Truyền động

Biên dạng involute sinh ra khi đường thẳng lăn không trượt quanh vòng cơ sở, góc áp lực tiêu chuẩn 20°, và lý do involute cho tỷ số truyền tức thời không đổi.

Addendum, dedendum, chiều cao răng, bước răng, đường kính vòng cơ sở — bộ công thức đầy đủ để thiết kế hình học bánh răng trụ răng thẳng theo module.

Ba thành phần lực trong bánh răng nghiêng (tiếp tuyến, hướng tâm, dọc trục), quan hệ module pháp tuyến/module ngang, và vì sao cần ổ chặn cho lực dọc trục.

Tỷ số truyền tổng của hộp giảm tốc nhiều cấp bằng tích các tỷ số truyền từng cấp — nguyên tắc chọn số cấp và phân bố tỷ số giữa các cấp.

So sánh thép thấm cacbon bề mặt (8620) và thép tôi toàn phần (4340) cho bánh răng — độ cứng bề mặt/lõi, khả năng chịu tải và va đập.

Xích ăn khớp cứng nên không trượt, hiệu suất tới ~98% và chịu tải cao hơn; đai êm hơn, không cần bôi trơn, tự bảo vệ quá tải nhờ trượt có kiểm soát nhưng hiệu suất thấp hơn (~90-95%).

Vít me bi dùng bi lăn thay ma sát trượt để biến chuyển động quay thành tịnh tiến, hiệu suất trên 90% — luôn đi kèm ray dẫn hướng thẳng chịu tải ngang, bản thân vít me chỉ chịu lực dọc trục.

Ly hợp ma sát dùng lực ép giữa các đĩa để truyền hoặc ngắt mô-men — ly hợp nhiều đĩa (multi-plate) truyền được mô-men lớn hơn nhiều trong cùng đường kính so với ly hợp một đĩa.

4 dạng bánh răng theo hướng trục (spur, helical, bevel, worm), khái niệm module m=d/z, công thức tỉ số truyền và khoảng cách trục, vật liệu/xử lý bề mặt răng.

So sánh 5 kiến trúc hộp giảm tốc (bánh răng trụ/côn, trục vít, hành tinh, cycloid) theo cấu tạo và hiệu suất — vì sao trục vít có thể tự hãm nhưng hiệu suất thấp, hành tinh compact hiệu suất cao, cycloid chịu sốc vượt trội.

Phân biệt 3 dạng lệch trục (góc, song song, dọc trục) và 4 nhóm khớp nối (cứng, bù lệch cơ khí, đàn hồi, các đăng) — cách chọn theo mô-men, hệ số an toàn dịch vụ và độ lệch thực tế, vì sao khớp mềm không thay được việc căn chỉnh trục.

Năng lượng mỗi lần đóng ly hợp/phanh tỷ lệ bình phương chênh tốc độ, công suất nhiệt trung bình theo tần suất đóng ngắt, công thức T=Iα và quy đổi quán tính tải, hệ số dịch vụ khác nhau giữa các nhà sản xuất, nguyên nhân cháy bề mặt ma sát do quá nhiệt.

Hai tiêu chí bền bánh răng độc lập — uốn chân răng theo công thức Lewis σ=Ft/(bmY) và mô hình AGMA đầy đủ, tiếp xúc bề mặt theo ứng suất Hertz — vì sao tiếp xúc thường là giới hạn với răng tôi cứng, bảng hệ số Lewis Y theo số răng.

Bánh đà san bằng dao động mô-men trong 1 chu kỳ máy — hệ số dao động tốc độ Cs, công thức thiết kế I=ΔE/(Cs·ω²), phân biệt bánh đà với bộ điều tốc, bảng Cs theo loại máy.

Phân biệt sạch vít ren trượt tự hãm với vít me bi, công thức mô-men nâng/hạ Tr/Tl theo góc nâng ren, điều kiện tự hãm λ≤φ, bảng hiệu suất theo góc nâng — vì sao kích và ê-tô tự giữ tải.

Mọi cơ cấu phanh ma sát quy về M = lực ma sát × bán kính. Phanh đai dùng T1/T2 = e^(μθ); phanh guốc dùng M = μ·N·r và tự siết phụ thuộc chiều quay + vị trí chốt — bảng so sánh phanh đai/guốc/đĩa.

Quan hệ lực căng 2 nhánh đai T1/T2=e^(μθ) (phương trình Euler). Đai thang bám tốt hơn đai dẹt nhờ hiệu ứng chêm rãnh μ'=μ/sin(β/2). Công suất P=(T1−T2)v, lực ly tâm giới hạn tốc độ cao, góc ôm quyết định bởi puly nhỏ.

Xích ăn khớp không trượt, tỉ số truyền u=z2/z1 chính xác tuyệt đối. Số răng đĩa nhỏ z1≥17 (nên 19-21) để giảm hiệu ứng đa giác — dao động vận tốc Δv/v=1-cos(180°/z), càng ít răng dao động càng lớn.

Răng ăn khớp vừa lăn vừa trượt dưới áp suất tiếp xúc cao — cần bôi trơn đàn hồi-thủy động (EHL). Chất lượng màng dầu đo bằng tỉ số màng λ (AGMA 925: biên<0,4 · hỗn hợp 0,4-1,0 · màng đầy>1,0). 3 dạng hỏng liên quan bôi trơn: tróc rỗ (pitting), micropitting, scuffing.

Công suất động cơ băng tải gồm 2 thành phần cộng lại: công suất nâng vật liệu lên độ cao (nếu băng nghiêng) và công suất thắng ma sát dọc chiều dài băng. Bài giải thích công thức có nguồn (P = Q×H/367/η + Q×L×f/367/η), 4 yếu tố ảnh hưởng công suất, và công cụ tính dải công suất/lực kéo tham khảo.

Dòng điện định mức động cơ 3 pha: I = P/(√3×U×cosφ×η). Giải thích từng biến số + ví dụ tính, vì sao không nên dùng 1 bảng tra cố định cho mọi động cơ.

Vít me hai chiều xoắn (twin lead screw) có 2 đoạn ren ngược chiều trên 1 trục, tạo chuyển động đối xứng 2 bên bằng 1 chuyển động quay duy nhất — khác vít me bi 1 chiều; cần rãnh thoát dao/chuyển tiếp giữa 2 đoạn ren khi gia công.

Bánh răng ăn khớp trực tiếp cho tỉ số truyền chính xác tuyệt đối và chịu mô-men lớn nhất nhưng cần trục gần nhau; đai truyền truyền xa nhất và giảm chấn tốt nhất nhưng đai dẹt/thang có trượt; xích truyền giữ tỉ số chính xác ở khoảng cách trục xa hơn bánh răng.

Khớp nối trục rung/nóng/mòn nhanh do lệch trục vượt mức, thiếu hệ số an toàn dịch vụ, mất cân bằng động, hoặc phần tử đàn hồi lão hóa. Tần số rung 1x/2x tốc độ trục giúp phân biệt mất cân bằng vs lệch trục trước khi tháo kiểm tra.

Hộp giảm tốc kêu to/nóng/rò dầu do mòn bánh răng-ổ, breather tắc gây áp suất dư đẩy dầu qua phớt, sai mức dầu, hoặc lệch trục lắp đặt. Kiểm breather trước khi thay phớt tránh rò lại.

Chọn hộp giảm tốc không dừng ở mô men đầu ra — phải nhân hệ số sử dụng theo chế độ làm việc thật (giờ chạy/ngày, số lần khởi động, tải va đập). Bỏ bước này khiến hộp đủ mô men trên giấy nhưng hỏng sớm ngoài xưởng.

Trục vít và bánh vít ăn khớp bằng trượt chứ không lăn như bánh răng trụ. Trượt sinh ma sát lớn nên hiệu suất thấp và bộ truyền nóng lên; cũng chính ma sát đó khiến bộ truyền tự hãm khi góc vít đủ nhỏ.

Cả ba đều truyền chuyển động giữa hai trục không song song, khác nhau ở đường răng: răng thẳng vào khớp đột ngột, răng xoắn cung vào khớp dần, hypoid có hai trục lệch nhau nên thêm thành phần trượt dọc răng.

Ly hợp và phanh điện từ dùng lực hút của nam châm điện thay cho đòn bẩy cơ khí nên đóng ngắt được từ xa và rất nhanh. Điều quyết định an toàn là chúng hành xử ra sao khi mất điện — có loại nhả ra, có loại tự siết lại bằng lò xo.

Trục đai răng không có giới hạn tốc độ tới hạn nên chạy nhanh, hành trình dài; đổi lại lực đẩy thấp hơn, kém cứng vững, không dự tải được theo nghĩa truyền thống. Vít me bi cho lực đẩy và độ chính xác cao hơn, nhưng trục càng dài tốc độ tới hạn càng thấp. Cơ chế cộng hưởng trục vít, giãn đai, phanh cho trục đứng và bảng quyết định tại máy.

Động cơ tuyến tính biến dòng điện trực tiếp thành lực thẳng, không có chuyển động quay phải đổi, nên trên ray có dự tải không còn khe hở; đổi lại bị đẩy ngược dễ và tuổi thọ giới hạn ở cáp uốn, ổ dẫn hướng. Vít me bi có khâu vít, đai ốc, gần như không mòn trong tải định mức, lắp đứng phải có phanh. Nhiệt, gia tốc: nguồn nói gì và không nói gì.

Ray bi ma sát rất thấp, chạy nhanh hơn, bù sai lệch hình học nhỏ tốt hơn; ray con lăn có diện tiếp xúc lớn nên tải, cứng vững và độ chính xác cao hơn hẳn. Dự tải tăng cứng vững nhưng giảm tuổi thọ; tải động C của ray bi và ray con lăn không cùng quãng đường định nghĩa. Nguồn Bosch Rexroth, HIWIN, THK.

Ly hợp ma sát đóng được khi hai trục chênh tốc và trượt để đồng tốc, nhưng trượt liên tục thì tích nhiệt và hỏng sớm. Ly hợp vấu, ly hợp răng không trượt, gần như không rơ, đồng pha được, nhưng chỉ đóng khi đứng yên hoặc chênh tốc rất thấp và không tự bảo vệ quá tải. Nguồn Ogura, KEB, Warner Electric, mayr.

Phay lăn răng là quá trình bao hình với dao trục vít quay liên tục ăn khớp với phôi đang quay, dao tiến dọc trục. Xọc răng dùng dao hình bánh răng vừa quay đồng bộ với phôi vừa tịnh tiến lên xuống, nên cắt được răng trong và răng nằm sát mặt bích. Đối chiếu theo Gear Technology, Illinois Pulley & Gear và hai bài của Gear Solutions: cách sinh biên dạng, ngưỡng mô-đun nguồn nêu, giới hạn số răng dao xọc, kèm bảng quyết định theo bản vẽ và hình học phôi.

Xích con lăn gồm má xích, chốt, bạc và con lăn; con lăn xoay quanh bạc nên chỗ chạm răng đĩa lăn được. Xích răng chỉ có má xích và chốt, má xích mang vấu khía ăn vào đĩa hình bánh răng và đập vào đĩa theo một góc nên va đập cùng tiếng ồn giảm. Đối chiếu theo ba tài liệu của Tsubaki: kết cấu, cách chia tải, ồn và tốc độ, yêu cầu bôi trơn, hạn chế chiều quay, hiệu ứng đa giác.

Hộp số sóng biến dạng tạo tỉ số truyền lớn bằng một vành thép mỏng bị ép thành hình elip, ăn với vành răng trong tại hai điểm đối nhau. Hộp số cycloid dùng đĩa cycloid trên cam lệch tâm ăn với chốt của vành cố định rồi truyền ra con lăn đầu ra. Đối chiếu theo bài của Yu và Gong, khảo sát của Oberneder và cộng sự, tài liệu kỹ thuật của Nabtesco và bài của Design World: cách ăn khớp, khe hở, độ cứng xoắn, hiệu suất và khả năng chịu quá tải.

Khớp nối đĩa bù lệch bằng biến dạng của tập đĩa thép mỏng nên không cần bôi trơn; khớp nối răng bù lệch bằng khe hở răng nên mặt răng trượt tương đối và phải giữ mỡ trong thân khớp. Bài đối chiếu cơ chế, khe hở ngược, việc tra mỡ lại và hậu quả khi khớp răng chạy khô, kèm bảng quyết định theo dấu hiệu đo được tại xưởng.

Khớp các đăng chạc chữ thập truyền đúng số vòng nhưng vận tốc góc tức thời của trục ra đổi trong từng vòng, biên độ tăng theo góc lệch; khớp đồng tốc giữ vận tốc tức thời hai đầu bằng nhau nhờ điểm ăn khớp nằm trên mặt phẳng chia đôi góc. Bài đối chiếu cơ chế, trị số dao động ở góc lệch cụ thể, góc làm việc và nhu cầu bôi trơn trong truyền động máy.

Thanh răng bánh răng không bị giới hạn chiều dài vì nối được nhiều đoạn, đổi lại có khe hở ngược lớn hơn; vít me bi cho độ chính xác cao và khe hở nhỏ hơn nhưng chiều dài bị giới hạn bởi độ võng của trục. Bài đối chiếu cơ chế, hành trình dài, bụi bẩn, cách khử khe hở bằng bánh răng chẻ, kèm bảng quyết định theo dấu hiệu tại xưởng.

Ly hợp một chiều kiểu con lăn chèn con lăn trụ vào biên dạng cam gia công trên một vòng; kiểu sprag dùng vấu bất đối xứng nghiêng đi rồi chèn giữa hai mặt trụ trơn. Bài đối chiếu cơ chế khoá, số phần tử mang tải trên cùng đường kính, hiện tượng tách tiếp xúc khi chạy không tải nhanh và ràng buộc đồng tâm hai vòng.

Dẫn hướng trượt là hai mặt kim loại mài và cạo cách nhau bằng màng dầu, cho độ cứng vững và khả năng giảm chấn cao nhưng tốc độ chạy nhanh thấp nhất; dẫn hướng lăn dùng bi hồi lưu giữa ray và khối trượt, hạ ma sát và bỏ hiện tượng trượt giật, đổi lại diện tích tiếp xúc nhỏ hơn. Bài đối chiếu cơ chế, ma sát, giảm chấn và cách phục hồi.

Đai kêu rít khi khởi động rồi im, hoặc mòn hết một bên sườn trong vài tuần. Hai hiện tượng này chỉ vào hai nguyên nhân khác hẳn nhau: lực căng không đủ và hai puly không đồng phẳng. Dấu vết mòn trên đai tách được hai nhóm mà không cần dụng cụ đo.