Trong lĩnh vực cơ khí, đặc biệt là khi nói về hộp giảm tốc, thuật ngữ backlash hay người ta còn gọi là lệch lưng được hiểu là khe hở hay độ rơ giữa các bộ phận cơ khí, chủ yếu là giữa các bánh răng trong hệ thống truyền động.

Đây là hiện tượng khi có một khoảng không gian nhỏ giữa hai răng bánh răng tiếp xúc với nhau, dẫn đến chuyển động giữa chúng không ăn khớp ngay lập tức mà có độ trễ hoặc lỏng lẻo. Cụ thể hơn, khái niệm này có thể được giải thích như sau:

1. Backlash trong hộp giảm tốc là gì?
   • Hộp giảm tốc là một hệ thống cơ khí dùng để giảm tốc độ quay của động cơ và tăng mô-men xoắn. Nó sử dụng các bánh răng để truyền lực và thay đổi tốc độ quay.
   • Khi các bánh răng trong hộp giảm tốc hoạt động, nếu giữa các bánh răng này có khoảng hở nhỏ, nó tạo ra một độ trễ khi truyền động. Độ trễ này chính là backlash. Nói cách khác, backlash là khoảng cách mà bánh răng có thể quay mà không tác động trực tiếp lên bánh răng khác.
2. Nguyên nhân gây ra backlash:
   • Khe hở thiết kế: Trong quá trình chế tạo bánh răng, người ta thường để lại một khe hở nhỏ để đảm bảo rằng các bánh răng có thể hoạt động trơn tru, không bị kẹt do nhiệt độ hoặc các điều kiện hoạt động khác.
   • Mài mòn theo thời gian: Qua thời gian hoạt động, các bề mặt của bánh răng có thể bị mài mòn, làm gia tăng độ rơ giữa các răng.
   • Lắp ráp không chính xác: Nếu việc lắp ráp các bánh răng không chính xác, độ hở giữa các răng sẽ không đồng đều, dẫn đến hiện tượng backlash.
3. Ảnh hưởng của backlash trong hộp giảm tốc:
   • Giảm độ chính xác: Đối với các hệ thống yêu cầu độ chính xác cao, như máy CNC hoặc robot công nghiệp, backlash là một vấn đề lớn. Khi các bánh răng có độ rơ lớn, hệ thống không thể phản ứng ngay lập tức theo lệnh điều khiển, gây ra sai số trong chuyển động.
   • Gây ồn: Backlash có thể dẫn đến tiếng ồn khi các bánh răng va chạm vào nhau trong quá trình truyền động.
   • Giảm hiệu suất: Khi độ rơ lớn, hiệu suất truyền động sẽ giảm do năng lượng bị thất thoát vào việc làm rung lắc và sinh ra ma sát không cần thiết.
   • Mài mòn nhanh hơn: Backlash cũng có thể làm tăng tốc độ mài mòn của các bộ phận cơ khí, vì các bánh răng không khớp hoàn toàn, dẫn đến va chạm và mài mòn không đều.

4. Ví dụ về ảnh hưởng của backlash tới độ chính xác của hệ thống máy

Giả sử chúng ta có một bánh răng với bán kính là 100 mm (10 cm), ta sẽ tính khoảng cách độ rơ do hộp giảm tốc có backlash 15 phút gây ra:

Áp dụng công thức:

s=θ×r

Trong đó:

• θ là góc quay (theo đơn vị radian).
• r là bán kính của bánh răng.

Vì 15 phút  là một góc rất nhỏ, ta cần đổi nó sang radian:

• 1 độ = 0.0174533 radian
• 15 phút = 15×1/60×0.017453315= 0.004363 radian.

Vì vậy ta có:

𝑠 =0.004363×100 𝑚𝑚=0.4363𝑚𝑚

Vậy, với backlash 15 phút, một bánh răng có bán kính 100 mm sẽ có một độ rơ dịch chuyển tuyến tính khoảng 0.436 mm trước khi bánh răng bắt đầu tác động đến bánh răng khác. Đây có thể là con số khá lớn đối với hệ máy móc đòi hỏi độ chính xác cao.

5. Cách giảm backlash:

• • Chế tạo chính xác: Việc chế tạo bánh răng với độ chính xác cao có thể giúp giảm khe hở giữa các răng, từ đó giảm backlash.
  • Dùng các hệ thống bánh răng đặc biệt: Một số loại bánh răng như bánh răng hành tinh hoặc bánh răng xoắn ốc có thể giảm đáng kể hiện tượng backlash do cách chúng phân bố và tiếp xúc lực.
  • Sử dụng cơ cấu điều chỉnh khe hở: Một số hệ thống hộp giảm tốc cho phép điều chỉnh khe hở giữa các bánh răng để giảm độ rơ theo thời gian.

Kết luận:

Backlash trong hộp giảm tốc là hiện tượng có khe hở hoặc độ rơ giữa các bánh răng, gây ra độ trễ khi truyền động và ảnh hưởng đến độ chính xác, hiệu suất của hệ thống. Tuy nhiên, hiện tượng này có thể được kiểm soát và giảm thiểu thông qua thiết kế và chế tạo chính xác, cũng như các giải pháp kỹ thuật phù hợp.

Tác giả: Nguyễn Văn Hòa