Hộp Giảm Tốc SA

Hộp giảm tốc SA (hộp số SA, hộp giảm tốc bánh răng – trục vít trục âm) là dòng hộp số kết hợp một cấp bánh răng trụ răng nghiêng với một cấp trục vít – bánh vít, trục vào vuông góc trục ra, trục ra dạng cốt âm lồng thẳng lên trục máy. Dòng SA thuộc họ hộp giảm tốc S, phủ dải mô-men xoắn khoảng 90 – 4.000 N·m, công suất motor ghép khoảng 0,12 – 22kW, nổi bật ở tỉ số truyền lớn trong một thân hộp gọn và khả năng vận hành rất êm.

1. Hộp giảm tốc SA là gì?

Trong hệ ký hiệu hộp số công nghiệp theo module, chữ S chỉ họ hộp bánh răng – trục vít (helical-worm), còn chữ A đi sau cho biết trục ra là trục rỗng. SA vì thế là họ hộp bánh răng – trục vít có trục ra cốt âm. Trên thị trường, dòng này còn hay được gọi là motor giảm tốc SA vì phần lớn được bán liền motor.

Họ S ra đời để khắc phục điểm yếu lớn nhất của hộp trục vít một cấp: hiệu suất thấp khi tỉ số lớn. Bằng cách đặt một cấp bánh răng trụ trước cặp trục vít, trục vít không còn quay ở tốc độ motor mà quay chậm hơn vài lần. Tốc độ trượt giữa ren trục vít và răng bánh vít giảm, ma sát giảm, nhiệt sinh ra ít hơn và hiệu suất toàn hộp tăng lên.

Họ S thuộc hệ hộp giảm tốc dạng module, dùng chung motor, mặt bích đầu vào và nhiều phụ kiện với các họ R, F, K. Nhờ vậy cùng một nhà máy có thể bố trí hộp SA ở vị trí tải nhẹ và hộp KA ở vị trí tải nặng mà vẫn dùng chung motor và phụ tùng.

Phần trục ra cốt âm giúp hộp lồng thẳng lên trục máy, không cần bệ đỡ và khớp nối. Kết hợp với trục vuông góc, hộp SA tạo thành cụm truyền động gọn, nhẹ, rất hợp các máy có không gian hạn chế và cần tốc độ trục ra thấp.

Trên máy, hộp SA nhận ra qua vỏ gang liền khối với phần chứa bánh vít tròn lớn ở một bên và phần chứa cấp bánh răng trụ nhô ra ở đầu gắn motor; motor nằm vuông góc với trục máy. Ở tâm phần tròn có ống trục rỗng xuyên suốt, trục máy lồng bên trong, một phía có nắp che hoặc vành khóa co ngót. Thân hộp thường nhỏ gọn so với motor đi kèm, nhất là ở tỉ số lớn. Mã trên tem nhãn bắt đầu bằng S kèm A và các chữ F, T, Z, H, tiếp theo là con số chỉ cỡ hộp.

Hộp giảm tốc S trục ra đặc và hộp giảm tốc SA trục ra âm

2. Thông số kỹ thuật hộp giảm tốc SA

a. Thông số chung của dòng hộp giảm tốc SA

Bảng trên là giới hạn chung của cả dòng. Mô-men cho phép, lỗ cốt âm, tỉ số cụ thể và motor ghép theo từng cỡ được trình bày ở trang riêng của từng size.

b. Nguyên lý hoạt động

Motor quay bánh răng nhỏ của cấp trụ đầu vào. Bánh răng lớn ăn khớp với nó được lắp trên trục vít, nên trục vít quay chậm hơn motor theo tỉ số của cấp trụ. Trục vít quay làm bánh vít quay, đổi hướng chuyển động 90° và giảm tốc tiếp; bánh vít ép trên ống trục rỗng truyền mô-men sang trục máy.

Tổng tỉ số truyền bằng tích tỉ số cấp trụ và tỉ số cấp trục vít. Vì cấp trục vít tự nó đã cho tỉ số lớn, một hộp SA dễ dàng đạt tỉ số từ khoảng 7 đến gần 300 mà thân hộp vẫn nhỏ, điều mà hộp bánh răng thuần phải dùng nhiều cấp mới đạt được.

Ví dụ một máy khuấy cần trục ra khoảng 10 vòng/phút với motor 4 cực 1.400 vòng/phút: tỉ số cần khoảng 140. Một hộp SA đạt tỉ số này trong một thân hộp với hai cấp truyền, trong khi hộp bánh răng thuần thường cần ba cấp hoặc phải ghép thêm hộp. Đây là lý do dòng SA được ưa chuộng ở các thiết bị quay chậm, tải vừa, cần gọn và êm như máy khuấy, cửa van, bàn xoay.

Ma sát trượt của cặp trục vít khiến hộp SA ở tỉ số lớn có xu hướng cản quay ngược khi đứng yên. Tuy nhiên rung động và độ mòn theo thời gian làm khả năng này không ổn định, nên hộp SA không được xem là cơ cấu giữ tải.

c. Hiệu suất và công suất nhiệt

Hiệu suất của hộp SA phụ thuộc chủ yếu vào cấp trục vít: tỉ số càng lớn, góc nâng ren trục vít càng nhỏ, ma sát trượt chiếm tỉ trọng càng cao và hiệu suất càng giảm. Xu hướng chung của dòng S như sau:

Phần công suất không truyền tới trục ra biến thành nhiệt trong hộp. Mỗi cỡ hộp chỉ tản được một lượng nhiệt nhất định ra môi trường, gọi là công suất nhiệt. Khi hộp chạy liên tục nhiều giờ ở gần công suất định mức, đặc biệt ở tỉ số lớn và môi trường nóng, công suất nhiệt có thể trở thành giới hạn trước cả mô-men cho phép.

d. Vật liệu và công nghệ chế tạo

Trục vít. Thép hợp kim thấm carbon, tôi cứng bề mặt rồi mài biên dạng ren. Bề mặt ren cứng và nhẵn giúp giảm ma sát với bánh vít và kéo dài tuổi thọ cặp truyền.

Bánh vít. Vành răng đúc bằng đồng thiếc, mềm hơn trục vít để chạy rà và tự thích nghi với biên dạng ren. Vành đồng được ép trên moay-ơ thép để tiết kiệm đồng mà vẫn chịu lực tốt.

Bánh răng trụ cấp vào. Thép hợp kim thấm carbon tôi cứng, mài răng, răng nghiêng để giảm tiếng ồn ở tốc độ motor.

Ổ bi trục vít. Trục vít chịu lực dọc trục lớn do ăn khớp với bánh vít nên thường đỡ trên cặp ổ đũa côn lắp đối đầu, điều chỉnh khe hở chính xác để trục vít không bị dịch dọc khi đảo chiều.

Vỏ hộp. Gang xám đúc nguyên khối, gân tăng cứng tản nhiệt; các lỗ ổ được gia công trong một lần gá để bảo đảm khoảng cách tâm và độ vuông góc giữa trục vít và bánh vít.

Bôi trơn. Cặp trục vít đồng – thép cần dầu bánh răng có phụ gia tương thích với đồng; dầu tổng hợp gốc polyglycol hoặc PAO thường được nạp sẵn cho hộp chạy liên tục để giảm nhiệt và mòn.

3. Phân loại hộp giảm tốc SA

Các biến thể của dòng SA dùng chung bộ bánh răng và trục vít bên trong, khác nhau ở cách cố định vỏ, cách nối trục ra và cỡ hộp.

a. Phân loại theo cách cố định vỏ hộp

Treo trên trục kèm tay đòn (SA, SAT). Hộp được đỡ bởi trục máy, tay đòn có đệm cao su chống xoay và hấp thụ va đập. Cách lắp gọn và phổ biến nhất trên băng tải, con lăn tải.

Mặt bích lớn (SAF). Mặt bích đồng tâm trục ra bắt vào thành máy hoặc nắp bồn, vừa định tâm vừa chống xoay; hợp máy khuấy, cửa van, cơ cấu xoay.

Mặt bích nhỏ trên vỏ (SAZ). Mặt bích gia công ngay trên vỏ giúp áp sát hộp vào thành máy trong không gian hẹp như máy đóng gói, máy in.

Chân đế. Vỏ bắt chân đế xuống bệ trong khi ống trục rỗng vẫn lồng lên trục máy, dùng khi trục máy được đỡ bởi ổ đỡ ngoài thẳng hàng với hộp.

b. Phân loại theo cách nối trục ra

Ống trục rỗng có then. Kiểu tiêu chuẩn, đơn giản, chi phí thấp, hợp tải đều.

Ống trục rỗng khóa co ngót (SAH). Lỗ trơn, vành khóa siết bằng ma sát; không khe hở then, chịu đảo chiều liên tục và tháo dễ sau thời gian dài.

Ống trục then hoa. Truyền mô-men đều quanh chu vi, định vị góc chính xác, dùng cho máy cần tháo lắp hộp thường xuyên.

c. Phân loại theo cỡ hộp

Nhóm cỡ nhỏ (37 – 57). Mô-men tới khoảng 300 N·m, motor nhỏ, dùng cho máy đóng gói, băng chuyền lắp ráp, thiết bị thực phẩm.

Nhóm cỡ trung (67 – 77). Mô-men từ khoảng 500 đến hơn 1.000 N·m, cho băng tải trung bình, máy khuấy, cửa van.

Nhóm cỡ lớn (87 – 97). Mô-men tới khoảng 4.000 N·m, cho băng tải nặng tốc độ thấp, máy trộn, vít tải lớn.

4. Tùy chọn đầu vào và phụ kiện của dòng SA

Motor liền hộp. Bánh răng đầu tiên lắp ngay trên trục motor, cụm ngắn và gọn nhất.

Mặt bích motor IEC. Lắp được motor tiêu chuẩn của nhiều hãng, kể cả motor phanh, motor chống cháy nổ, motor có quạt cưỡng bức.

Trục vào đặc. Hộp không kèm motor, nhận chuyển động qua khớp nối hoặc puly; dùng khi motor phải đặt xa hoặc dùng nguồn động lực khác.

Motor phanh. Phanh điện từ ở đuôi motor giữ trục đứng yên khi mất điện; đây là cấu hình bắt buộc với cửa van, cơ cấu nâng nhẹ và băng tải dốc.

Encoder và cảm biến. Gắn ở đuôi motor để phản hồi tốc độ, vị trí cho hệ thống tự động.

Xử lý bề mặt. Sơn chống ăn mòn, phớt kép, dầu cấp thực phẩm cho môi trường ẩm, rửa nước hoặc ngành thực phẩm.

5. Ưu điểm và hạn chế của hộp giảm tốc SA

Ưu điểm. Tỉ số truyền lớn trong một thân hộp nhỏ. Chạy rất êm, độ ồn thấp. Hiệu suất cao hơn hộp trục vít một cấp nhờ cấp bánh răng đầu vào. Lắp lồng trên trục máy, bỏ bệ và khớp nối. Chi phí hợp lý ở dải công suất nhỏ và trung bình. Nhiều cách lắp và đầu vào nên dễ bố trí trên máy có sẵn.

Hạn chế. Hiệu suất giảm khi tỉ số lớn (xem bảng hiệu suất ở trên), sinh nhiệt nhiều hơn hộp bánh răng thuần nên chạy liên tục ở công suất cao tốn điện hơn. Bánh vít đồng mòn dần, nhạy với quá tải và dầu không phù hợp. Dải mô-men chỉ tới khoảng 4.000 N·m. Khả năng cản quay ngược không ổn định nên vẫn cần phanh cho tải treo.

6. Ứng dụng của hộp giảm tốc SA theo ngành

Kho vận và logistics. Con lăn tải, băng chuyền phân loại hàng, bàn nâng hạ tốc độ chậm.

Thực phẩm và đồ uống. Băng tải khay, máy đóng gói, máy chiết rót, máy trộn bột với dầu cấp thực phẩm.

Nông nghiệp và chăn nuôi. Hệ thống máng ăn tự động, băng tải phân, máy sấy nông sản, máy đảo trộn ủ phân.

Công trình và hạ tầng. Cửa van thủy lợi cỡ nhỏ, cửa cống, cửa trượt công nghiệp, rào chắn tự động kèm motor phanh.

Dệt, in, chế biến gỗ. Trục cuốn vải, trục kéo giấy, băng tải ván cần chạy êm và tốc độ thấp.

Thiết bị y tế, thí nghiệm và giải trí. Bàn xoay trưng bày, cơ cấu quay sân khấu, thiết bị thử nghiệm cần chuyển động chậm, đều và độ ồn thấp.

Máy xây dựng nhẹ. Máy trộn vữa, máy nâng vật liệu cỡ nhỏ, vít tải xi măng dùng hộp SA cỡ trung kèm motor phanh.

Xử lý nước. Máy khuấy bể keo tụ, song chắn rác cơ khí, cầu gạt bùn cỡ nhỏ.

7. Câu hỏi thường gặp về hộp giảm tốc SA

• Hộp giảm tốc SA là gì? Là hộp giảm tốc bánh răng – trục vít của họ S, trục vào vuông góc trục ra, trục ra dạng cốt âm lồng thẳng lên trục máy.
• Chữ S và chữ A trong tên SA nghĩa là gì? S chỉ họ hộp bánh răng – trục vít, A chỉ trục ra rỗng. Các chữ F, T, Z, H phía sau cho biết kiểu mặt bích lớn, tay đòn, mặt bích nhỏ hoặc khóa co ngót.
• Hộp giảm tốc SA và motor giảm tốc SA có khác nhau không? Cùng một dòng; gọi motor giảm tốc SA khi hộp bán liền motor, gọi hộp giảm tốc SA khi nói phần hộp số hoặc lắp motor qua mặt bích.
• Vì sao hộp SA có thêm cấp bánh răng trụ? Để trục vít quay chậm hơn tốc độ motor, giảm tốc độ trượt và ma sát giữa ren trục vít với bánh vít, nhờ đó tăng hiệu suất và giảm nhiệt.
• Hộp SA có mấy cấp truyền? Hai cấp: một cấp bánh răng trụ răng nghiêng và một cấp trục vít – bánh vít. Dạng ghép thêm hộp bánh răng trụ ở đầu vào cho tỉ số lớn hơn nữa.
• Vì sao hộp SA chạy êm? Cặp trục vít ăn khớp trượt liên tục, không có va đập giữa các răng như bánh răng, còn cấp trụ dùng răng nghiêng nên độ ồn tổng rất thấp.
• Bánh vít hộp SA làm bằng gì? Vành răng bằng đồng thiếc ép trên moay-ơ thép; trục vít bằng thép hợp kim tôi cứng và mài.
• Dòng SA chia thành những nhóm cỡ nào? Nhóm nhỏ 37 – 57, nhóm trung 67 – 77 và nhóm lớn 87 – 97; cỡ càng lớn mô-men và lỗ cốt âm càng lớn.
• Khóa co ngót trên hộp SA dùng khi nào? Khi tải đảo chiều liên tục hoặc cần tháo hộp dễ dàng sau thời gian dài; mối ghép ma sát không có khe hở then nên không mòn rãnh then.
• SAF khác SAZ thế nào? SAF có mặt bích lớn đồng tâm trục ra; SAZ có mặt bích nhỏ gia công trên vỏ, giúp lắp sát thành máy ở nơi chật.
• Hộp SA có dùng ngoài trời được không? Được nếu chọn sơn chống ăn mòn, phớt kép và motor cấp bảo vệ cao; nên che mưa nắng trực tiếp để hộp tản nhiệt tốt hơn.
• Hộp SA có dùng cho ngành thực phẩm được không? Được, với dầu bôi trơn cấp thực phẩm, sơn và phớt phù hợp môi trường rửa nước.
• Hộp SA có lắp được ở mọi tư thế không? Hộp có 6 tư thế lắp M1 – M6; mỗi tư thế có lượng dầu và vị trí nút thông hơi riêng, nên phải xác định tư thế trước khi nạp dầu.
• Hộp SA có tự hãm không? Không nên xem là tự hãm. Ở tỉ số lớn, ma sát trượt khiến hộp có xu hướng cản quay ngược khi đứng yên, nhưng rung động và độ mòn làm khả năng này không ổn định; tải treo, tải dốc vẫn cần motor phanh.
• Hộp SA có thay thế được hộp trục vít một cấp cũ không? Thường được khi cùng kiểu trục vuông góc và trục ra âm, nhưng cần đối chiếu lỗ cốt âm, cách cố định vỏ và tỉ số để giữ đúng tốc độ máy.

Ngoài dòng SA, nhóm hộp giảm tốc cốt âm còn có các dòng sau:

• Hộp giảm tốc KA
• Hộp giảm tốc KAB