Backlash là một yếu tố cực kỳ quan trọng trong ngành cơ khí đặc biệt là cơ khí chính xác. Chỉ số này ảnh hưởng trục tiếp đến độ chính xác của bộ truyền động và chất lượng sản phẩm đầu ra. Vậy thì backlash là gì? Các tác động của backlash đến hộp số giảm tốc như thế nào? Bài viết dưới đây của Nam Phương Việt sẽ giúp bạn làm rõ các vấn đề này.
Backlash nghĩa là gì?
Trong lĩnh vực cơ khí, thuật ngữ backlash được hiểu là độ rơ hoặc khoảng hở giữa hai bánh răng ăn khớp với nhau.
Backlash là một yếu tố khó tránh khỏi trong bất kỳ truyền động bánh răng nào và cần được kiểm soát cẩn thận, bởi nếu độ rơ quá lớn, nó có thể làm giảm độ chính xác của các truyền động của giảm tuổi thọ của hệ thống.
Bạn có thể nhận thấy backlash trong các hệ thống truyền động cơ học như hộp số giảm tốc, trục vít, ổ bi, bộ truyền van và các khớp nối trên đường sắt.
Tùy theo ứng dụng cụ thể mà độ rơ có thể là yếu tố được mong muốn có hoặc không mong muốn. Về mặt lý thuyết, độ rơ bằng 0 là lý tưởng, tuy nhiên trong quá trình chế tạo cơ khí thực tế, cần xét đến các yếu tố khác như: khoảng hở cho phép để bôi trơn, dung sai sản xuất, độ lệch dưới tải và giãn nở nhiệt.
Các nguyên nhân gây ra Backlash
Backlash xuất hiện do nhiều nguyên nhân, thường liên quan đến quá trình thiết kế, lắp đặt và sự hao mòn tự nhiên của các bánh răng. Ngoài ra, độ rơ cũng liên quan đến các lỗi về mặt cắt, bước răng, độ dày răng, góc xoắn ốc và khoảng cách tâm, và độ lệch tâm.
Các nguyên nhân chính gây ra backlash bao gồm:
- Độ hở giữa các bánh răng.
- Sự hao mòn tự nhiên của các bộ phận cơ khí như bánh răng, trục vít hoặc các bộ phận khác.
- Quá trình lắp ráp các bánh răng không được thực hiện chính xác hoặc không đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc tế.
- Sự giãn nở tự nhiên do nhiệt độ gây ra trong quá trình truyền động
- Vật liệu dùng để chế tạo bánh răng là loại kém chất lượng hoặc không phù hợp
- Thiết kế không tối ưu hoặc không đảm bảo dung sai cần thiết.
Các nguyên nhân này nếu không được kiểm soát cẩn thận sẽ gây nên các tác động bất lợi đến hệ thống truyền động.
Các tác động của backlash đến bộ truyền động
Backlash vừa có ảnh hưởng tích cực vừa có những ảnh hưởng tiêu cực đến hệ thống truyền động. Cụ thể:
Tác động tích cực:
- Ngăn ngừa tình trạng kẹt bánh răng do dung sai sản xuất hoặc giãn nở nhiệt
- Giúp các loại mỡ bôi trơn có không gian hoạt động, đảm bảo các bánh răng hoạt động trơn tru và không bị ma sát quá mức
- Một hệ thống có độ rơ phù hợp sẽ giúp giảm sự mài mòn các bánh răng, bằng việc giảm sự tiếp xúc liên tục giữa các răng.
Tác động tiêu cực:
- Backlash làm giảm độ chính xác và tăng sai lệch vị trí, gây ra hiện tượng rung hoặc giật cục.
- Đối với các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác cao như máy CNC hoặc robot, độ rơ cao có thể gây ra lỗi về vị trí do sự chậm trễ trong việc khớp bánh răng.
- Backlash làm cho năng lượng bị tiêu tán 1 phần qua các khoảng hở, làm giảm công suất truyền tải và hiệu suất hoạt động của hệ thống.
- Một hộp số giảm tốc có backlash lớn thường hoạt động ồn hơn loại có backlash thấp. Vì sự va chạm không đồng đều giữa các bánh răng.
- Độ rơ lớn còn làm tăng tốc độ hao mòn của các bộ phận, do lực tác động lên các bộ phận không được phân bổ đồng đều.
- Giảm độ tin cậy và ổn định của hệ thống, hệ thống dễ bị gặp sự cố, làm gián đoạn quá trình sản xuất.
Vì vậy nên cần chọn các loại hộp số giảm tốc có độ rơ thấp hoặc lựa chọn theo yêu cầu của ứng dụng để đảm bảo hiệu suất tốt nhất.
Cách đo lường Backlash
Hiện nay có khá nhiều phương pháp để bạn xác định backlash của hộp số giảm tốc. Bao gồm:
Dùng đồng hồ so (Dial Indicator)
- Gắn một đầu của đồng hồ so vào một bánh răng hoặc bộ phận quay trong hệ thống.
- Giữ cố định bánh răng thứ hai hoặc bộ phận đối xứng của hệ thống.
- Xoay nhẹ bánh răng hoặc bộ phận đầu tiên để tạo ra chuyển động tự do cho đến khi bánh răng khớp hoàn toàn với bộ phận còn lại.
- Đọc kết quả hiển thị trên đồng hồ so
Dùng cặp bánh răng mẫu (Master Gear)
- Cặp bánh răng mẫu có các tiêu chuẩn đo lường chính xác được đưa vào khớp với bộ truyền động cần đo.
- Tiến hành quay bánh răng mẫu nhẹ nhàng để kiểm tra độ rơ và xác định khoảng cách giữa các răng.
- Xác định độ lớn của backlash thông qua độ lệch giữa các răng khi bánh răng đổi chiều quay.
Dùng hệ thống đo lường tự động (CNC hoặc thiết bị chuyên dụng)
- Một số hệ thống CNC hiện đại hoặc các máy móc chuyên dụng có khả năng đo lường backlash tự động thông qua các cảm biến vị trí.
- Hệ thống sẽ chạy kiểm tra độ lệch của các bánh răng khi thay đổi hướng di chuyển và báo cáo trực tiếp giá trị backlash.
Dùng thiết bị đo laze
- Sử dụng tia lazer để phản chiếu qua các bộ phận di chuyển và đo chính xác khoảng cách thay đổi giữa các bánh răng khi có sự thay đổi chiều quay. Từ đó, tính toán được độ lớn của backlash.
- Phương pháp này đạt độ chính xác đến micro, tuy nhiên chi phí cao.
Phương pháp giảm thiểu Backlash
Backlash hay độ rơ là một đặc tính cố hữu của bộ truyền động bánh răng, nhưng có nhiều phương pháp mà bạn có thể thực hiện để giảm thiểu nó. Dưới đây là các phương pháp phổ biến được áp dụng:
Cách 1: Sử dụng bánh răng có độ dày răng mỏng hơn và độ lệch tâm thấp
Cách 2: Sử dụng bánh răng cho phép điều chỉnh độ rơ:
- Giảm độ rơ bằng cách điều chỉnh khoảng cách tâm
- Giảm độ rơ bằng cách rút ngắn khoảng cách lắp của bánh răng thông qua việc điều chỉnh các miếng đệm.
- Tách bánh răng thành 2 phần và tiến hành điều chỉnh mối quan hệ pha giữa vị trí răng của từng phần để tạo độ rơ thấp.
Cách 3: Sử dụng bánh răng được gia công với dung sai nhỏ như bánh răng hành tinh.
Cách 4: Sử dụng cơ cấu tiền tải
- Cách này ứng dụng lực căng hoặc lực nén vào hệ thống để giữ các bộ phận luôn ăn khớp chặt với nhau, ngay cả khi thay đổi chiều chuyển động. Ví dụ như sử dụng lò xo để duy trì áp lực giữa các bánh răng.
Các phương pháp này sẽ giúp bạn cải thiện độ chính xác và hiệu suất của hệ thống truyền động.
Ví dụ thực tế về backlash trong các ứng dụng khác nhau
Ví dụ 1: Backlash trong máy CNC
- Thường xuất hiện khi chuyển động của trục vít me-bi dẫn đến việc không ăn khớp hoàn toàn giữa vít và bánh răng.
- Tác động: Gây sai số kích thước các chi tiết, ảnh hưởng chất lượng bề mặt sản phẩm
Ví dụ 2: Backlash trong hệ thống robot công nghiệp
- Thường xuất hiện giữa các khớp quay hoặc các bộ truyền bánh răng.
- Tác động: Gây ra lỗi vị trí, khiến robot không thể thực hiện các thao tác chính xác theo yêu cầu.
Ví dụ 3: Backlash trong hộp số ô tô
- Thường xảy ra giữa các bánh răng trong hộp số khi chuyển từ một bánh răng này sang bánh răng khác.
- Tác động: Gây ra hiện tượng giật cục khi lái xe, trải nghiệm lái xe không mượt mà.
Ví dụ 4: Backlash trong hệ thống servo
- Backlash có thể gây ra sự rơ trong hệ thống khi chuyển động ngược chiều.
- Tăng thời gian phản hồi, gây ra hiện tượng quá độ hoặc dao động khi điều chỉnh vị trí.
Câu hỏi thường gặp (FAQ)
Backlash khác với clearance như thế nào?
- Backlash là hiện tượng không mong muốn trong các hệ thống truyền động, xảy ra khi có khoảng hở giữa các bộ phận khi chúng đổi hướng chuyển động, gây ra độ rơ và ảnh hưởng đến độ chính xác.
- Clearance là khoảng hở có chủ đích giữa các bộ phận cơ khí để đảm bảo chúng không bị va chạm hay mài mòn, cần thiết để hệ thống hoạt động trơn tru.
Có thể loại bỏ hoàn toàn backlash không?
Việc loại bỏ hoàn toàn backlash là rất khó và thường không khả thi trong thực tế, do các yếu tố kỹ thuật và vật lý của các bộ phận cơ khí. Tuy nhiên, có thể giảm thiểu đáng kể backlash để đạt được độ chính xác cao nhất trong các hệ thống truyền động.
Có các tiêu chuẩn quốc tế nào để đo lường backlash không?
Khi xác định backlash, người ta thường tham khảo 2 tiêu chuẩn JIS, bao gồm:
- Tiêu chuẩn JIS B 1703-76 cho bánh răng thẳng và bánh răng xoắn
- Tiêu chuẩn JIS B 1705-73 cho bánh răng côn
Ngoài ra cũng có một số tiêu chuẩn khác như ISO 1328, DIN 3967, ANSI/AGMA 2015, ISO 21771.
Các tiêu chuẩn quốc tế này đảm bảo các sản phẩm cơ khí đáp ứng các yêu cầu về độ chính xác và độ tin cậy cao.
Bạn vừa cũng Nam Phương Việt tìm hiểu backlash là gì? Và các khía cạnh xung quanh độ rơ, bao gồm nguyên nhân gây ra, các tác động cả có ích và bất lợi, cách giảm thiểu độ rơ,… Hy vọng sau khi đọc qua bài viết này, bạn sẽ hiểu rõ hơn về ý nghĩa độ rơ của hộp số giảm tốc.