448 phân cấp độ nhớt động học tại 40 °C, mỗi cấp sai lệch ±10% quanh giá trị giữa. Bảng dưới có sáu cấp thường dùng cho dầu hộp giảm tốc, độ nhớt từ 90 đến 748 mm²/s.

Cấp ISO VG	Độ nhớt giữa (mm²/s ở 40 °C)	Tối thiểu (mm²/s)	Tối đa (mm²/s)
ISO VG 100	100	90	110
ISO VG 150	150	135	165
ISO VG 220	220	198	242
ISO VG 320	320	288	352
ISO VG 460	460	414	506
ISO VG 680	680	612	748

SEW liệt kê dầu được duyệt cho hộp công nghiệp ở các cấp 150, 220, 320, 460 và 680. Dầu khoáng (CLP) và dầu tổng hợp PAO (CLP HC) không được trộn lẫn, vì sai dầu có thể làm mất tính chất bôi trơn và hỏng hộp. SEW lấy 70 °C làm mức nhiệt độ bể dầu trung bình để đọc biểu đồ chu kỳ thay; môi trường khắc nghiệt thì thay sớm hơn. Nút thông hơi cân bằng áp khi hộp nóng lên, SEW khuyên thay hằng năm.

Bảo dưỡng cấu tạo hộp giảm tốc: lịch thay dầu theo hãng

Mỗi hãng ghi chu kỳ riêng nên không gộp thành một số chung. Bảng dưới nêu NORD 10.000 giờ với dầu khoáng, SEW thay lần đầu sau 500 giờ, Bonfiglioli khoảng 300 giờ lần đầu. Hộp của hãng khác thì lấy chu kỳ từ nameplate và catalogue đi kèm hộp.

Hãng	Lần thay đầu	Chu kỳ thay dầu	Điều kiện / ghi chú	Nguồn
NORD (dầu khoáng)	Không công bố	Mỗi 10.000 giờ vận hành, ít nhất mỗi 2 năm	Nhiệt độ làm việc tới 80 °C; cao hơn hoặc môi trường khắc nghiệt thì giảm một nửa	NORD B2050, B1050
NORD (dầu tổng hợp)	Không công bố	Gấp đôi: ít nhất mỗi 20.000 giờ hoặc 4 năm	B1000 ghi 20.000 giờ hoặc 4 năm	NORD B2050, B1000
SEW-Eurodrive	Sau 500 giờ; có thể bỏ qua theo điều kiện đặt hàng	Theo biểu đồ giờ vận hành và nhiệt độ bể dầu trong catalogue (mức trung bình quy ước 70 °C)	Kiểm độ sánh dầu mỗi 3.000 giờ hoặc ít nhất mỗi 6 tháng; kiểm mức dầu hằng tháng; thay nút thông hơi hằng năm	SEW
Bonfiglioli (VF/W)	Khoảng 300 giờ, xả rửa bằng chất tẩy phù hợp	Theo bảng nhiệt độ bể dầu (dưới 65 °C, 65-80 °C, 80-95 °C; giá trị không đọc được)	Cỡ VF27-VF49 và W63-W86 xuất xưởng dầu tổng hợp trọn đời	Bonfiglioli VF44 manual; catalogue VF/W
Lenze	Không công bố	Cỡ 03 và 04 bôi trơn trọn đời; từ cỡ 05 thay định kỳ theo nameplate	Chỉ dùng đúng dầu ghi trên nameplate	Lenze

Khi đổi dầu, xả hết dầu cũ và không pha dầu khoáng với dầu tổng hợp. Bonfiglioli và SEW đều nhắc điều này trong hướng dẫn vận hành.

Dấu hiệu cấu tạo hộp giảm tốc có vấn đề và kiểm tra hằng ngày

• Hằng ngày: đo nhiệt độ vỏ (tối đa 90 °C dầu khoáng, 100 °C dầu tổng hợp) và nghe tiếng ồn.
• Hằng tháng: kiểm rò rỉ dầu và mức dầu qua mắt thăm hoặc nút kiểm mức. Mỗi 6 tháng kiểm vít cố định và đường ống.
• Theo NORD: hằng tuần hoặc mỗi 100 giờ kiểm tiếng ồn, rung, rò rỉ; mỗi 2.500 giờ (ít nhất 6 tháng) kiểm mức dầu; mỗi 25.000 giờ (ít nhất 5 năm) thay phớt mòn và bôi trơn lại vòng bi.

Hộp nối với trục máy qua khớp nối Rotex hoặc khóa trục côn nên khi hộp rung lạ cần kiểm cả hai điểm nối này trước khi tháo hộp. Gửi ảnh nameplate qua Zalo để kho tra mã, tỉ số và cỡ trục.

Câu hỏi thường gặp về cấu tạo hộp giảm tốc