Hộp số đa cấp là gì? Khi nào sử dụng hộp số đa cấp

Hộp số thường được sử dụng trong các ứng dụng điều khiển motion để thay đổi tốc độ đầu ra và mô-men xoắn từ động cơ sang thành phần dẫn động.

Bằng cách sử dụng một bánh răng nhỏ hơn có ít răng hơn để dẫn động một bánh răng lớn hơn có số răng cao hơn, mômen truyền cho tải được tăng lên trong khi tốc độ quay của tải giảm.

Trong các hộp số sử dụng bánh răng côn, bánh răng xoắn hoặc bánh răng nghiêng, tỷ số truyền số lượng mô-men xoắn và giảm tốc độ đơn giản là tỷ số giữa số răng trên bánh răng bị dẫn động (lớn hơn) với số răng trên bộ truyền động (nhỏ hơn hoặc bánh răng) bánh răng dẫn.

Về lý thuyết, bất kỳ tỷ số truyền nào cũng có thể đạt được bằng cách điều chỉnh số răng trên bánh răng dẫn động và bị dẫn, nhưng trong hoạt động thực tế, tỷ số truyền cao gây ra những thách thức về thiết kế chẳng hạn như nhu cầu về một bánh răng rất nhỏ (bánh răng dẫn động), ứng suất trên răng bánh răng cao, và khả năng truyền mômen xoắn bị hạn chế. May mắn thay cho các nhà thiết kế máy, những thách thức này có thể được giải quyết dễ dàng với hộp số đa cấp.

Việc tính toán tỷ số truyền cho hộp số hành tinh một cấp phụ thuộc vào bánh răng nào là thành phần dẫn động, đứng yên và đầu ra. Trong hầu hết các hộp số hành tinh được sử dụng trong điều khiển chuyển động, bánh răng trung tâm là bánh răng dẫn động, bánh răng bao đứng yên và cần dẫn dẫn động trục ra. 

Đối với cấu hình này, tỷ số truyền (ip) bằng một cộng với tỷ số giữa răng bánh răng vòng (Zr) và răng bánh răng trung tâm(Zs), hoặc ip = 1 + Zr / Zs.

Hộp số nhiều cấp chỉ đơn giản là kết hợp hai hoặc nhiều cặp hoặc nhiều cấp bánh răng, với đầu ra của một cấp được kết nối với đầu vào của cấp tiếp theo. Tỷ số truyền kết quả là tích số của các tỷ số truyền của từng giai đoạn. 

https://www.youtube.com/watch?v=giAtR1LsjmA

Ví dụ, hộp số hai cấp bao gồm một cấp có tỷ số truyền 5: 1 và cấp thứ hai với tỷ số truyền 3: 1 cung cấp tỷ số đầu ra là 15: 1 (5 x 3), do đó, mô-men xoắn chuyển đến tải cao hơn 15 lần mômen do động cơ cung cấp không bao gồm tổn thất truyền và tốc độ truyền cho tải bằng 1/15 tốc độ của động cơ.

Không giống như hộp số nhiều giai đoạn bao gồm các bánh răng song song, hộp số hành tinh nhiều giai đoạn, như trong video này của Neugart, bao gồm các giai đoạn được kết nối đồng tâm, tạo cho chúng một diện tích nhỏ gọn hơn so với thiết kế song song khi cần tỷ lệ giảm rất cao. 

Có thể tìm thấy tổng hiệu suất của hộp số nhiều giai đoạn (hoặc một ước tính phù hợp) bằng cách nhân hiệu suất của từng giai đoạn. Và điều quan trọng cần lưu ý là mỗi giai đoạn đảo ngược hướng quay giữa đầu vào và đầu ra ngoại trừ giai đoạn hành tinh, trong đó hướng quay được duy trì giữa đầu vào và đầu ra.

Đối với hầu hết các hộp số một cấp, hướng quay của trục đầu vào và đầu ra là ngược nhau, trong khi đối với hộp số hai cấp, sự thay đổi hướng bổ sung của giai đoạn thứ hai sẽ đặt chiều quay của trục đầu ra giống với trục đầu vào, như hình minh họa trong hình minh họa bên dưới.

Mặc dù hiệu suất bị giảm, nhưng hộp số đa cấp tạo tỷ số truyền cao hơn mức có thể đạt được so với hầu hết các thiết kế cặp bánh răng một cấp.

Và chúng làm như vậy trong một gói nhỏ gọn có thể được tối ưu hóa để đạt được sự kết hợp tốt nhất giữa khả năng truyền mô-men xoắn, quán tính thấp và hiệu quả cao.

Bánh răng Worm cung cấp tỷ lệ rất cao trong một giai đoạn - lên đến 60: 1 hoặc cao hơn trong một số trường hợp - mà không có sự phức tạp của nhiều bánh răng, mặc dù hiệu quả của chúng có xu hướng thấp hơn so với thiết kế nhiều giai đoạn.

>>> Mời anh em xem thêm:

• Dòng điện xoáy là gì?
• Inductive encoders là gì? nó khác biệt như thế nào với resolvers and LVDTs
• Double-and triple-stack hybrid trong động cơ bước là gì?