Hộp giảm tốc 3 cấp (hộp số giảm tốc 3 cấp) là hộp số có ba cặp truyền động ăn khớp nối tiếp nhau, mỗi cặp hạ tốc độ một lần. Tỉ số truyền tổng bằng tích tỉ số của ba cấp (i = i1 × i2 × i3), khoảng 40–320 với hộp bánh răng trụ liền khối; còn khi ghép từ nhiều hộp (đầu biến tốc, hộp mini, đầu giảm tốc GHM), tỉ số có thể lên tới hàng nghìn, thậm chí hàng chục nghìn lần. Hộp 3 cấp được chọn khi cần tốc độ trục ra rất thấp và mô-men xoắn lớn mà vẫn giữ hiệu suất cao, điển hình trong cầu trục, tời nâng, băng tải tải nặng, máy trộn và máy nghiền.
Trong hộp số, mỗi "cấp" là một cặp bánh răng (hoặc cặp trục vít – bánh vít) ăn khớp với nhau. Hộp 1 cấp chỉ có một cặp, hộp 2 cấp có hai cặp và hộp số 3 cấp có ba cặp. Bánh răng nhỏ của cấp sau được lắp chung trục với bánh răng lớn của cấp trước, nên tốc độ được chia nhỏ dần qua từng cấp còn mô-men được nhân lên.
Công thức cơ bản:
Ví dụ: motor 5,5kW, hộp i = 121, n2 ≈ 12 vòng/phút, η ≈ 0,94: T2 ≈ 9.550 × 5,5 ÷ 12 × 0,94 ≈ 4.110 N.m. Đây là lý do một motor giảm tốc 5,5kW gắn hộp 3 cấp có thể kéo những tải mà motor không hộp số lớn gấp nhiều lần cũng không kéo nổi ở tốc độ thấp.
Nguyên lý hoạt động của hộp giảm tốc 3 cấp
Qua mỗi cấp, tốc độ giảm theo tỉ số của cặp bánh răng đó còn mô-men tăng gần tương ứng (trừ phần tổn hao), nên trục ra của hộp số 3 cấp quay rất chậm nhưng rất khỏe.
Một cặp bánh răng trụ chỉ nên giảm tốc khoảng 3–7 lần. Nếu ép một cặp giảm 50 lần, bánh răng lớn sẽ có đường kính rất lớn, hộp cồng kềnh, răng bánh nhỏ chịu tải quá mức. Chia tỉ số ra nhiều cấp giúp mỗi cặp bánh răng làm việc trong vùng hợp lý, hộp số gọn và bền hơn.

Hộp số 2 cấp gắn motor 3 pha

Hộp số 2 cấp gắn motor 1 pha
| Số cấp | Dải tỉ số thường gặp (bánh răng trụ) | Hiệu suất tham khảo | Phù hợp |
|---|---|---|---|
| 1 cấp | 1,5 – 7 | ~97 – 98% | Giảm tốc nhẹ, tốc độ ra cao |
| 2 cấp | 8 – 60 | ~95 – 96% | Đa số máy công nghiệp |
| 3 cấp liền khối | 40 – 320 | ~92 – 95% | Tốc độ rất thấp, mô-men lớn |
| Ghép nhiều hộp | Hàng nghìn đến hàng chục nghìn | Giảm theo số cấp | Siêu chậm, công suất nhỏ |
Nguyên tắc chọn: nếu tỉ số cần dưới khoảng 40–50, hộp 2 cấp thường kinh tế hơn. Khi tỉ số từ 60 trở lên mà vẫn muốn dùng bánh răng trụ (thay vì hộp giảm tốc trục vít), hộp 3 cấp là lựa chọn hợp lý.
Ba cấp của hộp số giảm tốc 3 cấp có thể nằm chung một vỏ (hộp 3 cấp liền khối như ZQD, hộp bánh răng trụ dòng R) hoặc được ghép từ nhiều hộp rời (ví dụ hộp mini ghép thêm hộp trung gian, hay một đầu biến tốc cơ ghép với hộp 2 cấp).

Cấu tạo bên trong hộp giảm tốc 3 cấp cầu trục
Video cấu tạo hộp giảm tốc 3 cấp:
Sơ đồ bố trí hộp giảm tốc 3 cấp: khai triển, phân đôi, đồng trục
Phân phối tỉ số truyền giữa 3 cấp: tỉ số tổng thường được chia sao cho cấp nhanh có tỉ số lớn hơn hoặc bằng cấp chậm (i1 ≥ i2 ≥ i3), để các bánh răng lớn có đường kính gần nhau, cùng ngâm dầu hợp lý và hộp có kích thước gọn nhất.
Ưu điểm:
Nhược điểm:
Trục vào và trục ra song song, nằm ngang. Đây là loại dùng nhiều trong hộp số cầu trục và thiết bị nâng hạ. Tỉ số khoảng 60–320, chịu va đập tốt, vỏ chắc chắn.
Video: Hộp giảm tốc 3 cấp bánh răng trụ

Hộp giảm tốc 3 cấp cầu trục
Trục ra nằm thẳng hàng với trục vào, gọn, dễ lắp. Các cỡ lớn như R97, R107, R137, R147 có phiên bản 2 cấp và 3 cấp; khi tỉ số lớn, hộp thường được chế tạo 3 cấp trong cùng vỏ.
Video: Hộp giảm tốc R167 tải nặng trục thẳng
Motor giảm tốc 3 cấp mini (ví dụ dòng GS) gồm motor nhỏ gắn liên tiếp 3 hộp số: cấp 1 và cấp 2 là 2 hộp trung gian, mỗi hộp giảm 10 lần; cấp 3 là đầu hộp số giảm tốc mini có tỉ số khoảng 3–200. Tỉ số tổng từ khoảng 300 đến 10 × 10 × 200 = 20.000 lần. Với motor khoảng 1.400 vòng/phút, trục ra từ khoảng 4,7 vòng/phút xuống tới khoảng 0,07 vòng/phút (gần 15 phút mới quay hết 1 vòng). Loại này phù hợp máy quay quảng cáo, bàn xoay trưng bày, thiết bị thí nghiệm, nơi tải nhỏ nhưng cần cực chậm. Muốn quay nhanh hơn, tháo bớt 1 hoặc 2 hộp trung gian.

Hộp giảm tốc 3 cấp mini
Motor gắn liên tiếp 2 đầu biến tốc cơ (cấp 1 và cấp 2), mỗi đầu điều chỉnh giảm tốc khoảng 1,4–7 lần, cuối cùng là đầu giảm tốc GHM chân đế (cấp 3) có tỉ số khoảng 3–200. Tỉ số tổng lớn nhất là 7 × 7 × 200 = 9.800 lần; với motor 1.400 vòng/phút, trục ra có thể chậm tới khoảng 0,14 vòng/phút (khoảng 7 phút mới quay hết 1 vòng), và tốc độ vẫn chỉnh được nhờ hai đầu biến tốc. Muốn quay nhanh hơn, chỉ cần tháo bớt một đầu để còn 2 cấp hoặc 1 cấp.

Hộp giảm tốc 3 cấp GHM ghép đầu giảm tốc
Hộp gồm 2 phần ghép với nhau (xem hình dưới): cấp 1 là đầu biến tốc cơ mặt bích (màu trắng), điều chỉnh giảm tốc khoảng 1,4–7 lần; cấp 2 và cấp 3 là hộp giảm tốc 2 cấp liền khối chân đế (màu xanh), giảm tốc khoảng 7–35 lần. Tỉ số tổng lớn nhất là 7 × 35 = 245 lần, tốc độ trục ra thay đổi trong dải rất rộng, khoảng 4–1.000 vòng/phút. Ngày nay nhiều ứng dụng thay đầu biến tốc cơ bằng bộ điều chỉnh tốc độ motor, nhưng biến tốc cơ vẫn được dùng ở nơi không muốn dùng điện tử.

Hộp giảm tốc 3 cấp điều chỉnh tốc độ
Cấp 1 là cặp bánh răng côn (đổi hướng trục 90°), cấp 2 và cấp 3 là bánh răng trụ. Dùng khi cần trục ra vuông góc với motor nhưng vẫn muốn hiệu suất cao hơn trục vít. Dòng tiêu biểu là DCY: bánh răng tôi cứng và mài răng, tỉ số khoảng 8–50, dùng cho băng tải dài, máy nghiền, thiết bị luyện kim, mỏ; họ tương tự là DBY (2 cấp). Với công suất rất lớn còn có các hộp giảm tốc công nghiệp 3 cấp dạng khối (trục song song hoặc côn – trụ) cho nhà máy xi măng, thép, nhiệt điện. Xem thêm các dòng hộp số vuông góc.

Hộp giảm tốc công nghiệp dạng khối nhiều cấp
Trong ký hiệu ZQD 350, ZQD 400, ZQD 500, ZQD 650, ZQD 850: ZQ là hộp giảm tốc bánh răng trụ dùng cho cầu trục, D chỉ phiên bản 3 cấp, còn con số là tổng khoảng cách trục (mm) – con số càng lớn, hộp càng to và chịu mô-men càng lớn. Các cỡ dùng chung một dãy tỉ số tiêu chuẩn:
| Tỉ số truyền | Tốc độ ra với motor ~1.450 vòng/phút | Tốc độ ra với motor ~1.000 vòng/phút |
|---|---|---|
| 65,54 | ~22 vòng/phút | ~15 vòng/phút |
| 81,7 | ~17,8 vòng/phút | ~12 vòng/phút |
| 92,21 | ~15,7 vòng/phút | ~10,8 vòng/phút |
| 121,1 | ~12 vòng/phút | ~8,3 vòng/phút |
| 141,73 | ~10,2 vòng/phút | ~7 vòng/phút |
| 163,38 | ~8,9 vòng/phút | ~6 vòng/phút |
| 191,22 | ~7,6 vòng/phút | ~5,2 vòng/phút |
| 223,8 | ~6,5 vòng/phút | ~4,5 vòng/phút |
| 243,86 | ~6 vòng/phút | ~4,1 vòng/phút |
| 265,71 | ~5,5 vòng/phút | ~3,8 vòng/phút |
| 291,19 | ~5 vòng/phút | ~3,4 vòng/phút |
| 317,28 | ~4,6 vòng/phút | ~3,2 vòng/phút |
Cỡ lớn như ZQD 850 thường đi với motor 6 cực (~1.000 vòng/phút) nên tốc độ ra thấp hơn các cỡ nhỏ ở cùng tỉ số. Khi đặt hàng ZQD cần thêm hai thông tin hay bị quên: kiểu lắp (vị trí trục vào, trục ra bên trái hay bên phải) và dạng đầu trục ra (trục trơn có then hay đầu răng để ăn khớp trực tiếp với khớp nối răng/tang cuốn).

Hộp giảm tốc 3 cấp cầu trục ZQD 350

Hộp giảm tốc 3 cấp cầu trục ZQD 400

Hộp giảm tốc 3 cấp cầu trục ZQD 500

Hộp giảm tốc 3 cấp cầu trục ZQD 650

Hộp giảm tốc 3 cấp cầu trục ZQD 850
Video: Hộp giảm tốc cầu trục ZQ 850 cỡ lớn
ZSY là dòng hộp giảm tốc 3 cấp trục song song, bánh răng nghiêng được tôi cứng và mài răng, dùng nhiều cho băng tải, máy nghiền, máy trộn, thiết bị luyện kim. Cùng họ còn có ZDY (1 cấp) và ZLY (2 cấp). ZSY có tỉ số truyền danh nghĩa khoảng 22,4–100, hiệu suất khoảng 94% trở lên; con số sau ký hiệu (ví dụ ZSY 160, ZSY 250, ZSY 355, ZSY 500) là khoảng cách trục cấp chậm tính bằng mm. So với ZQD cầu trục, ZSY có tỉ số nhỏ hơn nhưng bánh răng răng cứng nên kích thước gọn hơn ở cùng mô-men.
Video hộp giảm tốc hành tinh 3 cấp chân đế, mô men 3.000–6.000 Nm:
Gồm 3 bộ bánh răng hành tinh (bánh răng mặt trời, các bánh răng hành tinh và vành răng) nối tiếp trong một vỏ hình trụ. Tỉ số truyền mỗi cấp khoảng 3–10, nên 3 cấp đạt khoảng 64–1.000 lần. Hộp rất gọn so với mô-men, trục vào và trục ra đồng trục, dùng nhiều cho máy xây dựng, tời, xe tự hành, và bản chính xác cho servo, robot (độ rơ chỉ vài arcmin).
Trục ra song song nhưng lệch với trục motor, thân hộp dẹt, thường có trục ra cốt âm để lắp thẳng lên trục máy và dùng tay đòn chống xoay. Dòng F có bản 2 cấp và 3 cấp, tỉ số tới vài trăm lần; hay gặp ở băng tải, xích tải, máy rửa, nơi không gian hẹp. Xem thêm hộp giảm tốc cốt âm mặt bích.
Ghép 3 cấp cycloid nối tiếp để đạt tỉ số rất lớn, từ hàng nghìn đến hàng trăm nghìn lần trong một cụm đồng trục, chịu va đập tốt. Dùng cho máy khuấy cần tốc độ cực chậm, thiết bị xử lý nước, lò sấy quay. Xem thêm hộp số giảm tốc cyclo.
Ghép một hộp bánh răng sơ cấp PC với hai hộp trục vít NMRV (hoặc NMRV đôi) để có 3 cấp, tỉ số tới hàng nghìn lần, trục ra vuông góc và có thể tự hãm. Đổi lại hiệu suất thấp hơn nhiều so với bánh răng trụ, chỉ nên dùng cho tải nhỏ – trung bình, chạy ngắt quãng.

Hộp giảm tốc trục vít NMRV ghép nhiều cấp
Ngoài tỉ số và công suất, hộp giảm tốc 3 cấp còn một số đặc điểm kỹ thuật cần biết trước khi lắp vào máy.
Chiều quay trục ra
Với hộp bánh răng trụ ăn khớp ngoài, mỗi cấp đảo chiều quay một lần. Hộp 2 cấp cho trục ra quay cùng chiều với motor, còn hộp 3 cấp cho trục ra ngược chiều motor. Khi thay hộp 2 cấp bằng hộp 3 cấp trên máy cũ (hoặc ngược lại), cơ cấu sẽ chạy ngược nếu không đảo chiều motor.
Hộp 3 cấp bánh răng trụ không tự hãm
Khác với hộp trục vít tỉ số lớn, hộp bánh răng trụ 3 cấp có hiệu suất cao nên tải treo có thể kéo ngược trục ra quay khi mất điện. Với tời, cơ cấu nâng, cửa nâng, bắt buộc dùng motor giảm tốc có thắng phanh hoặc phanh rời ở trục vào.
Hiệu suất cao hơn trục vít ở cùng tỉ số
Một hộp trục vít 1 cấp tỉ số 1/60 thường chỉ đạt hiệu suất khoảng 50–70%, phần còn lại biến thành nhiệt. Hộp 3 cấp bánh răng trụ cùng tỉ số đạt khoảng 92–95%. Với máy chạy liên tục nhiều giờ, chênh lệch này có thể cho phép giảm một cấp công suất motor và tiết kiệm điện đáng kể.
Độ rơ cộng dồn
Mỗi cặp bánh răng có một khe hở ăn khớp nhỏ. Qua ba cấp, khe hở quy về trục ra lớn hơn hộp 1–2 cấp. Với ứng dụng cần định vị chính xác hoặc đảo chiều liên tục, nên chọn hộp có cấp chính xác cao hoặc cân nhắc hộp hành tinh.
Video: Hộp số servo 3 cấp tỉ số lớn, độ rơ nhỏ cho robot
Giới hạn nhiệt và lực hướng tâm
Hộp chạy liên tục với công suất lớn có thể bị giới hạn bởi khả năng tản nhiệt chứ không phải độ bền bánh răng. Ngoài ra, khi lắp nhông xích, puly trực tiếp lên trục ra, lực hướng tâm phải nằm trong giới hạn của nhà sản xuất; đặt nhông càng xa vỏ hộp, ổ bi trục ra chịu tải càng lớn.
Bảng tính cho motor 7,5kW 4 cực, khoảng 1.450 vòng/phút, hiệu suất hộp 3 cấp bánh răng trụ khoảng 94%.
| Tỉ số truyền | Tốc độ trục ra | Mô men trục ra | Ứng dụng |
| 1/40 | 36 vòng/phút | Khoảng 1.857 Nm | Băng tải than, đá, clinker dài 50–80 m |
| 1/50 | 29 vòng/phút | Khoảng 2.322 Nm | Gầu tải xi măng, gầu tải bột đá |
| 1/63 | 23 vòng/phút | Khoảng 2.925 Nm | Máy khuấy bể xử lý nước thải lớn, bể bùn |
| 1/80 | 18 vòng/phút | Khoảng 3.715 Nm | Xích cào than, xích cào clinker |
| 1/100 | 15 vòng/phút | Khoảng 4.643 Nm | Cơ cấu di chuyển xe con, cầu trục (hộp ZQD) |
| 1/125 | 12 vòng/phút | Khoảng 5.804 Nm | Máy khuấy bồn phản ứng hóa chất đặc, mật rỉ |
| 1/160 | 9,1 vòng/phút | Khoảng 7.429 Nm | Máy ép bùn băng tải, máy cán trục chậm |
| 1/200 | 7,3 vòng/phút | Khoảng 9.287 Nm | Tời nâng cửa cống, cửa phai thủy lợi |
| 1/250 | 5,8 vòng/phút | Khoảng 11.608 Nm | Bàn xoay lò nung, lò quay sấy cỡ nhỏ |
| 1/315 | 4,6 vòng/phút | Khoảng 14.626 Nm | Tời kéo tàu, máy cuốn cáp, cuốn ống |
Nhờ tỉ số truyền lớn và mô-men xoắn cao, hộp số 3 cấp cũng như motor giảm tốc 3 cấp (động cơ liền hộp số) được dùng nhiều trong các lĩnh vực sau:
Nếu muốn giải pháp liền khối motor + hộp số, xem các dòng motor giảm tốc tải nặng hoặc motor giảm tốc 3 pha có sẵn bản động cơ giảm tốc 3 cấp tỉ số truyền lớn.
| Tiêu chí | Bánh răng trụ 3 cấp | Trục vít 1–2 cấp | Cyclo | Hành tinh |
|---|---|---|---|---|
| Tỉ số trong một hộp | 40 – 320 | 5 – 100 (2 cấp tới ~3.600) | 6 – 87 (2 cấp tới hàng nghìn) | 3 – 1.000+ |
| Hiệu suất | Cao (~92–95%) | Thấp – trung bình | Cao (~90%) | Cao (~90–95%) |
| Tự hãm | Không | Có thể (tỉ số lớn) | Không | Không |
| Kích thước | Lớn, dài | Gọn, trục vuông góc | Gọn, đồng trục | Rất gọn |
| Chịu va đập | Tốt | Trung bình | Rất tốt | Tốt |
| Ứng dụng điển hình | Cầu trục, băng tải nặng | Máy nhẹ – trung bình | Máy khuấy, nghiền | Robot, servo, tải nặng gọn |
Xem thêm hộp số giảm tốc cyclo và toàn bộ các dòng hộp giảm tốc để so sánh kích thước và tỉ số.
Video: Hộp giảm tốc hành tinh 3 cấp chân đế, mô-men 3000–6000 N.m