Hộp Giảm Tốc 2 Cấp Đồng Trục: Cấu Tạo, Tính Toán, Ứng Dụng

Hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục là hộp bánh răng trụ 2 cấp có trục vào và trục ra nằm thẳng hàng trên cùng một đường tâm, còn trục trung gian song song bên cạnh. Nhờ kết cấu này hộp ngắn, gọn theo chiều dài, motor và trục ra cùng trục nên dễ lắp vào băng tải, máy trộn, máy khuấy; đây cũng là kết cấu của phần lớn motor giảm tốc bánh răng trụ liền khối.

Chọn hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục theo tỉ số truyền (thường khoảng 8–40), momen trục ra, kiểu lắp chân đế (B3) hay mặt bích (B5) và công suất motor.

1) Hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục là gì?

Hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục gồm 2 cặp bánh răng trụ (thường răng nghiêng): cặp cấp nhanh truyền từ trục vào sang trục trung gian, cặp cấp chậm truyền từ trục trung gian quay về trục ra nằm cùng đường tâm với trục vào. Vì hai cấp dùng chung khoảng cách trục nên thiết kế cổ điển chọn tỉ số hai cấp bằng nhau (u1 = u2).

Đặc điểm chính:

• Trục ra trùng tâm trục vào (trục motor), hộp ngắn theo chiều dài, trọng lượng nhỏ hơn hộp khai triển cùng tỉ số.
• Kiểu lắp phổ biến: chân đế B3, mặt bích B5 hoặc kết hợp chân đế + mặt bích.
• Tỉ số càng lớn thì kích thước bánh răng cấp chậm và vỏ hộp càng lớn.

2) Cấu tạo, nguyên lý và ưu nhược điểm kết cấu đồng trục

a) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

• Trục vào (I): mang bánh răng nhỏ cấp nhanh, nối motor qua nối trục đàn hồi hoặc lắp trực tiếp với motor mặt bích.
• Trục trung gian (II): song song bên cạnh, mang bánh lớn cấp nhanh và bánh nhỏ cấp chậm.
• Trục ra (III): cùng đường tâm với trục vào, mang bánh lớn cấp chậm; ổ trong của trục vào và trục ra đặt ở vách giữa hộp.
• Tốc độ trục ra n3 = n1 / (u1 × u2); momen T3 ≈ 9550 × P × η / n3, η khoảng 0,94–0,96.

b) Ưu điểm và nhược điểm kết cấu

• Ưu điểm: chiều dài hộp ngắn, trọng lượng nhỏ, motor và máy cùng trục nên lắp đặt gọn.
• Nhược điểm: cấp nhanh chưa dùng hết khả năng tải (vì cùng khoảng cách trục với cấp chậm).
• Ổ ở vách giữa hộp khó bôi trơn hơn; khoảng cách gối đỡ trục trung gian lớn nên đường kính trục trung gian phải lớn hơn.
• Khó bố trí khi cần nhiều đầu trục ra hoặc chuyển hướng vuông góc.

3) Thiết kế và tính toán hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục

a) Chọn động cơ

Hệ dẫn động: motor 3 pha → nối trục đàn hồi → hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục → bộ truyền xích → tang băng tải, tải thay đổi.

• Hiệu suất chung: η = η khớp × η ổ lăn⁴ × η bánh răng² × η xích = 0,99 × 0,995⁴ × 0,97² × 0,93 ≈ 0,85.
• Công suất lớn nhất cần trên trục motor: 1,92 / 0,85 ≈ 2,26kW; tính theo công suất tương đương (tải thay đổi): 1,65 / 0,85 ≈ 1,94kW.
• Tốc độ tang 26,7 v/p; tỉ số sơ bộ: hộp 16 × xích 3 = 48 → tốc độ motor sơ bộ ≈ 1.282 v/p → chọn motor 4 cực đồng bộ 1.500 v/p.
• Chọn motor 2,2kW 4 cực 1.440 v/p (K112S4: hiệu suất 81,5%, cosφ 0,82, khoảng 35 kg), 3 pha 380V dòng khoảng 5 A.

b) Phân phối tỉ số truyền và thông số các trục

Tỉ số chung uc = 1440 / 26,7 ≈ 54. Chọn u xích = 3 → u hộp = 18; với hộp đồng trục chọn u1 = u2 = √18 ≈ 4,24. Công suất các trục: N1 = 2,26 × 0,99 × 0,995 ≈ 2,23kW; N2 = 2,23 × 0,995 × 0,97 ≈ 2,15kW; N3 = 2,15 × 0,97 × 0,995 ≈ 2,07kW; N tang = 2,07 × 0,93 × 0,995 ≈ 1,92kW.

• Momen ghi theo N.mm: trục ra hộp (III) ≈ 247 Nm, trục tang ≈ 687 Nm.
• Momen trục III là cơ sở chọn size hộp, nhân thêm SF theo chế độ tải.
• Tổng tỉ số hộp 18 = 4,24 × 4,24 – hai cấp bằng nhau là đặc trưng của hộp đồng trục.

c) Tài liệu đồ án tham khảo

Đồ án "Hộp giảm tốc đồng trục – hệ thống dẫn động thùng trộn" gồm: chọn động cơ và phân phối tỉ số truyền, thiết kế bộ truyền đai, thiết kế trục – then – ổ lăn – nối trục, tính chọn vỏ hộp, chọn chi tiết phụ và bảng dung sai lắp ghép; 2 bản vẽ (A0, A3), thuyết minh 71 trang. Tài liệu: Tại đây.

Video lắp ráp hộp giảm tốc đồng trục 2 cấp:

4) Motor đi kèm: dòng điện, điện áp và biến tần

Hộp đồng trục thương mại thường liền motor (motor giảm tốc), từ 0,1kW tới vài chục kW. Thứ tự lựa chọn phổ biến: motor 4 cực, sau đó tới 6 cực, 8 cực. Dòng điện tham khảo motor 4 cực:

• Motor giảm tốc đồng trục 1 pha 220V có dòng chân đế GHC, mặt bích GVC, mini IKR; công suất 1 pha lớn nhất phổ biến 7,5kW – xem motor giảm tốc 1 pha.
• Motor giảm tốc 3 pha 380V: motor ≤ 3kW thường đấu sao (220/380V), ≥ 4kW thường đấu tam giác (380/660V) – xem motor giảm tốc 3 pha.
• Điều chỉnh tốc độ dùng biến tần cùng công suất hoặc bộ điều chỉnh tốc độ motor; dưới khoảng 20–25Hz liên tục motor nóng hơn.

5) So sánh hộp đồng trục với các loại hộp giảm tốc 2 cấp khác

Xem thêm: hộp giảm tốc 2 cấp khai triển, hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh, hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ răng nghiêng và tổng quan hộp giảm tốc 2 cấp. So với hộp hành tinh, hộp đồng trục bánh răng trụ rẻ, dễ sửa hơn; hộp hành tinh gọn hơn, chịu momen lớn hơn cùng kích thước.

6) Ứng dụng hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục

• Hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục cho băng tải xi măng, băng tải đất đá, băng chuyền thức ăn gia súc – xem hộp giảm tốc băng tải và động cơ băng tải.
• Motor giảm tốc đồng trục cho máy khuấy bột, máy khuấy trộn hóa chất, thùng trộn, máy ép, máy nghiền.
• Hộp số đồng trục cho cửa cuốn công nghiệp, máy xi mạ, máy cán thép, máy in ấn bao bì, xưởng chế biến gỗ.
• Hộp giảm tốc đồng trục mặt bích cho dây chuyền tự động, robot cấp phôi, băng chuyền lắp ráp; trong ngành khai thác mỏ, thủy điện, thực phẩm, dệt may.

7) Câu hỏi thường gặp về hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục

• Hộp giảm tốc đồng trục khác hộp trục song song ở điểm nào? Hộp đồng trục có trục ra thẳng hàng với trục motor; hộp trục song song (khai triển) có trục ra lệch tâm so với trục vào. Đồng trục gọn theo chiều dài, phù hợp lắp thẳng hàng với máy; trục song song dễ bố trí nhiều đầu trục và tận dụng tải cấp nhanh tốt hơn.
• Tỉ số truyền hộp 2 cấp đồng trục thường là bao nhiêu? Khoảng 8–40 với hộp công nghiệp rời; motor giảm tốc đồng trục thương mại có dải khoảng 5–50 cho 2 cấp. Motor 4 cực 1.450 v/p với i = 20 cho trục ra khoảng 72 v/p; i = 40 cho khoảng 36 v/p.
• Chọn motor bao nhiêu kW gắn hộp đồng trục cho băng tải? Tính công suất trên tang P = F × v / 1000, chia hiệu suất chung khoảng 0,85–0,9, chọn motor tiêu chuẩn lớn hơn gần nhất. Ví dụ trên: cần 1,94–2,26kW → motor 2,2kW 4 cực.
• Nên mua motor giảm tốc liền khối hay hộp rời + motor? Dưới khoảng 15kW, motor giảm tốc đồng trục liền khối gọn, rẻ hơn tổng hộp rời + khớp nối + đế chung. Hộp rời tiện khi cần thay motor khác hãng, motor phòng nổ hoặc motor công suất lớn.
• Giá hộp giảm tốc đồng trục phụ thuộc yếu tố nào? Phụ thuộc momen (size), tỉ số, kiểu lắp chân đế hay mặt bích, răng mài hay răng phay, xuất xứ. Giá trung bình thị trường Việt Nam tham khảo tại giá motor giảm tốc 3 pha.
• Motor giảm tốc đồng trục mới mua có cần thêm dầu? Phần lớn motor giảm tốc nhỏ được bơm sẵn dầu hoặc mỡ; hộp lớn thường giao kèm nút thông hơi rời và cần kiểm tra mức dầu theo tư thế lắp. Dầu bánh răng thường ISO VG 220; thay lần đầu sau khoảng 300–500 giờ – xem quy trình bảo dưỡng hộp giảm tốc.
• Đấu điện motor giảm tốc đồng trục 1 pha và 3 pha thế nào? Motor 1 pha 220V đấu theo sơ đồ trên nắp hộp đấu dây (có tụ chạy hoặc tụ đề + tụ chạy); đảo chiều bằng đảo đầu cuộn đề. Motor 3 pha lưới 380V: 220/380V đấu sao, 380/660V đấu tam giác; đảo chiều bằng đổi 2 dây pha. CB khoảng 1,5–2 lần dòng định mức.
• Lắp hộp đồng trục mặt bích B5 cần lưu ý gì? Mặt bích máy phải vuông góc với trục và đồng tâm với vành định vị; siết đều bu lông mặt bích; trục ra nối máy qua khớp nối đàn hồi hoặc nhông xích đặt sát vai trục. Tư thế lắp đứng cần đổi vị trí nút thông hơi lên trên cùng.
• Hộp đồng trục kêu, nóng ở vách giữa hộp là do đâu? Ổ đặt ở vách giữa (ổ trong của trục vào và trục ra) khó bôi trơn; thiếu dầu, sai tư thế lắp hoặc ổ mòn gây kêu, nóng tại đây. Kiểm tra mức dầu đúng tư thế, thay ổ mòn; vỏ khoảng 50–70°C là bình thường.
• Chảy dầu ở phớt trục ra hộp đồng trục xử lý ra sao? Thay phớt đúng kích thước, kiểm tra trục xước; kiểm tra nút thông hơi còn nút kín vận chuyển chưa thay; mức dầu cao quá vạch khi lắp đứng cũng làm rò qua phớt dưới.
• Motor giảm tốc chạy nhưng trục ra không quay hoặc nhảy CB? Trục ra đứng yên thường do gãy then, trượt bánh răng trên trục, khớp nối hỏng. Nhảy CB: kẹt tải, quá tải, motor 1 pha hỏng tụ, mất pha ở motor 3 pha, hoặc CB chọn sát dòng (dòng khởi động khoảng 5–7 lần định mức).
• Có cách nào giảm chi phí khi cần hộp đồng trục? Chọn motor giảm tốc liền khối 4 cực có sẵn thay vì đặt hộp rời; chọn SF khoảng 1,0–1,2 cho tải êm 8 giờ/ngày; dùng tỉ số vừa đủ kết hợp nhông xích ra tải thay vì hộp 3 cấp.
• Motor giảm tốc đồng trục hỏng nên sửa hay thay? Cháy motor có thể quấn lại hoặc thay motor cùng mặt bích, giữ hộp; hỏng ổ, phớt thì thay riêng. Bánh răng mòn ở công suất nhỏ dưới khoảng 1,5kW thì thay bộ mới thường kinh tế hơn; các bước tháo xem hướng dẫn tháo lắp hộp giảm tốc.
• Có tiêu chuẩn nào cần chú ý khi dùng hộp giảm tốc ở môi trường đặc biệt? Khu vực có khí, bụi dễ cháy nổ cần hộp và motor đạt tiêu chuẩn phòng nổ (motor phòng nổ ký hiệu YBX3); tiêu chuẩn đánh giá bánh răng thường tham chiếu AGMA, ISO 6336.