Hộp Số Giảm Tốc Hành Tinh Là Gì? Cấu Tạo, Nguyên Lý

Hộp số giảm tốc hành tinh là một trong những loại hộp số được ưa chuộng nhất hiện nay trong các ứng dụng truyền động, tự động hóa. Không chỉ bởi hiệu suất truyền động cao, tỷ số truyền đa dạng, mà còn bởi độ bền vượt trội và giá thành hợp lý.

Nội dung bài viết:

Hộp số hành tinh là gì?

Hộp số hành tinh là một loại cơ cấu truyền động đặc biệt được thiết kế để giảm tốc độ quay của một trục và tăng mô-men xoắn. Cơ cấu này bao gồm một hoặc nhiều bánh răng hành tinh quay quanh một bánh răng trung tâm, một vành răng ăn khớp bên ngoài và giá đỡ các bánh răng hành tinh.

Hiện nay có 2 loại hộp số giảm tốc hành tinh chính:

Hộp số hành tinh đơn cấp: Bao gồm 1 bánh răng mặt trời, các bánh răng hành tinh, vành răng và giá đỡ.
Hộp số hành tinh nhiều cấp: Thường là phức hợp của 1 hoặc cả 3 loại cấu trúc sau đây:

Cấu trúc hành tinh ăn khớp: Cấu trúc này có ít nhất 2 hành tinh ăn khớp với nhau trong một chuỗi hành tinh.
Cấu trúc hành tinh bậc thang hay đồng trục: Có một kết nối trục giữa hai hành tinh trong chuỗi hành tinh.
Cấu trúc hành tinh phân tầng: Cấu trúc này thường chứa ít nhất 2 bộ bánh răng hành tinh trở lên.

So với hộp số hành tinh đơn cấp, hộp số giảm tốc hành tinh đa cấp có tỷ số giảm tốc lớn hơn, tỷ số mô-men xoắn trên trọng lượng cao hơn và cấu hình linh hoạt hơn.

Dù vậy cả 2 loại hộp số giảm tốc hành tinh này vẫn có một điểm chung là trục của tất cả các bánh răng thường song song với nhau.

=> Xem thêm: Các loại bánh răng hộp giảm tốc hiện nay

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động hộp số giảm tốc hành tinh

Một hộp số giảm tốc hành tinh cơ bản bao gồm các thành phần chính sau đây:

Bánh răng mặt trời (sun gear): Là bánh răng trung tâm, được gắn cố định hoặc quay.
Bánh răng hành tinh (planet gears): Các bánh răng nhỏ hơn quay quanh bánh răng mặt trời.
Vành răng (ring gear): Bánh răng có đường kính lớn nhất, bao quanh các bánh răng hành tinh.
Giá đỡ hành tinh (Carrier): Là bộ phận giữ các bánh răng hành tinh và quay cùng với chúng.
Các bộ phận khác: Vòng bi, gioăng làm kín, vòng đệm, ốc vít,…

Nguyên lý hoạt động của hộp giảm tốc hành tinh:

Nguyên lý hoạt động của hộp số hành tinh dựa trên sự kết hợp giữa các bánh răng để tạo ra tỉ số truyền động khác nhau. Khi trục đầu vào quay, bánh răng mặt trời quay theo và truyền lực tới các bánh răng hành tinh. Những bánh răng này tiếp tục quay quanh trục của chúng và đồng thời quay xung quanh bánh răng mặt trời, dẫn đến việc truyền động tới trục đầu ra. Sự kết hợp chuyển động phức tạp này tạo ra hiệu ứng giảm tốc đáng kể. Tùy thuộc vào cách cố định hoặc cho phép quay của các thành phần, ta có thể đạt được các tỷ số truyền khác nhau.

Ưu điểm của hộp số giảm tốc hành tinh

Hộp số giảm tốc hành tinh được ưa chuộng rộng rãi trong nhiều ứng dụng nhờ vào những ưu điểm vượt trội như:

Tỷ số truyền rất lớn trong một cấu trúc nhỏ gọn.
Mô-men xoắn đầu ra cao và khả năng chịu tải lớn nhờ phân bố tải trọng đều lên cách bánh răng hành tinh.
Hiệu suất truyền động của hộp số hành tinh cao, khoảng 97% năng lượng đầu vào được truyền qua hộp số thay vì bị lãng phí vào các tổn thất cơ học.
Hoạt động ổn định: Momen xoắn tác dụng lực theo hướng xuyên tâm lên các bánh răng hành tinh mà không tạo các lực ngang lên răng của bánh răng.
Các bộ phận vỏ và ổ trục có tuổi thọ cao vì: chỉ có ổ trục hành tinh chịu lực ngang đáng kể từ việc truyền mô-men xoắn; lực hướng tâm đối lập với nhau và cân bằng; lực dọc chỉ phát sinh khi sử dụng bánh răng xoắn.

Nhược điểm của hộp số giảm tốc hành tinh

Mặc dù có nhiều ưu điểm vượt trội, song hộp số giảm tốc hành tinh cũng có các khuyết điểm nhất định. Chẳng hạn như:

Giá thành cao do cấu trúc phức tạp và yêu cầu về độ chính xác cao trong gia công và lắp ráp.
Độ phức tạp trong thiết kế và sản xuất
Khó khăn trong việc bảo trì và sửa chữa
Yêu cầu bôi trơn liên tục để giảm ma sát và tổn thất năng lượng
Độ ồn làm việc tương đối lớn, từ 60 ~ 75 dB

Dầu vậy, hộp số hành tinh vẫn là một giải pháp hiệu quả cho nhiều ứng dụng.

Tỷ số truyền hộp giảm tốc bánh răng hành tinh

Tỷ số truyền của hộp giảm tốc bánh răng hành tinh được tính dựa trên sự kết hợp giữa các bánh răng trong hệ thống, bao gồm bánh răng mặt trời (sun gear), bánh răng hành tinh (planet gear), và vòng răng (ring gear).

Bằng cách chọn giữ cố định một thành phần bất kỳ (bánh răng mặt trời, giá đỡ hành tinh, vành răng), có thể tạo ra ba tỷ số truyền khác nhau.

Công thức tính tỷ số truyền của hộp số hành tinh phụ thuộc vào cấu hình cụ thể, nhưng công thức phổ biến nhất là:

i = 1+ Z_s/Z_r

Trong đó:

i: Tỷ số truyền

𝑍_𝑟: Số răng của vòng răng (Ring Gear)

𝑍_𝑠: Số răng của bánh răng mặt trời (Sun Gear)

Một số ví dụ tỷ số truyền thông dụng: Nếu số răng của vòng răng 𝑍_𝑟 = 60 và số răng của bánh răng mặt trời 𝑍_𝑠 = 20, thì:

i = 1 + 60/20 = 4

Nghĩa là tỷ số truyền bằng 4, trục đầu ra sẽ quay chậm hơn trục đầu vào 4 lần, nhưng mô-men xoắn tăng lên.

Tỷ số truyền của hộp số hành tinh cao hay thấp phụ thuộc vào thiết kế và số tầng (stages) của hệ thống. Khi tỷ số truyền tăng, tốc độ trục đầu ra sẽ giảm, nhưng mô-men xoắn (sức mạnh) tăng lên.

=> Xem thêm: Tỷ số truyền hộp giảm tốc là gì?