Trả lời trực tiếp: Cả ba đều truyền chuyển động giữa hai trục không song song, khác nhau ở đường răng. Răng thẳng vào khớp đột ngột theo suốt chiều dài răng; răng xoắn cung vào khớp dần từ một đầu nên êm hơn; hypoid có hai trục lệch nhau nên tiếp xúc thêm thành phần trượt dọc răng.
Nội dung thuộc chuyên trang Thiết kế & chế tạo máy của cokhi.net, cụm Truyền động — ở góc phân biệt nguyên lý, không xếp hạng nhà sản xuất bánh răng côn.
Vì sao răng côn phải nằm trên mặt nón chứ không phải mặt trụ?
Bánh răng trụ truyền chuyển động giữa hai trục song song, nên hai mặt lăn tưởng tượng là hai hình trụ tiếp xúc nhau theo một đường thẳng. Khi hai trục cắt nhau, hai mặt lăn tương đương không còn là trụ mà là hai hình nón có chung đỉnh — chính điểm giao của hai đường trục.
Hệ quả hình học đầu tiên: kích thước răng thay đổi dọc theo chiều dài răng, lớn ở đầu ngoài và nhỏ dần về phía đỉnh nón. Vì vậy mọi thông số của bánh răng côn phải được quy về một mặt cắt chuẩn, thường là mặt ở đầu lớn, và không thể đọc rời từng chỗ như với bánh răng trụ.
Hệ quả thứ hai quan trọng hơn với người lắp ráp: đỉnh nón của hai bánh phải trùng nhau. Chỉ cần một bánh bị đẩy vào hay lùi ra dọc trục, hai nón lăn không còn tiếp xúc đúng nữa và tải dồn về một đầu răng. Đây là điểm khác biệt lớn nhất so với bánh răng trụ, nơi dịch nhẹ dọc trục hầu như không ảnh hưởng.
Ba dạng đường răng khác nhau ở chỗ nào?
| Dạng | Đường răng | Cách vào khớp | Hệ quả đi kèm |
|---|---|---|---|
| Răng thẳng | Thẳng, hướng về đỉnh nón | Cả chiều dài răng vào khớp gần như cùng lúc | Đơn giản, dễ chế tạo và dễ kiểm; ồn hơn và va đập hơn khi tốc độ tăng |
| Răng xoắn cung | Cong, nghiêng so với đường sinh nón | Vào khớp dần từ một đầu răng sang đầu kia | Êm và chịu tải tốt hơn; sinh lực dọc trục phụ thuộc chiều xoắn và chiều quay |
| Hypoid | Cong, nhưng hai trục lệch nhau (không cắt nhau) | Vào khớp dần, kèm trượt dọc theo đường răng | Cho phép hạ hoặc nâng trục chủ động so với trục bị động; trượt lớn nên đòi hỏi dầu chuyên dụng |
Bảng nêu quan hệ hình học đường răng – cách vào khớp – hệ quả; bảng không nêu trị số góc xoắn, module hay tải cho phép, vì các trị số này gắn với từng bộ truyền cụ thể và phải lấy từ tài liệu thiết kế của bộ truyền đó. Cách tính bền theo uốn chân răng và theo tiếp xúc trình bày ở bài tính bền bánh răng.
Vì sao hypoid cần dầu riêng còn răng thẳng thì không?
Ở bánh răng côn răng thẳng và răng xoắn cung thông thường, hai trục cắt nhau nên tại điểm tiếp xúc, chuyển động tương đối chủ yếu là lăn kèm trượt ngang răng. Ở hypoid, hai trục lệch nhau một khoảng, và chính khoảng lệch đó tạo ra thêm một thành phần trượt dọc theo đường răng không có ở hai dạng kia.
Trượt dọc dưới áp lực cao là điều kiện khắc nghiệt với màng dầu: màng dễ bị phá và hai mặt răng chạm nhau trực tiếp. Đó là lý do bộ truyền hypoid đòi hỏi dầu có khả năng chịu áp lực cực cao, và vì sao đổ nhầm dầu bánh răng thông thường vào bộ truyền hypoid sẽ dẫn tới mòn nhanh. Cơ chế màng dầu và các dạng hỏng bề mặt răng khi màng dầu không đủ trình bày ở bài bôi trơn và mòn bánh răng.
Lực dọc trục của bánh răng côn đặt ra yêu cầu gì cho ổ đỡ?
Vì mặt răng nằm nghiêng trên mặt nón, lực ăn khớp luôn có thành phần dọc trục — điều này đúng ngay cả với răng thẳng, khác hẳn bánh răng trụ răng thẳng vốn gần như không sinh lực dọc trục. Với răng xoắn cung, thành phần dọc trục còn phụ thuộc chiều xoắn và chiều quay, nên đảo chiều quay có thể đổi cả chiều của lực này.
Do đó cụm ổ đỡ của bánh răng côn phải chịu được lực dọc trục theo cả hai chiều và giữ được vị trí dọc trục ổn định, vì sai lệch vị trí lại quay về làm hỏng vết tiếp xúc. Cách bố trí cặp ổ và vấn đề dự tải trình bày ở bài ổ đỡ chặn: bố trí cặp ổ; cách lực dọc trục hình thành từ góc nghiêng răng nêu ở bài bánh răng nghiêng. Bánh răng côn cũng là một trong các cấu hình hộp giảm tốc phổ biến, xem bảng ở bài phân loại hộp giảm tốc.
Câu hỏi thường gặp
Có thể thay một bánh trong cặp bánh răng côn không? Không nên. Bánh răng côn được chế tạo và chạy rà theo cặp, vết tiếp xúc là kết quả của cả hai bánh. Thay một bánh sẽ cho vết tiếp xúc khác với vết mà bánh cũ đã mòn theo, dẫn tới ồn và tải dồn cục bộ. Nguyên tắc chung là thay cả cặp.
Vết tiếp xúc lệch về đầu răng thì xử theo hướng nào? Trước tiên kiểm tra vị trí dọc trục của từng bánh, vì đây là biến số dễ sai nhất khi lắp và cũng dễ sửa nhất. Chỉ khi vị trí dọc trục đã đúng mà vết vẫn lệch thì mới nghĩ tới độ đảo của ngõng trục hoặc biến dạng vỏ hộp dưới tải.
Bộ vi sai trên ô tô dùng dạng nào? Thường là hypoid, vì khoảng lệch trục cho phép hạ trục truyền động xuống thấp hơn tâm bánh răng bị động, qua đó hạ sàn xe. Đó là ví dụ điển hình cho việc chọn dạng đường răng vì lý do bố trí không gian chứ không chỉ vì độ bền, cùng kiểu lập luận với các cơ cấu nền trình bày ở bài nguyên lý cơ khí nền trong động cơ đốt trong và hộp số.