Bánh răng côn xoắn ốc và bánh răng côn thẳng: So sánh kỹ thuật của cổ góp để phân phối điện nhiều đầu ra

1. Giới thiệu: Thách thức về phân phối điện trong máy móc phức tạp

Máy móc công nghiệp hiện đại hiếm khi hoạt động với một trục chuyển động duy nhất. Một máy đóng gói có thể yêu cầu nhiều băng tải chạy đồng thời. Một máy in cần có sự luân chuyển phối hợp của một số con lăn. Dây chuyền lắp ráp tự động đòi hỏi sự di chuyển đồng bộ trên nhiều máy trạm. Trong mỗi trường hợp, một nguồn điện duy nhất phải dẫn động nhiều trục đầu ra, thường được định hướng ở các góc khác nhau.

Bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc giải quyết thách thức phân phối điện năng này. Hộp số chuyên dụng này nhận đầu vào từ một động cơ và cung cấp đầu ra cho hai hoặc nhiều trục, thường vuông góc với đầu vào. Cổ góp thay đổi hướng quay trong khi phân chia công suất giữa các đầu ra. Nó là thành phần thiết yếu cho phép các máy móc phức tạp hoạt động chỉ với một ổ đĩa duy nhất.

Bài viết này cung cấp sự so sánh kỹ thuật toàn diện giữa bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc và các lựa chọn thay thế bánh răng côn thẳng. Chúng ta sẽ kiểm tra hình dạng bánh răng, hiệu suất, tiếng ồn, khả năng chịu tải và cấu hình đầu ra. Đối với các nhà thiết kế cơ khí và chuyên gia mua sắm, hướng dẫn này đóng vai trò là tài liệu tham khảo để lựa chọn cổ góp thích hợp cho các yêu cầu về tốc độ, mô-men xoắn và độ chính xác khác nhau.

2. Xác định bộ chuyển đổi bánh răng côn xoắn ốc

Bộ chuyển đổi bánh răng côn xoắn ốc là hộp số góc vuông phân phối công suất từ một trục đầu vào đến nhiều trục đầu ra. Thuật ngữ cổ góp đề cập đến khả năng của thiết bị để thay đổi hoặc di chuyển hướng của dòng điện. Bánh răng côn xoắn ốc là bộ phận quan trọng bên trong truyền mô-men xoắn giữa các trục giao nhau.

Cấu tạo cơ bản của bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc bao gồm một vỏ, hai hoặc nhiều bánh răng côn được gắn trên trục đầu vào và đầu ra và vòng bi để đỡ trục. Trục đầu vào mang một bánh răng côn ăn khớp với các bánh răng côn trên trục đầu ra. Khi trục đầu vào quay, nó sẽ dẫn động đồng thời các trục đầu ra.

Hình dạng bánh răng côn xoắn ốc giúp phân biệt cổ góp này với các thiết kế bánh răng côn thẳng. Bánh răng côn xoắn ốc có các răng cong, xiên ăn khớp dần dần chứ không phải dọc theo toàn bộ chiều dài của chúng cùng một lúc. Độ cong này, tương tự như các bánh răng xoắn ốc trong bộ truyền động trục song song, giúp vận hành êm ái hơn, khả năng chịu tải cao hơn và chạy êm hơn.

Cổ góp dòng TD, làm ví dụ điển hình, chấp nhận đầu vào ở một đầu và cung cấp đầu ra ở hai đầu. Hướng đầu ra có thể cùng hướng hoặc ngược hướng, tùy thuộc vào cách bố trí các bánh răng. Nhiều tùy chọn đầu ra bao gồm đầu ra trục đặc, trục rỗng có chốt và trục rỗng không có chốt.

Vỏ của bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc chất lượng thường được làm bằng nhôm hoặc gang được anod hóa. Anodizing cung cấp khả năng chống ăn mòn và độ cứng bề mặt. Vỏ phải cứng để duy trì sự liên kết của bánh răng khi chịu tải. Vỏ linh hoạt cho phép bánh răng bị lệch, dẫn đến tiếng ồn, mài mòn và hỏng hóc sớm.

3. So sánh thứ nhất: Bánh răng côn xoắn ốc và bánh răng côn thẳng

Sự khác biệt cơ bản giữa bánh răng côn xoắn ốc và bánh răng côn thẳng nằm ở hình dạng răng. Sự khác biệt này ảnh hưởng đến gần như mọi đặc tính hiệu suất.

Bánh răng côn thẳng có răng thẳng và thon dần về phía tâm bánh răng. Các răng ăn khớp đồng thời dọc theo toàn bộ chiều dài của chúng khi các bánh răng được định vị chính xác. Sự tiếp xúc hoàn toàn đột ngột này tạo ra tải trọng tác động, tạo ra tiếng ồn và độ rung. Bánh răng côn thẳng chế tạo đơn giản hơn và ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, chúng bị giới hạn ở tốc độ và tải vừa phải.

Bánh răng côn xoắn ốc có răng cong và cắt một góc với trục bánh răng. Sự tiếp xúc của răng bắt đầu ở một đầu của răng và tiến dần qua mặt răng khi bánh răng quay. Sự ăn khớp dần dần này giúp loại bỏ tác động đột ngột của bánh răng côn thẳng. Kết quả là hoạt động mượt mà hơn, tiếng ồn thấp hơn và tốc độ cho phép cao hơn.

Bảng dưới đây so sánh các bộ chuyển đổi bánh răng côn xoắn ốc và bánh răng côn thẳng qua các thông số chính.

Đối với các ứng dụng yêu cầu hoạt động tốc độ cao, chu kỳ làm việc liên tục hoặc hoạt động trong môi trường nhạy cảm với tiếng ồn như thiết bị y tế hoặc tự động hóa văn phòng, cổ góp vát xoắn ốc được ưu tiên nhiều. Đối với các máy đơn giản, tốc độ thấp, nơi tiếng ồn không phải là vấn đề đáng lo ngại, cổ góp góc xiên thẳng có thể là đủ.

4. Ưu điểm về mặt hình học của răng côn xoắn ốc

Hình dạng răng cong của bánh răng côn xoắn ốc mang lại một số lợi thế kỹ thuật ngoài khả năng giảm tiếng ồn. Hiểu được những ưu điểm này giúp các kỹ sư chọn được cổ góp phù hợp cho các ứng dụng có yêu cầu khắt khe.

Ưu điểm đầu tiên là tỷ lệ tiếp xúc cao hơn. Tỷ lệ tiếp xúc đề cập đến số lượng răng trung bình tiếp xúc tại bất kỳ thời điểm nào. Bánh răng côn thẳng thường có tỷ số tiếp xúc trong khoảng từ 1,0 đến 1,5. Bánh răng côn xoắn ốc đạt tỷ số tiếp xúc từ 2,0 trở lên. Tỷ lệ tiếp xúc cao hơn có nghĩa là ít nhất hai răng luôn chia sẻ tải trọng, giảm căng thẳng cho mỗi răng.

Ưu điểm thứ hai là cải thiện sự phân bố tải trọng trên mặt răng. Hình dạng răng cong giúp phân phối tải trọng đều hơn từ ngón chân đến gót răng. Sự phân bố đồng đều này làm giảm nồng độ ứng suất cao nhất có thể gây mỏi và rỗ răng.

Ưu điểm thứ ba là khả năng điều chỉnh các bánh răng cho khớp chính xác. Sau khi bánh răng được cắt và xử lý nhiệt, chúng có thể được chạy cùng với hợp chất mài mòn để mài mòn bề mặt răng. Quá trình mài này chỉ hiệu quả trên các bánh răng côn xoắn ốc, tạo ra sự ăn khớp hoàn hảo của cặp bánh răng. Bánh răng côn xoắn ốc có lớp phủ chạy êm hơn, êm hơn và có tuổi thọ cao hơn so với các bánh răng không có lớp phủ.

Ưu điểm thứ tư là hình dạng răng chắc chắn hơn. Hình dạng cong của răng xoắn ốc mang lại chiều dài răng hiệu quả dài hơn cho cùng một chiều rộng khuôn mặt. Răng dài hơn mang lại khả năng chống lại ứng suất uốn lớn hơn. Điều này cho phép bánh răng côn xoắn ốc truyền mô-men xoắn cao hơn bánh răng côn thẳng có cùng kích thước và vật liệu.

Đối với các nhà thiết kế máy móc, những lợi thế hình học này mang lại lợi ích thực tế. Bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc có thể nhỏ hơn và nhẹ hơn bộ chuyển mạch bánh răng côn thẳng cho cùng một yêu cầu mô-men xoắn. Ngoài ra, với cùng kích thước, thiết kế vát xoắn ốc mang lại giới hạn an toàn cao hơn.

5. So sánh hai: Một đầu vào Nhiều đầu ra so với nhiều ổ đĩa độc lập

Có một lựa chọn thiết kế hệ thống cơ bản giữa việc sử dụng bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc với một động cơ và nhiều đầu ra so với việc sử dụng nhiều động cơ độc lập với các hộp số riêng biệt.

Phương pháp tiếp cận nhiều đầu vào duy nhất sử dụng một động cơ điều khiển bộ chuyển mạch để phân chia nguồn điện cho một số trục đầu ra. Cách tiếp cận này đơn giản hơn để điều khiển vì chỉ cần điều khiển một động cơ. Các đầu ra được đồng bộ hóa về mặt cơ học, đảm bảo tỷ lệ tốc độ chính xác giữa các trục. Điều này rất cần thiết cho các ứng dụng như máy in, nơi tất cả các con lăn phải quay với tốc độ được phối hợp chính xác.

Phương pháp truyền động đa ổ độc lập sử dụng các động cơ riêng biệt cho mỗi trục đầu ra. Mỗi động cơ có thể có hộp số riêng. Cách tiếp cận này cho phép kiểm soát tốc độ độc lập của từng đầu ra, rất hữu ích khi các trục khác nhau cần hoạt động ở tốc độ khác nhau hoặc vào các thời điểm khác nhau. Tuy nhiên, hệ thống điều khiển phức tạp hơn và có thể cần phải đồng bộ hóa điện tử.

Bảng dưới đây so sánh hai cách tiếp cận này.

Đối với nhiều ứng dụng công nghiệp, động cơ đơn với phương pháp chuyển mạch được ưu tiên hơn. Việc tiết kiệm chi phí từ việc sử dụng một động cơ thay vì nhiều động cơ là rất đáng kể. Việc đồng bộ hóa cơ học hoàn toàn đáng tin cậy và không cần nỗ lực của hệ thống điều khiển. Hạn chế chính là tất cả các trục đầu ra phải quay cùng tốc độ hoặc ở các tỷ số cố định được xác định bởi cách bố trí bánh răng.

Khi bạn chọn một Bộ chuyển đổi bánh răng côn xoắn ốc , hãy xem xét liệu tỷ lệ tốc độ cố định giữa các đầu ra có đáp ứng yêu cầu ứng dụng của bạn hay không. Nếu cần điều khiển tốc độ độc lập thì có thể cần nhiều ổ đĩa.

6. Cấu hình đầu ra và tùy chọn cài đặt

Bộ chuyển đổi bánh răng côn xoắn ốc có sẵn ở một số cấu hình đầu ra để phù hợp với các yêu cầu kết nối máy khác nhau. Việc lựa chọn loại đầu ra ảnh hưởng đến độ phức tạp của việc cài đặt, khả năng tiếp cận bảo trì và phương pháp ghép nối.

Đầu ra trục rắn là cấu hình đơn giản và phổ biến nhất. Trục đầu ra kéo dài từ vỏ hộp số và được đỡ bởi các ổ trục bên trong vỏ. Người dùng gắn khớp nối, ròng rọc hoặc bánh xích vào trục bằng chìa khóa và vít định vị hoặc thiết bị khóa. Đầu ra trục rắn phù hợp cho hầu hết các ứng dụng có mục đích chung.

Trục rỗng có chốt cung cấp lỗ khoan xuyên qua trục đầu ra. Người dùng trượt trục máy được dẫn động vào lỗ rỗng và cố định nó bằng chìa khóa. Cấu hình này loại bỏ sự cần thiết của khớp nối riêng biệt, tiết kiệm không gian dọc trục. Đầu ra trục rỗng lý tưởng để gắn trực tiếp vào trục đầu vào của máy.

Trục rỗng không có chìa khóa sử dụng đĩa co hoặc cụm khóa để kẹp trục rỗng vào trục dẫn động. Cấu hình này cung cấp kết nối phản ứng bằng không rất cần thiết cho các ứng dụng định vị chính xác. Lực kẹp được phân bổ đều xung quanh chu vi trục, tránh sự tập trung ứng suất có thể xảy ra với các rãnh then.

Thiết kế vỏ phải phù hợp với cấu hình đầu ra đã chọn trong khi vẫn duy trì độ cứng kết cấu. Vỏ nhôm anodized là phổ biến cho các ứng dụng nhẹ. Đối với các ứng dụng có mô-men xoắn cao hoặc môi trường khắc nghiệt, vỏ bằng gang mang lại độ cứng và khả năng giảm rung cao hơn.

Hướng lắp đặt phải được xem xét. Cổ góp có thể được gắn với trục đầu vào nằm ngang hoặc dọc, tùy thuộc vào cách bố trí máy. Phớt dầu phải được lựa chọn dựa trên hướng lắp đặt để tránh rò rỉ từ phía thấp của vỏ.

7. Hiệu suất và tổn thất điện năng trong bộ chuyển đổi bánh răng côn

Bộ chuyển đổi bánh răng côn xoắn ốc là thiết bị truyền tải điện hiệu quả, nhưng tổn thất điện năng xảy ra thông qua một số cơ chế. Hiểu được những tổn thất này giúp các kỹ sư ước tính được hiệu suất tổng thể của hệ thống.

Ma sát của lưới bánh răng là cơ chế mất mát chính. Khi các răng bánh răng trượt vào nhau trong quá trình ăn khớp, ma sát sẽ chuyển một phần cơ năng thành nhiệt. Tổn thất ma sát phụ thuộc vào độ hoàn thiện bề mặt bánh răng, tính chất bôi trơn và tải trọng truyền. Ở mức đầy tải, hiệu suất ăn khớp của bánh răng đối với một tầng bánh răng côn xoắn ốc thường là 96 đến 98%.

Ma sát vòng bi là cơ chế gây tổn thất thứ hai. Trục đầu vào và đầu ra được đỡ bởi các ổ lăn. Vòng bi có độ ma sát rất thấp, thường gây tổn thất điện năng từ 1 đến 2%. Tổn thất tỷ lệ thuận với tốc độ trục và tương đối ổn định bất kể tải trọng.

Tổn thất khuấy dầu xảy ra khi các bánh răng quay qua bể bôi trơn. Ở tốc độ cao, hiện tượng rung lắc có thể là một cơ chế gây tổn thất đáng kể. Bôi trơn bằng tia nước, nơi bánh răng nhúng vào dầu, tạo ra lực cản. Đối với các ứng dụng tốc độ cao, bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức với mức dầu tối thiểu trong vỏ giúp giảm tổn thất khi khuấy.

Ma sát phốt xảy ra ở phốt trục nơi trục thoát ra khỏi vỏ. Ma sát của phốt nhỏ nhưng không đổi và không thay đổi theo tải trọng. Đối với hoạt động tải thấp liên tục, ma sát phốt có thể chiếm một tỷ lệ đáng kể trong tổng tổn thất.

Tổng hiệu suất của bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc một cấp thường là 94 đến 97%. Hiệu suất cao hơn xảy ra ở mức đầy tải khi tổn thất trên lưới bánh răng thấp hơn tương ứng với công suất truyền tải. Hiệu suất thấp hơn xảy ra ở mức tải nhẹ trong đó tổn thất liên tục từ vòng bi, vòng đệm và khuấy dầu chiếm ưu thế.

Đối với cổ góp có hai trục đầu ra, công suất được phân chia giữa các đầu ra. Tổng công suất đầu ra bằng công suất đầu vào trừ đi tổng tổn thất. Nếu cả hai đầu ra đều được tải như nhau thì mỗi đầu ra sẽ nhận được khoảng một nửa công suất đầu vào trừ đi tổn thất. Nếu tải không bằng nhau thì cổ góp vẫn truyền công suất tới cả hai trục, nhưng trục chịu tải nhẹ có thể chạy nhanh hơn do mômen phản lực thấp hơn.

8. Phản ứng dữ dội và độ chính xác định vị

Đối với các ứng dụng chính xác như robot và máy CNC, phản ứng ngược trong bộ chuyển mạch bánh răng là một thông số kỹ thuật quan trọng. Phản ứng ngược là chuyển động bị mất giữa đầu vào và đầu ra khi hướng quay ngược lại.

Trong bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc, phản ứng ngược xuất phát từ nhiều nguồn. Nguồn chính là khe hở giữa các răng bánh răng. Một khe hở nhỏ phải được cung cấp giữa các răng giao nhau để cho phép bôi trơn và ngăn chặn sự giãn nở nhiệt gây ra hiện tượng dính. Khoảng cách này tạo ra phản ứng dữ dội.

Phản ứng dữ dội bổ sung đến từ độ hở vòng bi. Các trục phải có một số khe hở hướng tâm và trục để quay tự do. Khoảng hở này cho phép các bánh răng chuyển động nhẹ so với nhau, góp phần tạo ra phản ứng ngược tổng thể.

Độ lệch của vỏ khi chịu tải cũng góp phần gây ra phản ứng ngược. Khi tác dụng mô-men xoắn, vỏ sẽ uốn cong nhẹ, cho phép các bánh răng tách ra. Sự tách biệt làm tăng khoảng cách hiệu quả giữa các răng.

Bộ chuyển đổi bánh răng côn xoắn ốc chính xác được sản xuất với độ phản ứng được kiểm soát cẩn thận. Phản ứng dữ dội tiêu chuẩn cho cổ góp công nghiệp thường là 15 đến 30 phút cung. Cổ góp chính xác đạt được 5 đến 10 phút cung. Cổ góp siêu chính xác dành cho robot và hàng không vũ trụ có thể đạt được từ 1 đến 3 phút cung.

Đối với các ứng dụng không yêu cầu phản ứng dữ dội, có sẵn các thiết kế đặc biệt. Những thiết kế này sử dụng một bánh răng chia đôi hoặc bố trí lò xo để loại bỏ khe hở giữa các răng ăn khớp. Tuy nhiên, thiết kế phản lực bằng 0 có công suất mô-men xoắn thấp hơn và ma sát cao hơn thiết kế tiêu chuẩn.

Khi chọn bộ chuyển mạch cho ứng dụng định vị, hãy chỉ định phản ứng ngược cần thiết dựa trên nhu cầu về độ chính xác của hệ thống. Trục quay có bộ phân giải hoặc bộ mã hóa trên trục đầu ra có thể bù phản ứng dữ dội thông qua các thuật toán điều khiển. Trục có điều khiển vòng hở không thể bù và yêu cầu phản ứng ngược rất thấp.

9. Yêu cầu bôi trơn và bảo trì

Việc bôi trơn thích hợp là điều cần thiết để vận hành đáng tin cậy và tuổi thọ lâu dài của bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc. Chất bôi trơn tách các răng bánh răng, giảm ma sát, mang nhiệt và bảo vệ chống ăn mòn.

Độ nhớt của chất bôi trơn phải phù hợp với tốc độ và nhiệt độ vận hành. Hoạt động ở tốc độ cao đòi hỏi dầu có độ nhớt thấp hơn để giảm tổn thất khi khuấy. Hoạt động ở tải trọng cao và nhiệt độ cao đòi hỏi dầu có độ nhớt cao hơn để duy trì đủ màng dầu giữa các răng bánh răng.

Chất bôi trơn tổng hợp được khuyên dùng cho bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc. Dầu tổng hợp mang lại độ ổn định độ nhớt tốt hơn theo nhiệt độ, tuổi thọ dài hơn và khả năng chống oxy hóa tốt hơn so với dầu khoáng. Đối với các ứng dụng chế biến thực phẩm, cần có chất bôi trơn cấp thực phẩm.

Phương pháp bôi trơn phụ thuộc vào tốc độ vận hành và hướng lắp. Để lắp ngang tốc độ thấp, bôi trơn bằng tia là đủ. Các bánh răng phía dưới nhúng vào thùng chứa dầu và đẩy dầu lên các bánh răng và ổ trục phía trên. Để vận hành tốc độ cao hoặc lắp thẳng đứng, có thể cần phải bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức bằng bơm bên ngoài.

Lịch trình bôi trơn phải dựa trên giờ hoạt động chứ không phải theo lịch. Lịch trình điển hình là thay dầu sau mỗi 2000 đến 4000 giờ hoạt động. Để hoạt động liên tục, điều này có nghĩa là cứ 3 đến 6 tháng một lần. Đối với hoạt động không liên tục, thay dầu hàng năm có thể là đủ.

Phân tích dầu thường xuyên có thể kéo dài thời gian thay dầu. Các mẫu dầu được kiểm tra độ nhớt, hàm lượng nước, độ axit và hàm lượng kim loại mài mòn. Nếu dầu đáp ứng các thông số kỹ thuật, nó có thể được sử dụng. Nếu bất kỳ thông số nào vượt quá giới hạn thì nên thay dầu.

Việc kiểm tra phải được thực hiện trong quá trình thay dầu. Tìm kiếm các hạt kim loại trong dầu đã xả. Các hạt mịn là hiện tượng bình thường khi bánh răng bị mòn. Các hạt hoặc mảnh lớn hơn cho thấy bánh răng hoặc ổ trục đã bị hư hỏng. Kiểm tra ô nhiễm nước, nguyên nhân gây rỉ sét và suy thoái dầu.

10. Lựa chọn vật liệu và xử lý nhiệt

Các bánh răng trong bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc được sản xuất từ ​​thép hợp kim chất lượng cao với quá trình xử lý nhiệt được kiểm soát. Việc xử lý vật liệu và nhiệt quyết định độ bền của bánh răng, khả năng chống mài mòn và tuổi thọ mỏi.

Thép cứng vỏ là vật liệu tiêu chuẩn cho bánh răng côn. Các loại phổ biến bao gồm 20MnCr5, 16MnCr5 và 8620. Những loại thép này chứa mangan và crom để cải thiện độ cứng. Thành phần hợp kim cho phép bề mặt bánh răng được cứng lại trong khi vẫn duy trì được lõi bền bỉ, chống va đập.

Quá trình xử lý nhiệt bắt đầu bằng quá trình cacbon hóa. Thiết bị được làm nóng trong bầu không khí giàu carbon, cho phép carbon khuếch tán vào bề mặt. Lớp được cacbon hóa, thường sâu từ 0,5 đến 1,0 mm, trở thành thép cacbon cao. Cốt lõi vẫn là thép carbon thấp.

Sau khi cacbon hóa, thiết bị được làm nguội và tôi luyện. Quá trình làm nguội nhanh chóng làm nguội bánh răng, biến bề mặt thành martensite cứng. Quá trình ủ làm nóng bánh răng đến nhiệt độ vừa phải, giảm độ giòn trong khi vẫn duy trì độ cứng cao. Độ cứng bề mặt cuối cùng thường là 58 đến 62 HRC. Độ cứng lõi là 30 đến 40 HRC.

Sau khi xử lý nhiệt, các bánh răng phải được mài đến kích thước cuối cùng. Xử lý nhiệt gây ra biến dạng phải được loại bỏ bằng cách mài. Các răng bánh răng được mài định hình để đạt được độ chính xác và độ bóng bề mặt cần thiết. Đối với các bộ chuyển mạch chính xác, các bánh răng được ghép lại với nhau sau khi mài để tạo ra một cặp ăn khớp hoàn hảo.

Vật liệu nhà ở cũng phải được lựa chọn. Vỏ nhôm với bề mặt được anot hóa có trọng lượng nhẹ và chống ăn mòn. Chúng phù hợp cho hầu hết các ứng dụng công nghiệp. Vỏ bằng gang mang lại độ cứng cao hơn và giảm rung tốt hơn. Chúng được ưu tiên cho các ứng dụng mô-men xoắn cao hoặc độ chính xác cao.

11. Ví dụ ứng dụng trong các ngành

Bộ chuyển đổi bánh răng côn xoắn ốc được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp. Mỗi ứng dụng đặt ra những yêu cầu khác nhau về thiết kế cổ góp.

Trong máy đóng gói, cổ góp dẫn động nhiều băng tải từ một động cơ. Các dây đai phải chạy cùng tốc độ để chuyển sản phẩm một cách trơn tru giữa các phần. Cổ góp cung cấp sự đồng bộ hóa cơ học không thể trôi dạt. Tốc độ hoạt động vừa phải, thường là 100 đến 500 vòng/phút ở đầu ra. Tiếng ồn là điều cần cân nhắc vì dây chuyền đóng gói hoạt động gần công nhân.

Trong chế tạo robot, cổ góp được sử dụng ở khớp cổ tay và cánh tay để truyền năng lượng quanh các góc. Kích thước nhỏ gọn của cổ góp vát xoắn ốc phù hợp với cấu trúc của robot. Phản ứng ngược thấp là điều cần thiết để định vị chính xác. Cần có độ cứng xoắn cao để ngăn chặn sự biến dạng khi chịu tải.

Trong máy in, nhiều đơn vị in phải được điều khiển đồng bộ hóa chính xác. Một động cơ chính dẫn động một trục truyền động kết nối với các bộ chuyển mạch ở mỗi bộ phận in. Cổ góp quay hướng truyền động để phù hợp với cách bố trí máy ép. Hoạt động liên tục trong nhiều ngày hoặc nhiều tuần đòi hỏi độ tin cậy cao và tuổi thọ cao.

Trong các thiết bị y tế như máy quét CT và robot phẫu thuật, hoạt động yên tĩnh là điều cần thiết. Tiếng ồn thấp của cổ góp vát xoắn ốc là một lợi thế đáng kể so với thiết kế vát thẳng. Độ tin cậy là rất quan trọng vì thời gian ngừng hoạt động của thiết bị ảnh hưởng đến việc chăm sóc bệnh nhân.

Trong máy dệt, nhiều cọc sợi phải quay với tốc độ giống nhau để tạo ra sợi đồng đều. Một động cơ duy nhất dẫn động một trục truyền động có cổ góp cung cấp sự đồng bộ hóa cần thiết. Cổ góp phải hoạt động trong môi trường nhiều bụi bẩn, yêu cầu độ kín tốt.

12. Kết luận: Chọn cổ góp phù hợp cho ứng dụng của bạn

Bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc là một giải pháp đáng tin cậy đã được chứng minh để phân phối điện từ một đầu vào đến nhiều trục đầu ra. Việc lựa chọn cổ góp phù hợp phụ thuộc vào một số yếu tố.

Đối với các ứng dụng tốc độ cao trên 2000 vòng/phút, bánh răng côn xoắn ốc là rất cần thiết. Bánh răng côn thẳng tạo ra tiếng ồn và độ rung quá mức ở tốc độ cao. Đối với các ứng dụng tốc độ thấp dưới 1000 vòng/phút, bánh răng côn thẳng có thể được chấp nhận nếu chi phí là mối quan tâm chính.

Đối với các ứng dụng yêu cầu định vị chính xác, hãy chỉ định bộ chuyển đổi phản ứng ngược thấp. Phản ứng dữ dội tiêu chuẩn là 15 đến 30 phút cung. Cổ góp chính xác đạt được 5 đến 10 phút cung. Để có độ chính xác cao nhất, hãy tham khảo ý kiến ​​nhà sản xuất về các tùy chọn phản ứng ngược cực thấp.

Đối với các ứng dụng có chu kỳ làm việc liên tục, hãy chú ý đến hiệu quả và bôi trơn. Chất bôi trơn tổng hợp và làm mát thích hợp giúp kéo dài tuổi thọ linh kiện. Đối với chu kỳ làm việc không liên tục, chất bôi trơn tiêu chuẩn và làm mát tự nhiên thường là đủ.

Đối với môi trường khắc nghiệt, hãy chọn cổ góp có vỏ kín và lớp hoàn thiện chống ăn mòn. Nhôm anodized chống ăn mòn trong môi trường ẩm ướt. Gang có sơn thích hợp với môi trường khô ráo.

Đối với các ứng dụng yêu cầu đồng bộ hóa tốc độ chính xác giữa các đầu ra, cổ góp cung cấp khả năng đồng bộ hóa cơ học mà nhiều bộ truyền động độc lập không thể đạt được. Tỷ số truyền cố định đảm bảo rằng các đầu ra duy trì tốc độ tương đối chính xác vô thời hạn.

Bằng cách hiểu rõ những so sánh kỹ thuật và cân nhắc về thiết kế được trình bày trong bài viết này, các nhà thiết kế cơ khí và chuyên gia mua sắm có thể tự tin lựa chọn bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc thích hợp cho các yêu cầu ứng dụng cụ thể của họ.

5 câu hỏi thường gặp (FAQ)

Câu hỏi 1: Sự khác biệt giữa cổ góp bánh răng côn xoắn ốc và hộp số góc vuông là gì?
Trả lời: Hộp số góc vuông là thuật ngữ chung cho bất kỳ hộp số nào thay đổi hướng truyền lực 90 độ. Bộ chuyển đổi bánh răng côn xoắn ốc là một loại hộp số góc vuông cụ thể sử dụng bánh răng côn xoắn ốc và thường cung cấp nhiều trục đầu ra. Tên cổ góp nhấn mạnh khả năng truyền hoặc phân phối điện từ một đầu vào đến hai hoặc nhiều đầu ra, thường có cùng hướng hoặc quay ngược hướng.

Câu hỏi 2: Bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc có thể truyền động theo hướng ngược lại không?
A: Có, tùy thuộc vào cách sắp xếp thiết bị. Nếu hai bánh răng đầu ra đều nằm cùng phía với bánh răng đầu vào thì chúng quay cùng chiều. Nếu một bánh răng đầu ra ở một bên của bánh răng đầu vào và bánh răng đầu ra thứ hai ở phía đối diện thì các đầu ra sẽ quay theo hướng ngược nhau. Cổ góp dòng TD cung cấp cả cấu hình đầu ra cùng hướng và ngược chiều.

Câu 3: Tuổi thọ sử dụng điển hình của cổ góp bánh răng côn xoắn ốc là bao nhiêu?
Trả lời: Với khả năng bôi trơn và vận hành thích hợp trong phạm vi mô-men xoắn định mức, bộ chuyển mạch bánh răng côn xoắn ốc chất lượng sẽ kéo dài 15.000 đến 25.000 giờ hoạt động trước khi bánh răng bị mòn cần phải thay thế. Đối với hoạt động liên tục, điều này thể hiện từ 2 đến 3 năm. Đối với hoạt động không liên tục, tuổi thọ có thể từ 5 đến 10 năm hoặc hơn. Thay dầu thường xuyên và kiểm tra kéo dài tuổi thọ.

Câu hỏi 4: Làm cách nào để tính mô-men xoắn cần thiết ở mỗi đầu ra của cổ góp?
A: Mômen đầu vào nhân với tỷ số truyền bằng tổng mômen đầu ra trừ đi tổn thất. Nếu cả hai đầu ra giống hệt nhau và được tải như nhau thì mỗi đầu ra sẽ nhận được một nửa mômen đầu vào trừ đi một nửa tổn thất. Nếu các đầu ra được tải không đều, cổ góp vẫn truyền mô-men xoắn đến cả hai trục, nhưng đầu ra có tải thấp hơn có thể chạy nhanh hơn một chút do đặc tính tốc độ mô-men xoắn của tải cảm ứng.

Câu hỏi 5: Bộ chuyển đổi bánh răng côn xoắn ốc có thể được lắp theo chiều dọc không?
Trả lời: Có, có thể lắp theo chiều dọc, nhưng cần phải cân nhắc đặc biệt. Mức dầu phải được điều chỉnh để tránh cho các ổ trục và bánh răng phía dưới bị ngập quá sâu, gây ra hiện tượng mất khuấy và quá nhiệt. Các ổ trục trên có thể yêu cầu bôi trơn bổ sung, thông qua bộ trượt dầu hoặc tuần hoàn cưỡng bức. Hãy tham khảo ý kiến ​​của nhà sản xuất để biết bộ lắp đặt thẳng đứng bao gồm các vòng đệm cần thiết và các sửa đổi về bôi trơn.

Tài liệu tham khảo

1. Hiệp hội các nhà sản xuất bánh răng Mỹ (2019). AGMA 2008 Lắp ráp và kiểm tra bánh răng côn.
2. Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế. (2016). ISO 23509 Hình học bánh răng côn và hypoid.
3. Công ty TNHH Công nghệ Truyền dẫn Beituo (2024). Thông số kỹ thuật Bộ giảm tốc một đầu vào nhiều đầu ra TD Series.
4. Hiệp hội các nhà sản xuất bánh răng Mỹ (2017). AGMA ISO 10064 Sử dụng các quy trình mài và mài đặc biệt.
5. Ủy ban Tiêu chuẩn Công nghiệp Nhật Bản. (2018). Hộp số JIS B 1702 dành cho máy công nghiệp.
6. Công ty TNHH Công nghệ Truyền dẫn Beituo (2024). Thiết kế bánh răng côn xoắn ốc cho bộ chuyển mạch có độ ồn thấp.
7. Ủy ban kỹ thuật điện quốc tế. (2020). IEC 60034 Máy điện quay cho truyền động công nghiệp.
8. Công ty TNHH Công nghệ Truyền dẫn Beituo (2024). Hướng dẫn bôi trơn cho cổ góp góc phải.
9. Viện Tiêu chuẩn hóa Đức. (2019). Dung sai DIN 3965 cho hệ thống bánh răng côn.
10. Hiệp hội kỹ sư cơ khí Hoa Kỳ. (2020). ASME B15.1 Tiêu chuẩn an toàn cho thiết bị truyền tải điện cơ học.