Hộp Giảm Tốc WPA

Hộp giảm tốc WPA (còn gọi là hộp số giảm tốc WPA, hộp số WPA, hộp giảm tốc trục vít WPA cốt dưới) là dòng hộp số trục vít bánh vít series WP có trục vít đầu vào nằm phía dưới bánh vít, trục ra vuông góc với trục vào. Hộp số WPA thân gang, có các size 60 đến 175 thông dụng, tỷ số truyền một cấp 1/10 đến 1/60, lắp với motor 0.37kW đến 7.5kW, mô-men xoắn trục ra từ khoảng 45 N.m đến hơn 1000 N.m. Đây là dòng hộp số trục vít được dùng nhiều nhất trong băng tải, máy trộn, vít tải, máy nghiền và các máy chạy liên tục. Bài viết dưới đây trình bày cấu tạo, phân loại, thông số, cách chọn tốc độ và size hộp giảm tốc WPA, cùng phần giải đáp những thắc mắc kỹ thuật thường gặp khi sử dụng.

1) Hộp giảm tốc WPA là gì?

Hộp giảm tốc WPA là hộp số trục vít bánh vít một cấp, vỏ gang, trục vào và trục ra là trục đặc. Ý nghĩa ký hiệu:

• WP: dòng hộp giảm tốc trục vít bánh vít thân gang tiêu chuẩn.
• A: trục vít (trục vào) nằm phía dưới bánh vít, nên hộp còn được gọi là hộp số WPA cốt dưới hay cốt vào phía dưới.
• Size (60, 70, 80, 100, 120, 135, 155, 175…): khoảng cách tâm giữa trục vít và bánh vít tính bằng mm.
• Tỷ số truyền (1/10, 1/20, 1/30…): số vòng quay trục vào để trục ra quay được 1 vòng.

Ví dụ: WPA 100 - 1/20 là hộp số trục vít WPA size 100, trục vào phía dưới, tỷ số truyền 20; lắp motor 4 cực 1450 vòng/phút cho tốc độ ra khoảng 73 vòng/phút.

Cùng series còn có hộp giảm tốc WPS (trục vào phía trên), hộp giảm tốc WPO, hộp giảm tốc WPX (trục ra thẳng đứng), cùng các bản mặt bích hộp giảm tốc WPDA và hộp giảm tốc WPDS, đều thuộc nhóm hộp giảm tốc trục vít.

2) Cấu tạo hộp giảm tốc WPA trục vít

Hộp số động cơ WPA dùng cặp trục vít - bánh vít để giảm tốc độ và đổi hướng truyền động 90 độ. Cấu tạo gồm:

• Vỏ hộp: gang đúc, có gân tản nhiệt, chân đế đúc liền hoặc tháo rời. Vỏ gang chịu rung và va đập tốt, giữ cho hai trục luôn đúng khoảng cách tâm.
• Trục vít: thép hợp kim tôi cứng, ren được mài, đặt phía dưới và ngâm trong dầu.
• Bánh vít: vành răng đồng ép trên moay-ơ, ăn khớp với trục vít. Đồng là vật liệu chịu mài mòn và giảm ma sát với thép.
• Trục ra: trục đặc có rãnh then, ra một đầu trái, phải hoặc hai đầu; có loại trục ra cốt âm.
• Vòng bi: đỡ hai đầu trục vít và trục ra; trục vít dùng vòng bi chịu lực dọc trục.
• Phớt chặn dầu, nút thông hơi, nút châm dầu, mắt thăm dầu, nút xả cặn.

3) Nguyên lý hoạt động hộp giảm tốc WPA trục vít

• Motor quay trục vít, ren trục vít đẩy răng bánh vít quay theo. Mỗi vòng trục vít đẩy bánh vít đi một số răng bằng số đầu mối ren.
• Tỷ số truyền i = số răng bánh vít / số đầu mối trục vít; tốc độ ra n2 = n1 / i.
• Mô-men trục ra tăng gần i lần, trừ đi tổn hao do ma sát trượt.
• Vì trục vít nằm dưới, khi đổ dầu đúng mức trục vít luôn ngâm trong dầu. Vùng ăn khớp và vòng bi trục vít được bôi trơn và làm mát liên tục ngay từ khi khởi động, kể cả khi trục vào quay chậm. Đây là lý do WPA được ưa chuộng cho các máy chạy liên tục, tải nặng.

4) Ưu điểm và hạn chế của hộp số giảm tốc WPA

Ưu điểm:

• Trục vít ngâm dầu nên bôi trơn và tản nhiệt vùng ăn khớp tốt, chịu được chạy liên tục và tốc độ vào thay đổi.
• Tỷ số truyền lớn trong một cấp, kết cấu gọn, giá thành hợp lý.
• Đa dạng kiểu lắp: trục vào trái hoặc phải, trục ra một hoặc hai đầu, chân đế tháo rời, trục vào mặt bích, trục ra cốt âm.
• Vỏ gang cứng vững, chịu tải va đập và lực hướng tâm khá tốt.
• Chạy êm, độ ồn thấp, ít hỏng vặt.

Hạn chế:

• Phớt trục vào nằm dưới mức dầu nên chịu áp dầu thường xuyên, nguy cơ rỉ dầu ở đầu trục vào cao hơn WPS.
• Hiệu suất thấp hơn hộp bánh răng, giảm dần khi tỷ số truyền tăng.
• Có độ rơ, không dùng cho cơ cấu định vị chính xác.
• Motor đặt thấp, gần nền; nơi sàn ngập nước, bùn cần kê cao bệ.

5) Phân loại hộp giảm tốc WPA trục vít

a) Phân loại hộp giảm tốc WPA theo cách lắp đặt

• Kiểu A: trục vào nằm phía bên trái trục ra.
• Kiểu B: trục vào nằm phía bên phải trục ra.
• Kiểu chân đế tháo rời: có thể đổi mặt bắt chân đế để chuyển trục vít lên trên, dùng như hộp WPS.
• Trục vào mặt bích: lắp motor mặt bích trực tiếp, tức dòng hộp giảm tốc WPDA.
• Trục ra cốt âm: lồng thẳng vào trục máy, bỏ được khớp nối đầu ra.

b) Phân loại hộp giảm tốc WPA theo kích cỡ

c) Hộp số WPA hai cấp (WPWA)

Khi cần tốc độ ra rất thấp, hai bộ trục vít được ghép nối tiếp thành hộp số WPWA, tỷ số truyền từ 1/100 đến vài nghìn. Nhiều hộp WPA chân đế tháo rời có thể úp ngược lại để dùng như WPS, nên trong thực tế WPWA, WPA và WPS có thể chuyển đổi tư thế cho nhau tùy cách bắt chân đế.

6) Thông số tốc độ và mô-men xoắn hộp giảm tốc WPA

a) Tỷ số truyền và tốc độ ra

b) Bảng lực mô-men xoắn hộp giảm tốc WPA

Mô-men trục ra tính theo công thức T2 (N.m) = 9550 × P (kW) × i × η / n1. Ví dụ motor 2.2kW, 1450 vòng/phút, hộp WPA tỷ số 1/20, hiệu suất 0.75: T2 = 9550 × 2.2 × 20 × 0.75 / 1450 ≈ 217 N.m, tốc độ ra khoảng 73 vòng/phút. Theo bảng trên, mô-men này cần ít nhất hộp WPA 100; nếu tải có va đập nên lên WPA 120.

7) Cách lựa chọn tốc độ và size cho hộp giảm tốc WPA

1. Chọn tốc độ ra theo yêu cầu máy, tính tỷ số i = tốc độ motor / tốc độ ra, chọn tỷ số tiêu chuẩn gần nhất (10, 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60).
2. Tính mô-men tải trên trục máy. Với băng tải, tời: T = lực kéo (N) × bán kính tang hoặc nhông (m).
3. Nhân hệ số phục vụ fs: tải đều 1.0 - 1.2; tải va đập vừa 1.25 - 1.5; tải va đập mạnh, khởi động dừng liên tục 1.75 - 2.0; chạy 24 giờ/ngày cộng thêm khoảng 0.2 - 0.3.
4. Chọn size có mô-men cho phép ở đúng tỷ số truyền lớn hơn mô-men tải × fs.
5. Chọn motor: P (kW) = T2 × n2 / (9550 × η), cộng dự phòng 10 - 20%. Motor 4 cực là lựa chọn chuẩn cho hộp số WP.
6. Chọn kiểu lắp: kiểu A hay B, trục ra bên nào, một hay hai đầu, cốt dương hay cốt âm, theo bố trí thực tế của máy.

8) Ứng dụng hộp giảm tốc WPA

• Trộn bê tông, xi măng, cán tôn thép, nghiền gỗ, giấy, đất sét làm gạch.
• Băng tải, gầu tải, vít tải, máy nghiền nhựa tái chế, máy ép, cán mỏng vật liệu.
• Máy khai thác than, cát, máy sản xuất dược liệu, thức ăn chăn nuôi.
• Máy uốn tre, gỗ, máy làm hàng mỹ nghệ, máy ép nước trái cây, máy chế biến thực phẩm.
• Các máy chạy liên tục nhiều giờ trong ngày hoặc cần điều chỉnh tốc độ trong dải rộng.

9) So sánh hộp giảm tốc WPA và WPS

Nếu cần hộp vỏ nhôm gọn nhẹ, trục ra cốt âm, tham khảo hộp giảm tốc NMRV; trục máy thẳng đứng dùng WPO hoặc WPX.

10) Câu hỏi thường gặp về hộp giảm tốc WPA

• Nên chọn hộp giảm tốc WPA hay WPS cho cùng một máy? Hai dòng có cùng size, cùng tỷ số và mô-men gần như tương đương; khác biệt nằm ở vị trí trục vít. Chọn WPA khi máy chạy liên tục nhiều giờ, tải nặng, hoặc tốc độ motor thay đổi xuống thấp, vì trục vít luôn ngâm dầu nên bôi trơn và làm mát tốt hơn. Chọn WPS khi nơi lắp đặt ẩm ướt, cần đặt motor cao khỏi nền, cần tâm trục ra thấp, hoặc ưu tiên hạn chế rỉ dầu đầu trục vào (máy thực phẩm, máy đặt trong khu vực sạch). Ngoài ra chiều cao tâm trục ra của hai loại khác nhau nên phải đo bệ máy trước khi chọn.
• Vì sao hộp WPA dễ rỉ dầu ở đầu trục vào hơn WPS? Ở hộp WPA, trục vít và phớt trục vào nằm dưới mức dầu, phớt chịu áp dầu liên tục và tốc độ trượt ở trục vào là cao nhất trong hộp. Khi hộp nóng, áp suất bên trong tăng nếu nút thông hơi bị bịt hoặc lắp sai vị trí, dầu sẽ bị ép ra theo mép phớt. Đây là đặc điểm thiết kế của hộp trục vít dưới, không hẳn là lỗi sản phẩm. Khi chọn hộp cho nơi tuyệt đối không được nhỏ dầu, nên ưu tiên WPS hoặc dùng loại có phớt kép.
• Kiểu A và kiểu B của hộp số WPA khác nhau thế nào, đặt nhầm thì có đổi được không? Kiểu A và kiểu B khác nhau ở phía của trục vào so với trục ra (bên trái hoặc bên phải khi nhìn theo hướng quy ước của nhà sản xuất). Với hộp trục ra hai đầu hoặc chân đế tháo rời thì thường xoay hộp hoặc đổi mặt chân đế là dùng được. Với hộp trục ra một đầu, chân đế liền khối thì không đổi được, vì vậy khi đặt hàng nên vẽ sơ đồ bố trí motor, hộp và máy, ghi rõ trục vào và trục ra nằm ở đâu.
• Hộp giảm tốc WPA có tự hãm không, dùng cho tời nâng hàng có an toàn không? Hộp trục vít WPA ở tỷ số lớn (khoảng từ 1/40 trở lên) có xu hướng tự hãm khi đứng yên, nhưng không đảm bảo tuyệt đối. Rung động, dầu nóng loãng, bánh vít đã mòn đều làm giảm khả năng tự hãm, và trong lúc đang chạy, quán tính tải vẫn có thể kéo hộp quay thêm. Với tời nâng, cơ cấu nâng người hoặc vật nặng, bắt buộc phải có motor phanh hoặc phanh riêng.
• Chạy hộp WPA ở tốc độ thấp bằng cách giảm tốc độ motor có ổn không? WPA chịu được tốt hơn WPS vì trục vít luôn ngâm dầu. Tuy nhiên cần chú ý hai điểm: motor tự làm mát bằng quạt trên trục sẽ nóng hơn khi quay chậm và chạy tải nặng lâu; còn tốc độ trượt thấp làm màng dầu mỏng hơn, hiệu suất giảm. Nếu máy thường xuyên chạy chậm, nên chọn tỷ số truyền lớn hơn để motor quay gần tốc độ định mức.
• Vì sao cùng size WPA nhưng tỷ số 1/60 lại chịu được công suất motor nhỏ hơn tỷ số 1/10? Bánh vít chịu tải theo mô-men xoắn, không theo công suất. Tỷ số càng lớn thì mô-men trục ra càng lớn với cùng một motor. Ví dụ motor 0.75kW qua tỷ số 1/10 cho khoảng 40 N.m, qua tỷ số 1/60 cho khoảng 165 N.m, vượt mức chịu của WPA 70. Vì thế bảng chọn hộp luôn ghi công suất cho phép giảm dần khi tỷ số truyền tăng.
• Lắp motor 2 cực 2900 vòng/phút cho hộp số WPA được không? Không khuyến khích. Thông số hộp số WP được tính cho tốc độ vào khoảng 1500 vòng/phút. Tốc độ gấp đôi làm vận tốc trượt và nhiệt tăng mạnh, phớt trục vào ngâm dầu của WPA lại càng nhanh mòn, dễ rỉ dầu. Nếu cần tốc độ ra cao, nên chọn tỷ số truyền nhỏ hơn với motor 4 cực.
• Hộp WPA nóng bao nhiêu độ là bình thường? Khi chạy đủ tải liên tục, vỏ hộp WPA khoảng 50 - 70°C là bình thường, cao hơn một chút trong giai đoạn chạy rà. Vượt khoảng 80 - 90°C kèm tiếng kêu hoặc mùi dầu cháy là dấu hiệu quá tải, size hộp nhỏ so với tải, tốc độ vào quá cao hoặc hộp lắp trong khoang kín không thoát nhiệt.
• Hộp số WPA dùng cho máy nghiền, máy đập có tải va đập mạnh thì chọn thế nào? Với tải va đập mạnh, mô-men đỉnh có thể gấp 2 đến 3 lần mô-men trung bình. Nên tính mô-men tải rồi nhân hệ số phục vụ 1.75 - 2.0, sau đó chọn size đủ mô-men. Giữa motor và hộp dùng khớp nối mềm hoặc puli dây đai để hấp thụ va đập; ở đầu ra nên có chốt an toàn hoặc ly hợp trượt để bảo vệ bánh vít khi máy bị kẹt vật cứng.
• Gắn nhông xích hoặc puli lên trục ra hộp WPA cần tính lực thế nào? Lực hướng tâm lên trục ra F = 2000 × T2 × k / D, với T2 là mô-men trục ra (N.m), D là đường kính nhông hoặc puli (mm), k khoảng 1.0 với nhông xích, 1.25 với bánh răng, 1.5 với puli đai thang. Nhông càng nhỏ và đặt càng xa thân hộp thì trục càng dễ cong, vòng bi trục ra càng nhanh hỏng. Nên lắp nhông sát vai trục, chọn nhông lớn vừa đủ, hoặc thêm gối đỡ ngoài khi lực vượt mức cho phép.
• Có thể úp ngược hộp WPA để thành WPS không? Được nếu hộp có chân đế tháo rời: đổi mặt bắt chân đế để trục vít lên phía trên. Khi đó phải đổi vị trí nút thông hơi lên điểm cao nhất, nút xả xuống điểm thấp nhất và chỉnh lại mức dầu theo tư thế mới. Hộp chân đế đúc liền thì không lật được, vì vị trí các nút dầu và đường dẫn dầu đã cố định theo tư thế WPA.
• Có thể đặt hộp WPA để trục ra thẳng đứng không? Không nên tự xoay hộp WPA sang tư thế đứng vì vòng bi trên sẽ thiếu dầu, phớt dưới chịu áp dầu thường xuyên. Trục ra hướng lên nên dùng WPO, hướng xuống dùng WPX, là những dòng được thiết kế riêng cho tư thế này.
• Hộp WPA có dùng được cho bàn xoay định vị, máy chia độ không? Hộp trục vít thông thường có độ rơ đáng kể và tăng dần theo thời gian nên không phù hợp cho định vị chính xác. Các cơ cấu này nên dùng hộp giảm tốc hành tinh hoặc hộp trục vít độ rơ thấp chuyên dụng.
• Trục ra hộp WPA quay ngược chiều cần thiết thì làm sao? Có thể đảo chiều quay motor, hoặc nếu hộp có trục ra hai đầu thì chuyển tải sang đầu trục bên kia. Khi đặt hàng, nên mô tả chiều quay theo hướng nhìn từ đầu trục ra lắp tải để tránh nhầm lẫn.
• Muốn thay hộp WPA cũ bị mất nhãn, cần đo những gì? Đo đường kính trục vào và trục ra, khoảng cách tâm hai trục (chính là size), chiều cao từ mặt chân đế đến tâm trục ra, khoảng cách lỗ bulông chân đế, chiều dài đầu trục, xác định trục vào nằm trái hay phải (kiểu A hay B). Để biết tỷ số truyền, đánh dấu trục ra rồi quay trục vào, đếm số vòng trục vào khi trục ra quay đủ 1 vòng.
• Làm sao nhận biết hộp WPA có bánh vít đồng tốt? Bánh vít đồng thiếc có màu vàng sậm hơi nâu, bề mặt răng mịn. Hộp giá rẻ đôi khi dùng đồng thau, đồng nhôm hoặc hợp kim kẽm, mòn nhanh và dễ sứt răng khi va đập. Hộp cùng size nhưng nhẹ hơn hẳn thường có vỏ gang mỏng, vòng bi nhỏ hoặc bánh vít mỏng. So sánh khối lượng và hỏi rõ vật liệu bánh vít là cách kiểm tra đơn giản nhất.
• Tỷ số truyền 1/100 trở lên có nên dùng một hộp WPA không? Hộp WPA một cấp chỉ đến khoảng 1/60; ở tỷ số rất lớn hiệu suất một cấp xuống thấp và hộp nóng nhiều. Khi cần tỷ số từ 1/100 trở lên nên dùng hộp hai cấp WPWA, hoặc ghép hộp WPA với bộ truyền nhông xích, puli ở đầu ra để chia bớt tỷ số.
• Motor 1 pha có dùng chung được với hộp số WPA không? Dùng được nếu kích thước trục và cách ghép phù hợp. Motor 1 pha có mô-men khởi động thấp hơn motor 3 pha cùng công suất, nên với máy khởi động có tải nặng cần chọn motor dư công suất hoặc tỷ số truyền lớn hơn.

Xem thêm các dòng hộp số cùng nhóm: Hộp Giảm Tốc WPS, Hộp Giảm Tốc WPDA, Hộp Giảm Tốc WPDS, Hộp Giảm Tốc NMRV, Hộp Giảm Tốc WPO, Hộp Giảm Tốc WPX và danh mục chung Hộp Giảm Tốc Trục Vít.