Nếu bạn đang lựa chọn hoặc thay thế một động cơ giảm tốc, tỷ số truyền thường là thông số kỹ thuật đầu tiên bạn cần xác định. Thông số này quyết định tốc độ quay của trục ra, mô-men xoắn mà máy nhận được, và liệu hệ thống truyền động có phù hợp với ứng dụng của bạn hay không. Tin vui là cách tính rất đơn giản: chỉ cần đếm số răng trên hai bánh răng, hoặc so sánh tốc độ của động cơ với tốc độ đầu ra mà bạn cần. Trong hướng dẫn này, bạn sẽ tìm hiểu công thức tính tỷ số truyền cho động cơ giảm tốc bằng bánh răng, cách thực hiện các phép tính, cách hộp số nhiều cấp nhân tỷ số truyền, và cách tránh những sai lầm thường dẫn đến việc chọn sai động cơ.
Động cơ giảm tốc là loại động cơ điện được kết hợp với hộp số nhằm giảm tốc độ đầu ra và tăng mô-men xoắn đầu ra. Tỷ số truyền là con số thể hiện số vòng quay mà động cơ (đầu vào) thực hiện cho mỗi vòng quay của trục đầu ra. Tỷ số 10:1 có nghĩa là động cơ quay mười vòng trong khi trục đầu ra quay một vòng.
Tóm lại, tỷ số truyền của động cơ giảm tốc được tính bằng cách chia số răng trên bánh răng bị dẫn động cho số răng trên bánh răng dẫn động. Khi không có số răng, bạn có thể thu được kết quả tương tự bằng cách chia tốc độ đầu vào của động cơ cho tốc độ đầu ra yêu cầu.
Cách trực tiếp nhất để tính tỷ số truyền là đếm số răng trên hai bánh răng cắn vào nhau. Công thức như sau:
Tỷ số truyền = Số răng của bánh răng bị truyền động ÷ Số răng của bánh răng truyền độngTrước khi chia, hãy xác định rõ từng bánh răng là cái nào:
Vì động cơ giảm tốc có chức năng làm chậm tốc độ, nên bánh răng bị dẫn động thường có số răng nhiều hơn bánh răng dẫn động, do đó tỷ số truyền sẽ lớn hơn 1:1. Các tỷ số truyền lớn hơn 1:1 được gọi là giảm tốc; các tỷ số truyền nhỏ hơn 1:1 được gọi là tăng tốc, điều này hiếm khi xảy ra trong các động cơ bánh răng.
Ví dụ minh họa. Giả sử một bánh răng nhỏ có 13 răng trên trục động cơ truyền động cho một bánh răng có 65 răng trên trục ra. Tỷ số truyền là:
65 ÷ 13 = 5Tỷ số truyền là 5:1. Động cơ quay năm vòng cho mỗi vòng quay của trục ra, do đó, một động cơ có tốc độ 1.500 vòng/phút sẽ tạo ra tốc độ khoảng 300 vòng/phút ở đầu ra.
Bạn cũng có thể sử dụng đường kính bước răng thay vì số răng khi các bánh răng có cùng mô-đun hoặc bước răng. Do số răng tỷ lệ thuận với đường kính bước răng ở các bánh răng tiêu chuẩn, nên tỷ số sẽ giống nhau dù dùng cách nào. Trên thực tế, đếm số răng vẫn là phương pháp đáng tin cậy nhất.
Đôi khi bạn không thể mở hộp số để đếm số răng, hoặc bạn đã biết các tốc độ mà mình đang sử dụng. Trong trường hợp đó, hãy tính tỷ số truyền dựa trên tốc độ đầu vào và đầu ra:
Tỷ số truyền = Tốc độ đầu vào của động cơ (rpm) ÷ Tốc độ đầu ra yêu cầu (rpm)Ví dụ minh họa. Động cơ của bạn chạy ở tốc độ 1.500 vòng/phút và băng tải cần di chuyển với tốc độ 300 vòng/phút. Tỷ số cần thiết là:
1.500 ÷ 300 = 5Ứng dụng này cần tỷ số truyền 5:1. Sau đó, bạn có thể kiểm tra xem động cơ giảm tốc tiêu chuẩn có cung cấp tỷ số truyền gần với yêu cầu hay không, đồng thời lưu ý rằng tốc độ đầu ra khi chịu tải sẽ thấp hơn một chút so với giá trị lý thuyết.
Phương pháp tính tốc độ này rất hữu ích vì nó bắt đầu từ hai con số mà bạn thực sự biết: tốc độ định mức của động cơ và tốc độ mong muốn của máy. Hầu hết các bảng thông số kỹ thuật của động cơ bánh răng đều liệt kê tốc độ định mức của động cơ và tốc độ đầu ra cho từng tỷ số truyền, do đó bạn có thể nhanh chóng xác nhận xem tỷ số truyền có khớp với tỷ số ghi trên nhãn hiệu hay không.
Tỷ số truyền không chỉ liên quan đến tốc độ. Nó còn làm tăng mô-men xoắn theo hướng ngược lại. Có hai quy tắc đơn giản mô tả hiện tượng này:
Vì vậy, với cùng một động cơ, tỷ số truyền cao hơn sẽ cho ra mô-men xoắn lớn hơn nhưng tốc độ chậm hơn, trong khi tỷ số truyền thấp hơn sẽ cho ra mô-men xoắn nhỏ hơn nhưng tốc độ nhanh hơn. Đây chính là lý do tại sao bạn không nên chọn tỷ số truyền chỉ để đạt được mục tiêu về tốc độ; bạn cũng cần đảm bảo rằng mô-men xoắn thu được phải đáp ứng được yêu cầu tải.
Hiệu suất là yếu tố quan trọng trong việc tính toán mô-men xoắn. Một hộp số thực tế không bao giờ đạt hiệu suất 100% do ma sát, khe hở và nhiệt. Hầu hết các hộp số bánh răng thẳng và bánh răng xoắn nhỏ có hiệu suất nằm trong khoảng từ 90% đến 98%, trong khi các hộp số trục vít và hộp số góc vuông có hiệu suất thấp hơn, thường từ 50% đến 85% tùy thuộc vào tỷ số truyền và hệ thống bôi trơn. Khi có nghi ngờ, hãy áp dụng một giá trị hiệu suất thận trọng và sau đó xác nhận lại với nhà cung cấp động cơ. Để hiểu cách động cơ và hộp số chuyển đổi điện năng đầu vào thành công suất đầu ra có tốc độ thấp hơn nhưng mô-men xoắn cao hơn, hãy đọc Cách hoạt động của động cơ giảm tốc.
| Tỷ số truyền | Tốc độ đầu ra khi tốc độ đầu vào là 1.500 vòng/phút | Hệ số nhân mô-men xoắn (với hiệu suất 95%) |
|---|---|---|
| 5:1 | 300 vòng/phút | × 4,75 |
| 10:1 | 150 vòng/phút | × 9,5 |
| 20:1 | 75 vòng/phút | × 19 |
| 50:1 | 30 vòng/phút | × 47,5 |
Các số liệu mô-men xoắn nêu trên chỉ là các hệ số nhân đơn giản, không phải là các giá trị được đảm bảo cho mọi động cơ. Luôn kiểm tra lại mô-men xoắn định mức của động cơ giảm tốc cụ thể đó so với tải của bạn, bao gồm cả tải khởi động và tải đỉnh.
Nhiều động cơ giảm tốc sử dụng nhiều hơn một bộ bánh răng để đạt được tỷ số truyền cao trong một vỏ máy nhỏ gọn. Trong hộp số nhiều cấp, mỗi cặp bánh răng ăn khớp với nhau được coi là một cấp, và tỷ số truyền tổng cộng là tích của các cấp đó:
Tỷ lệ tổng = tỷ lệ của giai đoạn 1 × tỷ lệ của giai đoạn 2 × tỷ lệ của giai đoạn 3 ...Ví dụ minh họa. Hộp số hai cấp có cấp số đầu tiên là 3:1 và cấp số thứ hai là 4:1. Tỷ số truyền tổng cộng là:
3 × 4 = 12Tỷ số truyền tổng thể là 12:1, do đó một động cơ có tốc độ 1.440 vòng/phút sẽ cung cấp khoảng 120 vòng/phút ở đầu ra. Thiết kế nhiều cấp chính là yếu tố giúp các hộp số nhỏ gọn đạt được các tỷ số truyền 50:1, 100:1 hoặc cao hơn mà không cần sử dụng bánh răng có kích thước quá lớn, không thực tế. Động cơ giảm tốc góc vuông thường kết hợp một cấp bánh răng thẳng hoặc bánh răng xoắn ốc với một cấp bánh răng trục vít hoặc bánh răng côn, và quy tắc nhân tỷ số này cũng được áp dụng tương tự.
Để tổng hợp các phép tính lại, dưới đây là một ví dụ minh họa đầy đủ.
Quy trình bốn bước này cũng chính là quy trình được áp dụng khi xác định thông số kỹ thuật cho hầu hết các động cơ giảm tốc cỡ nhỏ: xác định tỷ số truyền dựa trên tốc độ, sau đó kiểm tra mô-men xoắn, rồi chọn một sản phẩm tiêu chuẩn phù hợp. Để tìm hiểu chi tiết hơn về các yếu tố lựa chọn khác, hãy đọc Cách chọn động cơ giảm tốc bánh răng cỡ nhỏ.
Các phép tính về tỷ số truyền rất đơn giản, nhưng vẫn có một số lỗi thường xuyên lặp lại:
Nếu bạn không chắc chắn về cấu tạo của hộp số hoặc số cấp của nó, cách an toàn nhất là xác nhận tỷ số giảm tốc với nhà sản xuất thay vì phỏng đoán dựa trên hình ảnh hoặc mã sản phẩm.
Tỷ số truyền 5:1 có nghĩa là động cơ hoặc bánh răng đầu vào quay năm vòng cho mỗi vòng quay của bánh răng đầu ra. Tỷ số này làm giảm tốc độ xuống còn một phần năm và, trong điều kiện lý tưởng, làm tăng mô-men xoắn lên gấp năm lần trước khi xảy ra tổn thất hiệu suất.
Đúng vậy, trong giới hạn của hộp số và động cơ. Tỷ số truyền cao hơn sẽ cho tốc độ đầu ra chậm hơn nhưng hệ số nhân mô-men xoắn lý thuyết cao hơn. Mô-men xoắn thực tế vẫn phụ thuộc vào hiệu suất của hộp số và mô-men xoắn định mức của động cơ.
Chúng đều dùng để chỉ cùng một mối quan hệ. Trong bộ truyền động giảm tốc, tỷ số truyền lớn hơn 1:1, do đó thường được gọi là tỷ số giảm tốc. Trong động cơ giảm tốc, hai thuật ngữ này được sử dụng thay thế cho nhau.
Nhân các tỷ lệ của từng giai đoạn lại với nhau. Ví dụ, một giai đoạn có tỷ lệ 3:1 tiếp theo là một giai đoạn có tỷ lệ 4:1 sẽ cho ra tỷ lệ tổng cộng là 12:1.
Các động cơ giảm tốc AC cỡ nhỏ thường được cung cấp với các tỷ số tiêu chuẩn như 3:1, 5:1, 10:1, 15:1, 20:1, 30:1, 50:1, 100:1 và cao hơn, tùy thuộc vào dòng động cơ và số cấp bánh răng. Vui lòng xác nhận danh sách tỷ số chính xác trong bảng thông số kỹ thuật sản phẩm.
Việc tính toán tỷ số sử dụng tốc độ định mức của động cơ. Khi chịu tải, tốc độ động cơ giảm nhẹ, do đó tốc độ đầu ra đo được sẽ thấp hơn một chút so với giá trị lý thuyết. Điều này là bình thường và thường đã được tính đến trong ứng dụng.
Tỷ số truyền của động cơ giảm tốc bằng bánh răng được tính theo công thức sau: số răng của bánh răng bị dẫn chia cho số răng của bánh răng dẫn động, hoặc tốc độ đầu vào chia cho tốc độ đầu ra. Đối với hộp số nhiều cấp, cần nhân các tỷ số truyền của các cấp lại với nhau, và luôn nhớ rằng mô-men xoắn đầu ra thực tế là mô-men xoắn lý thuyết trừ đi hệ số hiệu suất của hộp số.
Khi đã biết tỷ số cần thiết, bước tiếp theo là chọn một động cơ có mô-men xoắn đủ để đáp ứng tải trọng của bạn. Hãy tham khảo động cơ giảm tốc AC cỡ nhỏ hoặc toàn bộ dòng sản phẩm để xem các tỷ lệ và tốc độ đầu ra hiện có, hoặc liên hệ với đội ngũ Tenchuan cùng với các thông số về tốc độ và mô-men xoắn để nhận được đề xuất phù hợp với ứng dụng của bạn.
