Tầm Quan Trọng Của Khe Hở Bánh Răng: Vì Sao Hệ Thống Truyền Động Bánh Răng Phải Có Khe Hở?

Trong thiết kế và chế tạo các hệ thống truyền động bánh răng, độ rơ là một thông số kỹ thuật quan trọng. Nó đề cập đến khe hở nhỏ giữa các biên dạng răng của cặp bánh răng ăn khớp. Dù là bộ giảm tốc bánh răng hành tinh, bộ giảm tốc bánh vít - trục vít hay bộ giảm tốc bánh răng song song, tất cả các thiết bị truyền động bánh răng đều cần được thiết lập độ rơ phù hợp dựa trên điều kiện ứng dụng thực tế. Bài viết này sẽ phân tích hệ thống năm nguyên nhân cốt lõi gây ra độ rơ ở bánh răng và thảo luận về tác động cụ thể của nó đối với các loại bộ giảm tốc khác nhau.

1. Tính tất yếu vật lý do giãn nở nhiệt: ảnh hưởng của vật liệu và nhiệt độ

Trong quá trình hoạt động của bánh răng, ma sát và tải trọng sinh ra nhiệt, dẫn đến hiện tượng giãn nở nhiệt ở bánh răng và vỏ hộp. Các vật liệu khác nhau có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau; ví dụ, tỷ lệ giãn nở của vỏ hợp kim nhôm và bánh răng thép chênh lệch đáng kể. Do đó, sự thay đổi kích thước phải được tính đến trong giai đoạn thiết kế.

1.1 Phản ứng giãn nở trong điều kiện nhiệt độ cao

Trong các môi trường công nghiệp nhiệt độ cao hoặc các tình huống vận hành liên tục, nhiệt độ của bộ giảm tốc servo hoặc bộ giảm tốc động cơ điện có thể tăng lên đáng kể. Nếu áp dụng thiết kế không độ rơ (zero-backlash), các bánh răng sau khi giãn nở do nhiệt sẽ hoàn toàn mất không gian hoạt động, dẫn đến việc nén trực tiếp các bề mặt răng, ma sát tăng mạnh, và cuối cùng gây kẹt hoặc thậm chí hư hại bề mặt răng. Do đó, độ rơ là một yêu cầu vật lý cần thiết để đối phó với sự giãn nở nhiệt.

2. Điều kiện cần thiết cho bôi trơn: không gian cần thiết để hình thành màng dầu

Màng dầu bôi trơn giữa các bề mặt bánh răng đóng vai trò quan trọng trong việc cách ly tiếp xúc trực tiếp kim loại với kim loại, giảm mài mòn và tiếng ồn. Khe hở biên (side clearance) cung cấp không gian cần thiết để dầu bôi trơn đi vào vùng ăn khớp và hình thành màng dầu thủy động đủ dày.

2.1 Yêu cầu bôi trơn của các bộ giảm tốc khác nhau

Bộ giảm tốc góc vuông và bộ giảm tốc bánh răng côn có đường dẫn bôi trơn phức tạp do các trục bánh răng giao nhau, đòi hỏi phải tận dụng khoảng hở tạo ra bởi độ dơ để dẫn dầu bôi trơn phân bố đều trên toàn bộ bề mặt răng. Bộ giảm tốc kiểu lắp trục thường được sử dụng trong môi trường nhiều bụi, do đó thiết kế gioăng kín và độ dơ cần được xem xét đồng thời để ngăn rò rỉ dầu trong khi vẫn đảm bảo bôi trơn nội bộ đầy đủ.

3. Yêu cầu kỹ thuật đối với lắp ráp và bảo trì: tính khả thi và tuổi thọ phục vụ

Các hệ thống bánh răng yêu cầu lắp ráp tại chỗ, kiểm tra định kỳ và bảo trì. Thiết kế không có độ dơ khiến việc lắp ráp trở nên cực kỳ khó khăn, đôi khi cần đến các công cụ chuyên dụng và môi trường lắp ráp được kiểm soát nhiệt độ chính xác, làm tăng đáng kể chi phí lắp đặt và bảo trì.

3.1 Các yếu tố thực tế cần cân nhắc trong quá trình lắp ráp

Đối với các bộ giảm tốc gắn trên trục hoặc các bộ giảm tốc nhỏ, không gian lắp đặt thường bị hạn chế, và vị trí tương đối giữa các bánh răng có thể cần được điều chỉnh trong quá trình lắp ráp. Khe hở hợp lý cho phép các bánh răng "dịch chuyển" nhẹ, tạo thuận lợi cho việc căn chỉnh và lắp đặt trong điều kiện thực tế mà không yêu cầu độ chính xác lắp ráp cực kỳ cao.

3.2 Sự thuận tiện trong bảo trì và tra bôi trơn lại

Các hệ thống bánh răng có thể cần được tháo rời để kiểm tra, thay thế bánh răng hoặc bổ sung bôi trơn trong suốt thời gian sử dụng. Việc tồn tại khe hở làm cho việc tháo và lắp lại trở nên khả thi hơn. Ví dụ, khi bảo trì các bộ giảm tốc trục vít - bánh vít hoặc các bộ giảm tốc bánh răng côn, kỹ thuật viên có thể dễ dàng tách các bộ phận ăn khớp ra để kiểm tra hoặc thay thế mà không làm hư hại bề mặt răng do siết quá chặt.

4. Các lưu ý cụ thể về khe hở ở các loại bộ giảm tốc khác nhau

4.1 W bộ giảm tốc trục vít - bánh vít

Do đặc điểm ăn khớp trượt của chúng, các bộ giảm tốc bánh vít tạo ra lượng nhiệt đáng kể trong quá trình vận hành, và trục vít dễ bị biến dạng cong. Khe hở của chúng thường lớn hơn so với các loại giảm tốc khác để đồng thời đáp ứng giãn nở nhiệt, yêu cầu bôi trơn và biến dạng đàn hồi. Ở các bộ giảm tốc bánh vít góc vuông dùng cho truyền động lái không gian, biến dạng xoắn của vỏ dưới tải cũng cần được xem xét liên quan đến việc giảm khe hở.

4.2 bộ giảm tốc bánh răng song song và bộ giảm tốc bánh răng nối tiếp

Các bộ giảm tốc bánh răng song song và bộ giảm tốc bánh răng nối tiếp có các trục bánh răng song song, khiến chúng tương đối đơn giản trong sản xuất và lắp ráp. Khe hở của chúng chủ yếu xem xét sự tăng nhiệt độ, biến dạng tải và yêu cầu bôi trơn. Trong các ứng dụng bộ giảm tốc biến tốc, khe hở cũng phải phù hợp với đặc tính động học của cơ cấu thay đổi tốc độ để tránh va chạm hoặc rung động.

Khe hở bên là nghệ thuật của kỹ thuật hệ thống

Việc thiết lập độ rơ bánh răng không phải là một thông số riêng lẻ, mà là sự phản ánh tổng hợp của khoa học vật liệu, nhiệt động lực học, cơ học chất lỏng, chế tạo cơ khí và kỹ thuật ứng dụng. Từ các bộ giảm tốc bánh vít đến các bộ giảm tốc bánh răng hành tinh, từ các bộ giảm tốc góc vuông đến các bộ giảm tốc gắn trục, mỗi loại bộ giảm tốc đều yêu cầu một giá trị độ rơ được tùy chỉnh dựa trên môi trường làm việc cụ thể, đặc tính tải, yêu cầu độ chính xác và tuổi thọ phục vụ.