Hộp giảm tốc (hay bộ điều tốc) là một thiết bị cơ khí thường được sử dụng trong hệ thống điều khiển tự động, mục đích phổ biến của nó là để giảm tốc độ quay đầu vào từ động cơ để đạt được tốc độ và mômen đầu ra mong muốn.

Mục lục

1. Hộp giảm tốc là gì?
2. Nguyên lý của hộp giảm tốc là gì?
3. Tại sao phải cần sử dụng hộp giảm tốc?
4. Những ưu điểm của hộp giảm tốc.
5. Hộp giảm tốc gồm những loại nào?
6. Hộp giảm tốc được sử dụng ở đâu?
7. Kết luận.

 

1. Hộp giảm tốc là gì?

Năm 1901, một hiện vật bao gồm nhiều bánh răng bằng đồng đã được tìm thấy từ một con tàu đắm ngoài khơi đảo Antikythera của Hy Lạp. Cơ chế Antikythera này được cho là bánh răng kim loại sớm nhất được biết đến được sử dụng để tính toán các chuyển động của thiên thể, và ước tính đã được xây dựng từ năm 150 đến 100 trước Công nguyên. Đây là khoảng hơn 2000 năm trước. Các đồ thủ công như bánh răng có độ phức tạp tương tự đã không xuất hiện cho đến thế kỷ XIII và XIV. Ngay cả khi chức năng của nó là một chiếc đồng hồ thiên văn cơ học chứ không phải là một hộp giảm tốc, kỹ năng gài răng kim loại chính xác như vậy và sử dụng các tổ hợp bánh răng khác nhau để có được tốc độ đầu ra mong muốn đã có từ hàng nghìn năm trước có thể đã xuất hiện như vậy. Hộp giảm tốc (hay hộp điều tốc) là một thiết bị cơ khí thường được sử dụng trong hệ thống điều khiển tự động, mục đích phổ biến của nó là để giảm tốc độ quay đầu vào từ động cơ để đạt được tốc độ và mômen đầu ra mong muốn.

2. Nguyên lý của hộp giảm tốc là gì?

Có nhiều cách để giảm tốc độ động cơ trong các ứng dụng công nghiệp, nhưng phương pháp được sử dụng phổ biến nhất là lắp ráp hệ bánh răng (hộp giảm tốc). Hộp giảm tốc có chức năng làm giảm tốc độ quay của động cơ đồng thời tăng mômen trên trục đầu ra. Điều này có nghĩa là có nhiều công việc và ứng dụng hơn. Công suất của động cơ được truyền qua trục động cơ đến hộp truyền động bánh răng bên trong hộp giảm tốc (được lắp ráp với các thành phần gồm bánh răng nhỏ, bánh răng lớn và case) và sau đó truyền ra ngoài qua trục đầu ra của hộp giảm tốc.

3. Tại sao phải cần sử dụng hộp giảm tốc?

Hộp giảm tốc ngay trong cái tên đã thấy được mục đích sử dụng. Chúng được sử dụng để giảm tốc độ quay của động cơ và tăng mô-men xoắn đầu ra. Điều này tương đương với việc nâng cao khả năng làm việc của động cơ. Ngoài ra, có thể thay đổi hướng đầu ra thông qua hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc thay đổi chiều quay theo chiều kim đồng hồ của trục đầu ra động cơ thành ngược chiều kim đồng hồ, hoặc loại hộp giảm tốc góc với thiết kế xoay hướng đầu ra 90 độ để tiết kiệm không gian lắp đặt.

4. Những ưu điểm của hộp giảm tốc.

• Giảm thiểu chi phí

Nhìn chung, chi phí mua một động cơ cao hơn nhiều so với chi phí mua một hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc làm tăng mô men xoắn trục đầu ra. Mô men xoắn cần thiết có thể đạt được nhờ một động cơ nhỏ có hộp giảm tốc thay vì mua động cơ lớn hơn. Như vậy chi phí tổng thể của cấu hình có thể được giảm đáng kể.

• Bảo vệ động cơ

Một hộp giảm tốc được lắp đặt giữa động cơ và máy để chịu tải mômen xoắn cao từ máy đang chạy. Để tránh cho động cơ bị quá tải và hư hỏng trực tiếp, hộp giảm tốc sẽ bị hỏng trước khi quá tải. Đồng thời, chi phí sửa chữa hoặc thay thế hộp giảm tốc tương đối thấp, vì thế có thể giảm chi phí bảo trì.

• Tiết kiệm năng lượng.

Nếu động cơ được kết nối trực tiếp với máy móc hoặc thiết bị, động cơ có thể chạy ở tốc độ thấp để đáp ứng mô-men xoắn yêu cầu. Giảm tốc độ quay sẽ làm tăng đáng kể dòng điện và tiêu tốn nhiều năng lượng hơn. Cùng lúc ấy động cơ cũng nóng lên. Nhiệt độ cao có thể ảnh hưởng đến hiệu suất và tuổi thọ của động cơ, đồng thời động cơ có thể bị cháy nếu không có đủ hệ thống thông gió. Do đó, sử dụng hộp giảm tốc có thể giảm tiêu thụ năng lượng và tránh làm hỏng động cơ.

5. Hộp giảm tốc gồm những loại nào?

Chúng ta có nhiều chủng loại hộp giảm tốc và hộp số rất đa dạng. Các hộp giảm tốc bánh răng trụ, hộp giảm tốc trục vít, hộp giảm tốc bánh răng hành tinh, hộp giảm tốc bánh răng Cycloidal, hộp giảm tốc điều hòa,… được giới thiệu tùy theo cấu tạo và phương pháp truyền động của chúng. Các bánh răng cung cấp mô-men xoắn đầu ra lớn, hiệu suất cao, nhiều tỷ lệ và có sẵn trong nhiều cấu hình lắp ráp bánh răng.

• Hộp giảm tốc trục vít

Hộp giảm tốc trục vít là một loại hộp giảm tốc bao gồm đầu vào là trục vít và đầu ra là bánh răng trục vít được đặt theo hướng đầu ra góc vuông. Hộp giảm tốc trục vít là một loại hộp giảm tốc phổ biến do có thiết kế nhỏ gọn, chi phí ban đầu và chi phí bảo trì thấp, tỷ số truyền cao và mô-men xoắn đầu ra cao. Cơ chế trục vít không thể chuyển động ngược lại do ma sát cao giữa bánh răng trục vít và trục vít. Nó dễ dàng gắn và ghép nối vào động cơ, nhưng hiệu suất giảm khi tỷ số truyền tăng lên.

• Hộp giảm tốc hành tinh (planetary gearbox)

Hộp giảm tốc hành tinh có các đặc điểm như độ chính xác cao, mô-men xoắn đầu ra lớn, hiệu quả cao, khe hở hướng kính và tiếng ồn thấp. Hộp số hành tinh giúp dễ dàng đạt được tỷ số truyền cao. Ngoài ra, hộp số hành tinh chất lượng cao không cần bảo dưỡng trong suốt thời gian sử dụng và không bao giờ cần thay thế. Do chức năng của chúng và thiết kế nhỏ gọn, quá trình sản xuất bánh răng phức tạp hơn và đòi hỏi gia công chính xác. Bộ giảm tốc hành tinh thường được lắp đặt với động cơ servo hoặc động cơ bước để tăng mô-men xoắn đầu ra và đáp ứng nhu cầu điều khiển và định vị chuyển động chính xác.

• Hộp giảm tốc bánh răng Cycloidal

Hộp giảm tốc Cycloidal sử dụng nguyên lý bánh răng Cycloidal với khe hở hướng kính được tối ưu, độ cứng xoắn cao, khả năng chịu tải xung kích tuyệt vời, hoạt động ổn định và tỷ số truyền cao với độ mài mòn thấp trong suốt tuổi thọ của hộp số.

• Hộp giảm tốc điều hòa

Hộ giảm tốc điều hòa là hộp giảm tốc sử dụng nguyên lý truyền sóng biến dạng (Strain wave gearing), là sự khác biệt giữa hình elip và hình tròn hoàn hảo. Một bộ phận kim loại đàn hồi hình cốc có thành mỏng với các răng bên ngoài được dẫn động bởi một bộ tạo sóng hình elip quay trên một bộ phận hình vòng cứng có các răng bên trong. Chúng cung cấp độ chính xác rất cao, tỷ số truyền cao, quán tính thấp và lắp đặt nhỏ gọn. Những tính năng này làm cho nó trở thành giải pháp hoàn hảo cho các ứng dụng lập thể robot chính xác.

6. Hộp giảm tốc được sử dụng ở đâu?

Là một thiết bị công nghiệp truyền lực cơ học, hộp giảm tốc dường như còn xa lạ với mọi người, thậm chí nhiều người lần đầu tiên nghe đến thuật ngữ này. Trên thực tế, chúng gần gũi với cuộc sống của chúng ta hơn chúng ta tưởng. Lúc đầu hộp giảm tốc chỉ xuất hiện trong máy móc nhưng giờ đây không chỉ xuất hiện trong các sản phẩm công nghiệp mà còn được ứng dụng trong dân dụng như xe máy điện, xe đạp điện, với sự phát triển kinh tế và công nghệ gia công kim loại không ngừng đã được cải tiến qua các năm. Sau đây là một vài ví dụ ứng dụng của hộp giảm tốc:

• Máy công cụ: máy cắt kim loại, trung tâm gia công, máy khoan CNC, máy tiện CNC, máy phay, máy mài, máy tạo hình kim loại, máy ép, máy gia công ống và dây, vòi phun nước.
• Máy móc công nghiệp: Máy đóng gói, Máy thực phẩm và đồ uống, Thiết bị làm bánh, Máy nông nghiệp, Máy dệt, Máy đóng giày, Máy chế biến gỗ, Máy in, Máy chế biến nhựa, Máy thổi khuôn PET, Máy cắt và hàn laser.
• Tự động hóa: Băng tải, Kho lưu trữ tự động, Robot công nghiệp, Xe có hướng dẫn tự động, Máy dán nhãn tự động, Hệ thống chiết rót tự động, Palletizer, Máy đóng nắp.
• Hàng không và Năng lượng: Thiết bị truyền động kính viễn vọng vô tuyến, hệ thống theo dõi bảng năng lượng mặt trời.
• Thiết bị y tế và xét nghiệm: xe lăn trợ lực, rô bốt di động, máy che mặt, giường MRI, thiết bị vật lý trị liệu, hệ thống lấy mẫu tự động
• Xe điện, thiết bị giao thông và vận tải điện: xe máy điện, xe đạp điện trợ lực, cổng soát vé tự động, cổng kiểm soát ra vào.

7. Kết luận.

Bộ giảm tốc và hộp giảm tốc có sẵn trên thị trường thông qua tính toán chính xác, gia công bánh răng, xử lý bề mặt, mài và các kỹ thuật khác, và ăn khớp các bánh răng có kích thước khác nhau để đạt được yêu cầu giảm tốc độ động cơ và tăng mô-men xoắn đầu ra. Theo IEA (Cơ quan Năng lượng Quốc tế), các động cơ điện và hệ thống mà chúng cung cấp năng lượng là loại năng lượng sử dụng cuối cùng lớn nhất, chiếm 46% lượng điện tiêu thụ toàn cầu. Từ quan điểm tiết kiệm năng lượng và giảm thiểu carbon, không chỉ nâng cao hiệu suất năng lượng của động cơ điện mà sử dụng bánh răng giảm tốc cũng là một phương pháp hiệu quả. Ngoài các ứng dụng công nghiệp, nhu cầu từ robot, tự động hóa và xe điện cho bộ giảm tốc hoặc hộp số đang tăng lên do sự phổ biến ngày càng tăng lên của các ứng dụng chính xác và độc đáo như vậy. Hộp số là một trong những thành phần quan trọng của mô-đun dẫn động rô bốt. Các nhà cung cấp tiếp tục tập trung vào đổi mới kỹ thuật truyền động động cơ và bánh răng, cung cấp các thành phần truyền tải ổn định và đáng tin cậy cho các ứng dụng tự động hóa chính xác trong kỷ nguyên Công nghiệp 4.0 và sản xuất thông minh.

Trên đây là bài viết giới thiệu đến các bạn những thông tin và kiến thức cơ bản về hộp giảm tốc. Rất mong nhận được sự ủng hộ của quý độc giả, mọi phản hồi xin được để lại ở phần bình luận bên dưới bài viết. Xin cảm ơn và hẹn gặp lại các bạn ở những bài viết tiếp theo.

Tác giả: Nguyễn Văn Hòa.

Nguồn tham khảo: 減速機とは何？-Blog-世協電機股份有限公司 (sesamemotor.com)

 

Từ khóa liên quan: Thanh dẫn hướng LM, vít me, cảm biến, Coupling, Đông cơ servo