Hộp Số Giảm Tốc Phân Đôi: Phân Loại, Ứng Dụng, Ưu - Nhược Điểm

Hộp giảm tốc phân đôi là hộp giảm tốc bánh răng trụ 2 cấp, trong đó một cấp được tách thành hai cặp bánh răng song song cùng truyền tải, giúp chia đôi công suất, giảm tải cho từng bánh răng và triệt tiêu lực dọc trục. Có hai kiểu chính: hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh và hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm, thường dùng cho băng tải, gầu tải, máy nghiền, máy cán chịu tải lớn và va đập. Khi chọn, cần xác định công suất trục công tác, tổng tỉ số truyền (thường 8–40), cách phân phối tỉ số giữa cấp nhanh và cấp chậm, rồi chọn động cơ và kiểm nghiệm momen trên trục ra.

1) Hộp giảm tốc phân đôi là gì?

a) Khái niệm hộp số giảm tốc phân đôi

Hộp giảm tốc là cơ cấu truyền động ăn khớp trực tiếp, có tỉ số truyền không đổi, nằm giữa động cơ điện và máy công tác để giảm số vòng quay và tăng momen xoắn. Trong nhóm hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ có ba sơ đồ phổ biến: khai triển, đồng trục và phân đôi. Ở sơ đồ phân đôi, một cấp truyền (nhanh hoặc chậm) dùng hai cặp bánh răng giống hệt nhau đặt đối xứng hai bên, mỗi cặp gánh khoảng một nửa công suất.

b) Nguyên lý chia đôi công suất và triệt tiêu lực dọc trục

Hai cặp bánh răng của cấp phân đôi thường là răng nghiêng có góc nghiêng ngược chiều nhau (một cặp nghiêng trái, một cặp nghiêng phải). Lực dọc trục do hai cặp sinh ra bằng nhau và ngược chiều nên tự triệt tiêu, ổ lăn chủ yếu chịu lực hướng tâm. Vì bánh răng đặt đối xứng so với ổ, trục ít bị võng, tải phân bố đều trên chiều rộng răng. Nhờ đó cấp phân đôi có thể dùng góc nghiêng lớn hơn (khoảng 30–40°) để tăng khả năng tải mà không lo lực dọc trục.

Để hai nhánh chia tải đều, một trong hai trục của cấp phân đôi thường được để "tùy động" (cho phép dịch dọc trục nhẹ, ví dụ dùng ổ đũa trụ ngắn không chặn) để tự cân bằng sai số chế tạo. Nếu cả hai trục đều cố định cứng, sai lệch nhỏ về góc nghiêng hoặc khoảng cách trục sẽ làm một nhánh chịu tải nhiều hơn.

2) Phân loại hộp giảm tốc phân đôi

a) Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh

Cấp nhanh (nối với động cơ) được tách đôi, cấp chậm là một cặp bánh răng (thường răng thẳng hoặc răng nghiêng) đặt giữa hộp. Trục trung gian nhận momen từ hai bánh bị dẫn của cấp nhanh nên tải trên trục phân bố đối xứng. Kiểu này làm việc êm ở tốc độ cao, phù hợp khi động cơ 4 cực 1450–1480 vòng/phút nối trực tiếp qua khớp nối.

b) Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp chậm

Cấp chậm (nối với trục ra) được tách đôi, cấp nhanh là một cặp bánh răng. Vì cấp chậm là nơi momen lớn nhất, việc chia đôi giúp giảm mô đun và đường kính bánh răng, hộp gọn hơn khi momen trục ra cao (tời, gầu xúc, máy cán). Đổi lại, bánh răng cấp chậm có chiều rộng lớn, đòi hỏi độ chính xác gia công và lắp ráp cao.

c) So sánh phân đôi với khai triển và đồng trục

Xem thêm sơ đồ hộp giảm tốc 2 cấp khai triển để so sánh kết cấu chi tiết.

3) Thông số kỹ thuật và cách chọn hộp giảm tốc phân đôi

a) Phân phối tỉ số truyền cấp nhanh, cấp chậm

• Tổng tỉ số truyền hộp 2 cấp bánh răng trụ: thường u = 8–40, phổ biến 12–30.
• Tỉ số cấp nhanh thường lớn hơn cấp chậm khoảng 1,2–1,3 lần (u1 ≈ 1,2–1,3·u2) để bánh lớn hai cấp ngâm dầu gần bằng nhau.
• Ví dụ u = 28: chọn u1 ≈ 6, u2 ≈ 4,67.

b) Ví dụ chọn động cơ cho băng tải dùng hộp phân đôi cấp nhanh

Số liệu: lực vòng băng tải F = 6500 N, vận tốc v = 1,5 m/s, đường kính tang D = 550 mm, tải T1 = T trong 25 giây, T2 = 0,7T trong 16 giây, quay một chiều, va đập nhẹ, làm 3 ca.

• Công suất trục tang: Plv = F·v/1000 = 6500 × 1,5/1000 = 9,75 kW.
• Công suất tương đương theo chế độ tải: Ptđ = Plv·√[(1²·25 + 0,7²·16)/41] ≈ 9,75 × 0,895 ≈ 8,73 kW.
• Hiệu suất chung (bộ truyền xích 0,93 × hai cặp bánh răng 0,97² × bốn cặp ổ lăn 0,99⁴) ≈ 0,84 → công suất cần thiết ≈ 10,4 kW → chọn động cơ 11 kW.
• Số vòng quay tang: n = 60000·v/(π·D) ≈ 52 vòng/phút; với motor 4 cực 1460 vòng/phút, tỉ số truyền chung ≈ 28.

c) Thông số động cơ điện kéo hộp giảm tốc phân đôi

Hộp phân đôi thường kéo bằng động cơ 3 pha 380V, 4 cực (khoảng 1450–1480 vòng/phút) xếp trước, sau đó mới tới 6 cực (960–980 vòng/phút) và 8 cực (720–740 vòng/phút) khi cần tỉ số truyền nhỏ hơn. Dòng điện định mức tham khảo của motor 3 pha 380V 4 cực:

• Biến tần cho băng tải, gầu tải khởi động có tải: chọn lớn hơn motor 1 cấp hoặc dòng biến tần ≥ 1,1–1,2 lần dòng motor.
• Motor 1 pha 220V chỉ có tới 7,5 kW, dòng khoảng 6,5–7 A/kW; hộp phân đôi cỡ lớn hầu hết dùng 3 pha.
• Nếu chỉ có điện 1 pha, có thể dùng biến tần vào 1 pha 220V ra 3 pha 220V cho motor đấu tam giác (thường tới khoảng 2,2–4 kW).

Xem thêm các dòng motor giảm tốc 3 pha liền hộp khi công suất nhỏ và không cần thiết kế hộp riêng.

4) Đồ án hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi

a) Đồ án hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh – hệ dẫn động băng tải

Đề tài thường gặp trong môn chi tiết máy: thiết kế hệ dẫn động băng tải gồm động cơ, hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh và bộ truyền xích. Số liệu như ví dụ ở mục 3 (F = 6500 N, v = 1,5 m/s, D = 550 mm, thời gian phục vụ 5 năm, 200 ngày/năm, 3 ca/ngày). Một bộ đồ án hoàn chỉnh thường gồm 2 bản vẽ (1 bản A0 lắp, 1 bản A3 chi tiết) và thuyết minh khoảng 50–60 trang với các chương:

• Chọn động cơ, phân phối tỉ số truyền, lập bảng công suất – số vòng quay – momen trên các trục.
• Thiết kế bộ truyền ngoài (xích hoặc đai).
• Thiết kế bánh răng cấp nhanh phân đôi (răng nghiêng ngược chiều) và cấp chậm: kiểm nghiệm tiếp xúc, uốn, quá tải.
• Tính trục, then, chọn ổ lăn (trục tùy động cho cấp phân đôi), kiểm nghiệm bền mỏi và bền tĩnh.
• Kết cấu vỏ hộp, bôi trơn, bảng dung sai lắp ghép.

b) Đồ án hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm – hệ dẫn động gầu xúc

Ví dụ đề tài: lực kéo lớn nhất trên guồng F = 9250 N, vận tốc xích v = 0,8 m/s → công suất trục công tác 7,4 kW. Với hiệu suất bộ truyền đai 0,96, bánh răng 0,99 và ổ lăn 0,98, hiệu suất chung khoảng 0,895, công suất cần thiết ≈ 8,27 kW → chọn động cơ 11 kW. Tỉ số truyền sơ bộ chọn u hộp = 12, u đai = 2, tổng 24. Nội dung đồ án gồm:

• Tính bộ truyền cấp nhanh và cấp chậm phân đôi: khoảng cách trục, mô đun, kiểm nghiệm tiếp xúc, uốn, quá tải.
• Tính lực tác dụng lên bộ truyền phân đôi, đường kính sơ bộ, khoảng cách gối đỡ, kiểm nghiệm 3 trục.
• Chọn ổ lăn, kiểm nghiệm khả năng tải động và tĩnh; tính then cho từng trục.
• Vỏ hộp: chiều dày thân, nắp, gân tăng cứng, mặt bích ghép, cửa thăm, nút thông hơi, nút tháo dầu, que thăm dầu, chốt định vị.
• Bôi trơn trong và ngoài hộp, phương pháp lắp ráp, điều chỉnh ăn khớp và khe hở ổ.

Chi tiết từng bộ phận xem tại bài chi tiết máy hộp giảm tốc.

5) Ứng dụng hộp giảm tốc phân đôi

Nhờ tải phân bố đều và chịu va đập tốt, hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh và cấp chậm được dùng ở:

• Hộp giảm tốc phân đôi cho băng tải than, băng tải clinker, băng tải mía, băng tải dài chạy liên tục 3 ca.
• Hộp giảm tốc phân đôi cho gầu tải, gầu xúc, guồng nâng vật liệu rời (xi măng, cám, thức ăn gia súc).
• Hộp số phân đôi cấp chậm cho tời kéo, máy nghiền, máy cán thép, máy ép mía cần momen trục ra lớn.
• Hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cho máy khuấy trộn bồn lớn, máy trộn bê tông, hệ cấp liệu lò hơi.
• Hộp giảm tốc phân đôi trong dây chuyền thực phẩm, bao bì, xi mạ cần chạy êm, ít rung.

6) Ưu điểm và nhược điểm của hộp giảm tốc phân đôi

a) Ưu điểm

• Lực dọc trục của cấp phân đôi tự triệt tiêu, ổ lăn bền hơn, có thể dùng ổ bi đỡ thay cho ổ chặn.
• Bánh răng đặt đối xứng, trục ít võng, tải phân bố đều trên chiều rộng răng → hộp giảm tốc phân đôi chịu tải lớn, va đập tốt.
• Truyền được công suất lớn với bánh răng nhỏ hơn, chạy êm, ít ồn.
• Dễ bôi trơn bằng ngâm dầu vì bánh lớn của hai cấp có đường kính gần nhau.

b) Nhược điểm

• Chiều rộng hộp lớn hơn sơ đồ khai triển và đồng trục.
• Nhiều bánh răng, ổ lăn, khối lượng gia công và giá thành cao hơn.
• Kết cấu gối ổ phức tạp; nếu sai số chế tạo lớn mà không có trục tùy động, hai nhánh chia tải không đều.

7) Câu hỏi thường gặp về hộp giảm tốc phân đôi

• Hộp giảm tốc phân đôi cấp nhanh và phân đôi cấp chậm khác nhau thế nào? Phân đôi cấp nhanh tách đôi cặp bánh răng nối với động cơ, chạy êm ở tốc độ cao, hợp băng tải chạy liên tục. Phân đôi cấp chậm tách đôi cặp bánh răng trục ra, nơi momen lớn nhất, giúp giảm kích thước bánh răng khi momen trục ra cao như tời, máy cán, gầu xúc.
• Khi nào chọn hộp phân đôi thay vì hộp 2 cấp khai triển? Khi công suất từ khoảng 7,5–11 kW trở lên, tải có va đập, chạy 2–3 ca/ngày, hoặc khi muốn ổ lăn không chịu lực dọc trục. Với tải nhẹ, công suất nhỏ dưới 5,5 kW, hộp khai triển có kết cấu đơn giản và chi phí thấp hơn.
• Tỉ số truyền của hộp giảm tốc phân đôi thường bao nhiêu? Tổng tỉ số khoảng 8–40, thông dụng 12–30. Ví dụ motor 4 cực 1460 vòng/phút, tỉ số 28 cho trục ra khoảng 52 vòng/phút; tỉ số 20 cho khoảng 73 vòng/phút.
• Chọn động cơ bao nhiêu kW cho hộp giảm tốc phân đôi kéo băng tải? Tính Plv = F·v/1000 (kW), chia cho hiệu suất chung khoảng 0,84–0,9, rồi chọn công suất motor tiêu chuẩn lớn hơn gần nhất. Ví dụ F = 6500 N, v = 1,5 m/s cần khoảng 10,4 kW → motor 11 kW 4 cực, dòng định mức khoảng 21–23 A ở 380V.
• Motor 11 kW kéo hộp phân đôi đấu sao hay tam giác? Motor 3 pha 380V từ khoảng 4 kW trở lên thường ghi 380V/Δ, tức đấu tam giác khi lưới 380V. Nếu khởi động sao – tam giác thì đấu sao lúc khởi động rồi chuyển tam giác sau 5–10 giây; CB tổng chọn khoảng 1,5–2 lần dòng định mức (khoảng 32–40 A cho 11 kW).
• Muốn đảo chiều hộp giảm tốc phân đôi thì làm sao? Đảo 2 trong 3 pha cấp vào motor (dùng 2 contactor có khóa liên động hoặc lệnh đảo chiều của biến tần). Hộp bánh răng trụ phân đôi quay được cả hai chiều; nếu có bộ phận chống quay ngược (backstop) thì chỉ quay một chiều.
• Có cần biến tần cho hộp giảm tốc phân đôi không? Không bắt buộc. Biến tần giúp khởi động mềm, giảm va đập lên bánh răng và chỉnh tốc độ băng tải. Với băng tải khởi động có tải, chọn biến tần lớn hơn motor 1 cấp, ví dụ motor 11 kW dùng biến tần 15 kW.
• Dầu bôi trơn hộp giảm tốc phân đôi dùng loại nào, thay lần đầu khi nào? Hộp bánh răng trụ công nghiệp thường dùng dầu bánh răng ISO VG 150–320 (phổ biến VG 220), mức dầu ngập khoảng 1/3 bán kính bánh lớn cấp chậm. Lần đầu thay sau khoảng 300–500 giờ chạy rà, sau đó khoảng 3000–5000 giờ tùy nhiệt độ làm việc.
• Hộp giảm tốc phân đôi bị nóng trên 80°C là do đâu? Thường do dầu quá nhiều hoặc quá ít, dầu sai độ nhớt, quá tải kéo dài, ổ lăn điều chỉnh quá chặt hoặc hai nhánh phân đôi chia tải lệch. Nhiệt độ vỏ hộp vận hành bình thường khoảng 50–70°C; trên 80–85°C cần kiểm tra mức dầu, dòng motor và độ rơ ổ.
• Hộp phân đôi kêu to, rung theo chu kỳ có sao không? Tiếng gõ đều theo vòng quay thường do răng bị mẻ, ổ lăn hỏng hoặc khớp nối lệch tâm. Tiếng rít kim loại thường do thiếu dầu. Nếu một bên cặp bánh răng phân đôi mòn nhanh hơn bên kia, khả năng cao trục tùy động bị kẹt hoặc góc nghiêng hai cặp không khớp.
• Hộp giảm tốc phân đôi chảy dầu ở phớt và mặt ghép xử lý thế nào? Kiểm tra nút thông hơi có bị tắc không (áp suất trong hộp tăng đẩy dầu ra phớt), mức dầu có vượt vạch không. Thay phớt đúng kích thước trục, làm sạch và bôi lại keo làm kín mặt ghép nắp – thân, siết bu lông đều theo thứ tự chéo.
• Motor kéo hộp phân đôi bị nhảy CB khi khởi động? Dòng khởi động trực tiếp gấp khoảng 5–7 lần dòng định mức; nếu CB chọn sát dòng định mức sẽ nhảy. Cũng có thể do băng tải kẹt, quá tải, hoặc mất pha. Dùng khởi động sao – tam giác, khởi động mềm hoặc biến tần giúp giảm dòng khởi động.
• Có thể thay hộp phân đôi bằng hộp giảm tốc tiêu chuẩn rẻ hơn không? Có. Với công suất và momen tương đương, các dòng hộp bánh răng trụ tiêu chuẩn, hộp cyclo hoặc hộp vuông góc sản xuất hàng loạt thường có giá thấp hơn chế tạo riêng một hộp phân đôi. Cần đối chiếu momen trục ra cho phép, đường kính trục và kiểu lắp (chân đế, mặt bích) với máy hiện có.
• Hộp phân đôi hỏng một cặp bánh răng có nên sửa thay vì mua mới? Nếu vỏ hộp và trục còn tốt, thay cặp bánh răng và ổ lăn thường rẻ hơn mua hộp mới. Khi phân đôi, nên thay đồng bộ cả hai cặp bánh răng của cấp đó để chia tải đều; chi phí sửa phụ thuộc mô đun, số răng và vật liệu thép.
• Dùng hộp giảm tốc phân đôi cũ cho công trình tạm có ổn không? Có thể nếu momen trục ra cho phép của hộp lớn hơn momen tải thực tế. Cách kiểm tra nhanh: momen tải T (Nm) ≈ 9550 × P (kW)/n trục ra (vòng/phút); ví dụ 11 kW ở 52 vòng/phút cần khoảng 2020 Nm trước hiệu suất. Kiểm tra thêm độ rơ trục, tiếng kêu và thay dầu mới trước khi chạy.

Tham khảo thêm danh mục hộp giảm tốc để so sánh các kiểu hộp số công nghiệp thông dụng.

Nội Dung Có Thể Bạn Quan Tâm:

• Hộp Giảm Tốc 2 Cấp: Cấu Tạo, Đặc Tính, Bản Vẽ Kích Thước
• Hộp Giảm Tốc 2 Cấp Đồng Trục Của Động Cơ Là Gì? Ứng Dụng Trong Thực Tế
• Hộp Giảm Tốc 2 Cấp Bánh Răng Trụ Răng Nghiêng: Cấu Tạo, Bản Vẽ, Ưu Nhược Điểm Và Ứng dụng
• Bộ Điều Chỉnh Tốc Độ Motor: Cấu Tạo, Ứng Dụng, Thông Số Kỹ Thuật Và Cách Lựa chọn
• Hướng Dẫn Quy Trình Bảo Dưỡng Định Kỳ Hộp Giảm Tốc - Motor Giảm Tốc - Động Cơ Giảm Tốc
• Hộp Giảm Tốc Băng Tải: Cấu Tạo, Ứng Dụng, Thông Số Kỹ Thuật Và Cách Lựa chọn
• Giá Motor Giảm Tốc 3 Pha - Giá Động Cơ Giảm Tốc 3 Pha
• Hướng Dẫn Các Bước Tháo Lắp Hộp Giảm Tốc
• Tìm Hiểu Về Động Cơ Băng Tải Và Hướng Dẫn Lựa Chọn Theo Công Suất Phù Hợp