Sự khác biệt giữa bánh răng hành tinh và bánh răng trụ

Bánh răng trụ là một loại cơ cấu truyền động cơ khí quay trục ngoài. Vận tốc góc tỷ lệ thuận với số vòng quay mỗi phút (rpm) và có thể dễ dàng tính toán từ tỉ số truyền. Tuy nhiên, để tính toán vận tốc góc chính xác, cần phải biết số răng. May mắn thay, có nhiều loại bánh răng trụ khác nhau. Dưới đây là tổng quan về các đặc điểm chính của chúng. Bài viết này cũng thảo luận về bánh răng hành tinh, loại bánh răng nhỏ hơn, bền hơn và có mật độ công suất cao hơn.
Bộ truyền động hành tinh là một loại bánh răng trụ.

Một trong những điểm khác biệt quan trọng nhất giữa hộp số hành tinh và hộp số trụ thẳng là cách chúng phân chia tải trọng. Hộp số hành tinh hiệu quả hơn nhiều so với hộp số trụ thẳng, cho phép truyền mô-men xoắn cao trong không gian nhỏ. Điều này là do hộp số hành tinh có nhiều răng thay vì chỉ một răng. Chúng cũng phù hợp cho cả hoạt động gián đoạn và liên tục. Bài viết này sẽ đề cập đến một số lợi ích chính của hộp số hành tinh và sự khác biệt của chúng so với hộp số trụ thẳng.
Mặc dù bánh răng trụ đơn giản hơn bánh răng hành tinh, chúng vẫn có một số điểm khác biệt quan trọng. Ngoài việc đơn giản hơn, chúng không yêu cầu bất kỳ đường cắt hoặc góc đặc biệt nào. Hơn nữa, hình dạng răng của bánh răng trụ phức tạp hơn nhiều so với bánh răng hành tinh. Thiết kế quyết định vị trí tiếp xúc của răng và lượng công suất có sẵn. Tuy nhiên, hệ thống bánh răng hành tinh sẽ hiệu quả hơn nếu các răng được bôi trơn bên trong.
Trong bộ truyền động hành tinh, có ba trục: bánh răng mặt trời, giá đỡ bánh răng hành tinh và bánh răng vành ngoài. Bộ truyền động hành tinh được thiết kế để cho phép chuyển động của một trục bị dừng lại, trong khi hai trục còn lại hoạt động đồng thời. Ngoài hoạt động hai trục, bộ truyền động hành tinh cũng có thể được sử dụng trong hoạt động ba trục, được gọi là hoạt động ba trục tạm thời. Hoạt động ba trục tạm thời có thể thực hiện được thông qua khớp nối ma sát.
Một trong nhiều lợi ích của hộp số hành tinh là tính linh hoạt. Vì tải trọng được chia sẻ giữa nhiều bánh răng hành tinh, nên việc thay đổi tỷ số truyền dễ dàng hơn, do đó bạn không cần phải mua hộp số mới cho mỗi ứng dụng mới. Một lợi ích lớn khác của hộp số hành tinh là chúng có khả năng chịu được tải trọng va đập cao và các điều kiện khắc nghiệt. Điều này có nghĩa là chúng được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp.

Chúng mạnh mẽ hơn

Hệ truyền động bánh răng hành tinh là một loại hộp số sử dụng các trục đồng tâm cho đầu vào và đầu ra. Loại hộp số này thường được sử dụng trong các xe có hộp số tự động, chẳng hạn như Lamborghini Gallardo. Nó cũng được sử dụng trong các xe hybrid. Loại hộp số này cũng bền hơn so với các hộp số hành tinh thông thường. Tuy nhiên, chúng đòi hỏi nhiều thời gian lắp ráp hơn so với hộp số trục song song thông thường.
Hệ thống bánh răng hành tinh có ba thành phần cơ bản: đầu vào, đầu ra và giá đỡ. Số răng của mỗi bánh răng quyết định tỷ số quay của đầu vào so với đầu ra. Trong một số trường hợp, hệ thống bánh răng hành tinh có thể được chế tạo với hai bánh răng hành tinh. Bánh răng hành tinh thứ ba, được gọi là giá đỡ, ăn khớp với bánh răng hành tinh thứ hai và bánh răng mặt trời để tạo ra khả năng đảo chiều. Bánh răng vành được cấu tạo từ nhiều thành phần, và hệ thống bánh răng hành tinh có thể chứa nhiều bánh răng.
Hệ truyền động bánh răng hành tinh có thể được chế tạo sao cho bánh răng hành tinh quay bên trong vòng tròn bước của một bánh răng vành ngoài cố định, hay còn gọi là "bánh răng vành khuyên". Trong trường hợp này, đường cong của vòng tròn bước bánh răng hành tinh được gọi là đường cong hypocycloid. Khi hệ truyền động bánh răng hành tinh được sử dụng kết hợp với bánh răng mặt trời, hệ truyền động bánh răng hành tinh được cấu tạo từ cả hai loại. Bánh răng mặt trời thường được cố định, trong khi bánh răng vành ngoài được dẫn động.
Hệ truyền động hành tinh, còn được gọi là hệ truyền động bánh răng epicyclic, bền hơn các loại hệ truyền động khác. Vì các hành tinh được phân bố đều xung quanh trục chính, nên chúng có sự phân bố bánh răng đồng đều. Do đó, chúng có độ bền cao hơn, có thể chịu được mô-men xoắn, tỷ số truyền giảm và tải trọng treo lớn hơn. Chúng cũng có mật độ năng lượng và độ bền cao hơn. Ngoài ra, hệ truyền động hành tinh thường có thể được chuyển đổi sang nhiều tỷ số truyền khác nhau.

Chúng có mật độ năng lượng cao hơn.

Bộ truyền hành tinh và bộ truyền vành của hộp số hành tinh phức hợp là các bậc thang hành tinh. Một phần của bộ truyền hành tinh ăn khớp với bộ truyền mặt trời, trong khi phần còn lại dẫn động bộ truyền vành. Mặt răng không tải chỉ được sử dụng khi bộ truyền động hoạt động theo chiều tải ngược lại. Tối ưu hóa hệ số bất đối xứng giúp cân bằng các hệ số an toàn ứng suất tiếp xúc của bộ truyền hành tinh. Ứng suất tiếp xúc cho phép, sHPd, và ứng suất tiếp xúc hoạt động tối đa (sHPc) được cân bằng bằng cách tối ưu hóa hệ số bất đối xứng.
Ngoài ra, bánh răng hành tinh thường nhỏ hơn và chiếm ít không gian hơn so với bánh răng xoắn ốc. Chúng thường được sử dụng làm bánh răng vi sai trong máy dệt tốc độ cao và máy dệt thoi, nơi chúng hoạt động như một cơ cấu giảm tốc Roper. Chúng khác nhau về tỷ số truyền vượt tốc và tỷ số truyền giảm tốc. Tỷ số truyền vượt tốc dao động từ 15% đến 40%. Ngược lại, tỷ số truyền giảm tốc nằm trong khoảng từ 0,87:1 đến 69%.
Hộp số động cơ phản lực cánh quạt TV7-117S là ứng dụng đầu tiên được biết đến của hệ bánh răng hành tinh có răng không đối xứng. Hộp số này được phát triển bởi Tập đoàn CZPT cho máy bay phản lực cánh quạt Ilyushin Il-114. Cấu trúc hộp số của TV7-117S bao gồm một tầng vi sai hành tinh đầu tiên với ba bánh răng hành tinh và một tầng đồng trục kiểu mặt trời thứ hai với năm bánh răng hành tinh. Cấu trúc này mang lại cho hệ bánh răng hành tinh mật độ công suất cao nhất.
Hệ truyền động hành tinh mạnh mẽ và có mật độ công suất cao hơn các loại truyền động khác. Chúng có thể chịu được mô-men xoắn, tỷ số truyền giảm và tải trọng treo cao hơn. Đặc tính tự căn chỉnh độc đáo của chúng cũng làm cho chúng rất linh hoạt trong các ứng dụng khắc nghiệt. Chúng cũng nhỏ gọn và nhẹ hơn. Ngoài ra, hệ truyền động hành tinh dễ sản xuất hơn hệ truyền động hành tinh. Và một lợi ích nữa là chúng rẻ hơn nhiều.

Chúng nhỏ hơn

Bộ truyền động hành tinh là những thiết bị cơ khí nhỏ có một bánh răng trung tâm hình "mặt trời" và một hoặc nhiều bánh răng trung gian bên ngoài. Các bánh răng này được giữ trong một vòng đỡ hoặc bánh răng vành và có nhiều yếu tố cần xem xét khi ăn khớp. Hệ thống có thể được điều chỉnh kích thước và tốc độ bằng cách chia tỷ số truyền cần thiết cho số răng của mỗi bánh răng. Quá trình này được gọi là nạp bánh răng và được sử dụng trong nhiều loại hệ thống truyền động bánh răng.
Bộ truyền động hành tinh, còn được gọi là hệ thống truyền động bánh răng hành tinh, có trục đầu vào và trục đầu ra được bố trí đồng trục. Mỗi bánh răng hành tinh chứa một bánh răng ăn khớp với bánh răng trung tâm (bánh răng mặt trời). Các bánh răng này nhỏ và dễ chế tạo. Một ưu điểm khác của bộ truyền động bánh răng hành tinh là thiết kế chắc chắn. Chúng dễ dàng được chuyển đổi sang các tỷ số truyền khác nhau. Chúng cũng có hiệu suất cao. Ngoài ra, hệ thống truyền động bánh răng hành tinh có thể được thiết kế để hoạt động theo nhiều hướng khác nhau.
Một ưu điểm khác của bộ truyền động hành tinh là kích thước nhỏ gọn. Chúng thường được sử dụng cho các ứng dụng quy mô nhỏ. Chi phí thấp hơn là do thời gian sản xuất được rút ngắn. Không nên chế tạo bộ truyền động hành tinh trên máy phay CNC. Vòng bi hành tinh nên được đúc và gia công trên máy chuyên dụng, có nhiều dao cắt vật liệu. Vòng bi hành tinh nhỏ hơn bánh răng hành tinh.
Hệ thống bánh răng hành tinh bao gồm ba thành phần cơ bản: một bánh răng đầu vào, một bánh răng đầu ra và một bộ phận cố định. Số răng trong mỗi bánh răng quyết định tỷ số truyền giữa vòng quay đầu vào và vòng quay đầu ra. Thông thường, các bộ bánh răng này được cấu tạo từ ba chi tiết riêng biệt: bánh răng đầu vào, bánh răng đầu ra và bộ phận cố định. Tùy thuộc vào kích thước của bánh răng đầu vào và đầu ra, tỷ số truyền giữa hai bộ phận này thường lớn hơn một nửa.

Chúng có tỷ số truyền cao hơn.

Sự khác biệt giữa hộp số hành tinh và hộp số thông thường (không phải hành tinh) rất đáng kể đối với nhiều ứng dụng khác nhau. Đặc biệt, hộp số hành tinh có tỷ số truyền cao hơn. Lý do là vì hộp số hành tinh đòi hỏi phải xem xét nhiều yếu tố ăn khớp. Hộp số hành tinh được thiết kế để tính toán số chu kỳ tải trọng trên mỗi đơn vị thời gian. Ví dụ, bánh răng mặt trời có tốc độ +1300 vòng/phút. Mặt khác, bánh răng hành tinh có tốc độ +1700 vòng/phút. Bánh răng vành cũng có tốc độ +1400 vòng/phút, được xác định bởi số răng của mỗi bánh răng.
Mô-men xoắn là lực xoắn của bánh răng, và bánh răng càng lớn thì mô-men xoắn càng cao. Tuy nhiên, vì mô-men xoắn cũng tỷ lệ thuận với kích thước của bánh răng, nên bán kính lớn hơn sẽ dẫn đến mô-men xoắn thấp hơn. Ngoài ra, bán kính nhỏ hơn không làm xe chạy nhanh hơn, vì vậy tỷ số truyền cao hơn không giúp xe đạt tốc độ cao trên đường cao tốc. Sự đánh đổi giữa tốc độ và mô-men xoắn chính là tỷ số truyền.
Hệ truyền động hành tinh sử dụng nhiều cơ cấu để tăng tỷ số truyền. Hệ truyền động sử dụng bánh răng hành tinh có nhiều bộ bánh răng, bao gồm một bánh răng mặt trời, một bánh răng vành và hai bánh răng hành tinh. Hơn nữa, hệ truyền động hành tinh được chế tạo dựa trên bánh răng xoắn, bánh răng côn và bánh răng trụ. Nhìn chung, tỷ số truyền cao hơn của hệ truyền động hành tinh vượt trội hơn so với hệ truyền động hành tinh.
Một ví dụ khác về bộ truyền động hành tinh là bộ truyền động hành tinh phức hợp. Thiết kế bộ truyền động này có hai bánh răng có kích thước khác nhau ở hai đầu của một khối đúc chung. Đầu lớn ăn khớp với bánh răng mặt trời trong khi đầu nhỏ ăn khớp với vành ngoài. Bộ truyền động hành tinh phức hợp đôi khi cần thiết để đạt được các bước tỷ số truyền nhỏ hơn. Cũng như bất kỳ bộ truyền động nào khác, việc căn chỉnh chính xác các chốt hành tinh là rất cần thiết cho hoạt động đúng cách. Nếu các bánh răng hành tinh không được căn chỉnh đúng cách, nó có thể dẫn đến hoạt động không trơn tru hoặc hỏng hóc sớm.

Biên tập bởi CX