Hộp Số Giảm Tốc Phân Đôi Cấp Chậm: Cấu Tạo, Tính Toán và Ứng Dụng

Hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm là hộp bánh răng trụ 2 cấp trong đó cấp chậm (cấp nối với trục ra, chịu momen lớn nhất) được chia thành hai cặp bánh răng nghiêng ngược chiều đặt đối xứng, còn cấp nhanh là một cặp bánh răng. Cách chia này giúp momen lớn ở trục ra được chia đôi cho hai cặp bánh răng, triệt tiêu lực dọc trục và giảm kích thước bánh răng cấp chậm.

Hộp số giảm tốc phân đôi cấp chậm dùng cho tời, cầu trục, xích tải, máy nghiền, máy cán – nơi momen trục ra rất lớn; chọn theo momen trục ra, tỉ số truyền (khoảng 8–40) và công suất motor.

1) Hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm là gì?

Hộp giảm tốc là thiết bị trung gian nối động cơ với máy công tác, hạ tốc độ quay và tăng momen. Motor tốc độ cao cùng công suất gọn, nhẹ và rẻ hơn nhiều so với motor tốc độ thấp, nên dùng motor 4 cực kết hợp hộp giảm tốc 2 cấp là giải pháp kinh tế nhất.

Trong hộp phân đôi cấp chậm, cặp bánh răng cấp chậm được tách thành 2 cặp răng nghiêng có góc nghiêng ngược nhau, nằm hai bên vỏ hộp; bánh răng cấp nhanh nằm ở giữa. Mỗi cặp cấp chậm chỉ chịu khoảng một nửa momen trục ra.

Thuật ngữ thường dùng: trục vào = trục nhỏ = trục tốc độ nhanh = trục nối motor; trục ra = trục lớn = trục tốc độ chậm = trục mang tải; ratio = tỉ số truyền, i = 20 còn ghi là 1/20, nghĩa là tốc độ giảm 20 lần.

2) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm

a) Cấu tạo

• Trục vào (I): mang bánh răng nhỏ cấp nhanh.
• Trục trung gian (II): mang bánh lớn cấp nhanh ở giữa và 2 bánh răng nghiêng nhỏ cấp chậm ở hai bên (nghiêng ngược chiều). Trục này thường lắp ổ đũa trụ cho phép tự dịch dọc trục để hai cặp cấp chậm chia tải đều.
• Trục ra (III): mang 2 bánh răng nghiêng lớn cấp chậm, đặt đối xứng hai ổ; momen trục ra truyền qua cả hai bánh.
• Vỏ hộp: gang xám đúc hoặc thép hàn với hộp cỡ lớn; mặt ghép nắp – thân đi qua tâm trục; có gân tăng cứng, cửa thăm, nút thông hơi, que thăm dầu.
• Bánh răng: thép hợp kim hoặc thép 45 tôi cải thiện; hộp răng cứng thấm carbon cho tải nặng liên tục.

b) Nguyên lý hoạt động

Motor quay trục I → cặp bánh răng cấp nhanh giảm tốc lần 1 sang trục II → momen trên trục II chia đôi qua hai cặp bánh răng nghiêng cấp chậm sang trục III (giảm tốc lần 2). Lực dọc trục của hai cặp cấp chậm ngược chiều nên tự triệt tiêu.

• Tốc độ trục ra: n3 = n1 / (i nhanh × i chậm).
• Momen trục ra: T3 ≈ 9550 × P × η / n3, η khoảng 0,94–0,96.
• Ví dụ: motor 4 cực 1.450 v/p, i = 20 → trục ra khoảng 72 v/p; cần 30 v/p thì i ≈ 1450 / 30 ≈ 48. Với motor 6 cực 960 v/p thì lấy 960 chia tỉ số.

3) Thông số kỹ thuật và ví dụ tính hộp phân đôi cấp chậm

a) Thông số thường gặp

b) Ví dụ tính chọn motor cho xích tải dùng hộp phân đôi cấp chậm

• Lực kéo lớn nhất trên xích tải F = 9.250 N, vận tốc xích v = 0,8 m/s, tải rung động nhẹ → công suất làm việc P = F × v / 1000 = 7,4kW.
• Hiệu suất chung (bộ truyền ngoài, các cặp bánh răng, ổ lăn) khoảng 0,895 → công suất cần trên trục motor ≈ 8,27kW → chọn motor 11kW 4 cực 1.460 v/p (lớn hơn 7,5kW gần nhất).
• Giả sử trục đĩa xích cần khoảng 60 v/p: tỉ số chung U ≈ 1460 / 60 ≈ 24 = hộp phân đôi 12 (cấp nhanh 4 × cấp chậm 3) × bộ truyền ngoài 2.

• Mỗi cặp bánh răng cấp chậm chịu khoảng 305 Nm (một nửa momen trục ra hộp).
• Tỉ số càng cao thì momen trục ra càng lớn, trục ra và cốt ra cần đường kính lớn hơn.
• Motor 11kW dòng định mức khoảng 22 A ở 380V; motor 380/660V đấu tam giác.

c) Motor đi kèm: dòng điện, điện áp, biến tần

• Motor 1 pha 220V lớn nhất phổ biến 7,5kW; hộp phân đôi cấp chậm thường kéo tải lớn nên dùng motor 3 pha 380V.
• Từ khoảng 11kW dùng khởi động sao – tam giác, khởi động mềm hoặc biến tần.
• Cơ cấu nâng cầu trục cần biến tần có chức năng điều khiển phanh và điện trở xả; điều tốc đơn giản dùng bộ điều chỉnh tốc độ motor.

Video cách chọn motor cẩu trục:

4) Phân biệt hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm và cấp nhanh

Hai kiểu không khác nhau về tỉ số truyền (đều là hộp 2 cấp, khoảng 8–40) mà khác ở cấp nào được chia đôi. Xem thêm hộp giảm tốc 2 cấp phân đôi cấp nhanh, hộp giảm tốc 2 cấp đồng trục và hộp giảm tốc 2 cấp bánh răng trụ răng nghiêng.

5) Ứng dụng hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm

• Hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm cho cơ cấu nâng cầu trục, cổng trục, tời kéo, palăng tải nặng.
• Hộp số phân đôi cho xích tải, gầu tải, băng tải đất đá, băng chuyền xi mạ – xem thêm hộp giảm tốc băng tải và động cơ băng tải.
• Hộp giảm tốc bánh răng phân đôi cho máy nghiền, máy xay ép, máy cán thép, máy khuấy trộn hóa chất trong ngành luyện kim, cơ khí chế tạo.
• Hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm cho máy nhào bột công nghiệp, máy trộn thức ăn gia súc, hệ thống cấp liệu lò hơi, máy chế biến gỗ.

Video thiết bị cầu trục nâng hạ dùng hộp số ZQ 350, 500, 650, 850:

6) Ưu điểm và nhược điểm hộp giảm tốc phân đôi cấp chậm

a) Ưu điểm

• Momen trục ra chia đều cho hai cặp bánh răng, kích thước bánh răng cấp chậm nhỏ hơn hộp khai triển cùng momen.
• Lực dọc trục cấp chậm tự triệt tiêu, tải trên ổ đối xứng, tuổi thọ ổ cao.
• Hiệu suất 94–96%, chịu va đập tốt, chạy êm nhờ răng nghiêng.
• Rẻ hơn điều tốc hoàn toàn bằng biến tần với motor lớn khi cần momen cao ở tốc độ thấp.

b) Nhược điểm

• Thêm một cặp bánh răng, vỏ dài hơn theo chiều trục, giá cao hơn hộp khai triển.
• Cần trục tùy động và chế tạo chính xác hai cặp cấp chậm để chia tải đều.
• Phần lớn là hàng đặt gia công, thời gian chờ lâu hơn hàng có sẵn.

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

• Khi nào nên dùng hộp phân đôi cấp chậm thay cho hộp khai triển? Khi momen trục ra lớn (khoảng từ vài nghìn Nm trở lên), tải va đập như tời, cầu trục, máy nghiền và cần hộp gọn hơn theo chiều ngang. Momen nhỏ, tải êm thì hộp 2 cấp khai triển rẻ và đủ dùng.
• Tính tốc độ trục ra và tỉ số truyền thế nào? Tốc độ trục ra = tốc độ motor / tỉ số: motor 4 cực 1.450 v/p, i = 20 → khoảng 72 v/p. Biết tốc độ ra cần 30 v/p thì i = 1450 / 30 ≈ 48 (vượt dải 2 cấp phân đôi, cần thêm bộ truyền ngoài hoặc hộp 3 cấp).
• Motor 4 cực hay 6 cực cho hộp phân đôi cấp chậm? Motor 4 cực (khoảng 1.450 v/p) phổ biến, giá thấp; motor 6 cực (khoảng 960 v/p) giảm tỉ số cần thiết khoảng 1/3 nhưng to và đắt hơn cùng công suất. Thường chọn motor 4 cực và điều chỉnh tỉ số hộp.
• Chọn size hộp phân đôi cấp chậm theo momen ra sao? Momen tải trục ra × SF (cầu trục, tời thường khoảng 1,25–1,5 theo nhóm chế độ làm việc; băng tải êm khoảng 1,0–1,2) phải nhỏ hơn momen cho phép của hộp; kiểm tra thêm đường kính trục ra với lực hướng kính của tang, đĩa xích.
• Giá hộp phân đôi cấp chậm so với hộp 2 cấp thường? Cùng momen, hộp phân đôi thường đắt hơn vì thêm cặp bánh răng và yêu cầu chế tạo chính xác. Giá trung bình thị trường Việt Nam của bộ motor giảm tốc thông dụng tham khảo ở giá motor giảm tốc 3 pha.
• Hộp phân đôi cấp chậm mới lắp cần đổ dầu gì? Dầu bánh răng công nghiệp ISO VG 220–320 tùy nhiệt độ môi trường và tải; mức dầu sao cho bánh lớn cấp chậm ngâm khoảng 1/4–1/3 bán kính hoặc theo vạch que thăm. Thay lần đầu sau khoảng 300–500 giờ; xem quy trình bảo dưỡng hộp giảm tốc.
• Đấu điện motor 11kW kéo hộp phân đôi cấp chậm thế nào? Motor 380/660V đấu tam giác trên lưới 380V, dòng khoảng 22 A; CB khoảng 32–40 A, relay nhiệt chỉnh khoảng 22 A. Cơ cấu nâng hạ dùng contactor đảo chiều có khóa liên động và phanh motor; chạy thử không tải để kiểm tra chiều quay.
• Lắp đặt hộp phân đôi cấp chậm cần căn chỉnh gì? Căn đồng tâm và song song giữa trục motor, trục hộp và trục máy; độ lệch khớp nối dưới khoảng 0,05–0,1 mm. Trục trung gian phải còn khả năng dịch dọc trục tự do để hai cặp cấp chậm cân bằng tải; mặt ghép vỏ dùng keo làm kín chịu dầu.
• Một cặp bánh răng cấp chậm mòn nhanh hơn cặp còn lại là do đâu? Trục trung gian bị hãm dọc trục (ổ lắp sai, kẹt), góc nghiêng hai cặp không khớp, lắp lệch pha răng hoặc vỏ biến dạng do đế không phẳng. Kiểm tra độ dịch dọc trục và vết tiếp xúc trên cả hai cặp.
• Hộp giảm tốc phân đôi kêu gõ và nóng khi nâng tải? Vỏ khoảng 50–70°C là bình thường. Tiếng gõ theo chu kỳ trục ra thường do mẻ răng cấp chậm; nóng trên 85–90°C kiểm tra mức dầu, độ nhớt, đo dòng motor so với nhãn để xác định quá tải, kiểm tra vòng bi.
• Hộp phân đôi cấp chậm chảy dầu ở mặt ghép, phớt trục ra? Mặt ghép: vệ sinh, bôi lại keo làm kín, siết đều bu lông ghép bích. Phớt trục ra: thay phớt, kiểm tra trục xước và độ đảo trục ra; nút thông hơi tắc làm áp suất trong hộp tăng và đẩy dầu ra.
• Trục ra hộp phân đôi bị gãy hoặc rơ then nguyên nhân là gì? Thường do va đập khi cẩu giật tải, lực hướng kính của tang/đĩa xích đặt xa vai trục, hoặc tải vượt momen cho phép. Đặt tang, đĩa xích sát vai trục, dùng khớp nối răng hoặc khớp đàn hồi, kiểm tra tải thực tế.
• Có cách tiết kiệm khi cần momen lớn mà không mua hộp phân đôi? Dùng hộp 2 cấp khai triển size lớn hơn hàng có sẵn, hoặc hộp nhỏ hơn kết hợp bộ truyền xích ra tải để giảm momen trên hộp; công trình tạm, dùng ngắn hạn có thể chọn SF khoảng 1,0–1,1 để giảm size.
• Hộp phân đôi cấp chậm hỏng bánh răng nên sửa hay thay mới? Hộp phân đôi phần lớn là hàng đặt gia công nên sửa (gia công lại hai cặp cấp chậm cùng lúc, thay ổ, phớt) thường kinh tế hơn mua mới. Các bước tháo hộp tham khảo hướng dẫn tháo lắp hộp giảm tốc; nếu cần hộp vuông góc thay thế, so sánh với hộp giảm tốc trục vít bánh vít 1 cấp cho tải nhẹ.