Hộp số hành tinh bị kêu ở dải tốc độ cao: Do đâu?

Hộp số hành tinh bị kêu khi chạy tốc độ cao là dấu hiệu nguy hiểm. Tìm hiểu 5 nguyên nhân gốc rễ và giải pháp khắc phục từ chuyên gia GAC để bảo vệ hệ thống servo của bạn.

Giới thiệu

Trong hệ thống tự động hóa công nghiệp hiện đại, sự kết hợp giữa động cơ servo và hộp số hành tinh (planetary gearbox) là “trái tim” của các cơ cấu chuyển động chính xác. Từ cánh tay robot, máy cắt laser cho đến các dây chuyền đóng gói, sự êm ái và chính xác là thước đo của hiệu quả. Tuy nhiên, một trong những vấn đề phổ biến và gây lo lắng nhất cho đội ngũ bảo trì chính là hiện tượng hộp số hành tinh bị kêu bất thường, đặc biệt là khi vận hành ở dải tốc độ cao.

Tiếng ồn không chỉ gây khó chịu; nó là “tiếng kêu cứu” của hệ thống cơ khí. Nếu không được chẩn đoán và xử lý kịp thời, tiếng ồn này có thể dẫn đến hỏng hóc nghiêm trọng, gãy trục, vỡ bánh răng, gây dừng máy tốn kém. Tại Công ty Cổ phần Tự động hóa Toàn cầu (GAC), qua quá trình phân phối và hỗ trợ kỹ thuật cho các dòng hộp số chính xác như VRB, EVB, PLF, PFR, chúng tôi đã đúc kết được những nguyên nhân cốt lõi và cách xử lý triệt để vấn đề này.

Bài viết này sẽ phân tích sâu về kỹ thuật, giúp bạn hiểu rõ tại sao hộp số lại phát ra tiếng ồn và cách khắc phục hiệu quả.

Tiêu chuẩn tiếng ồn của hộp số hành tinh chính xác

Trước khi đi sâu vào các lỗi, chúng ta cần xác định thế nào là “kêu to”. Hộp số hành tinh, dù chính xác đến đâu, cũng sẽ phát ra âm thanh khi các bánh răng ăn khớp. Tuy nhiên, âm thanh này phải nằm trong giới hạn cho phép.

Theo tài liệu kỹ thuật của dòng sản phẩm hộp số do 3F-Famed sản xuất (đối tác gia công cho GAC), mức độ tiếng ồn tiêu chuẩn khi vận hành ở tốc độ đầu vào 3000 vòng/phút (không tải) dao động từ 56 dB(A) đến 70 dB(A) tùy thuộc vào kích thước khung (frame size) và tỷ số truyền.

Đặc điểm của tiếng ồn “lành mạnh” là tiếng vo vo đều đặn, êm ái. Ngược lại, nếu hộp số hành tinh bị kêu với các âm thanh như rít chói tai, gõ cạch cạch, hoặc tiếng gầm gừ ngắt quãng khi tăng tốc lên dải cao (trên 2000-3000 rpm), đó là dấu hiệu của sự cố.

Nguyên nhân 1: Vấn đề về bôi trơn và mỡ hộp số

Hơn 60% các sự cố liên quan đến tiếng ồn và nhiệt độ ở tốc độ cao xuất phát từ bôi trơn. Ở dải tốc độ cao, lực ly tâm tác động lên mỡ bôi trơn là rất lớn, có xu hướng đẩy mỡ văng ra khỏi bề mặt ăn khớp của bánh răng.

Hiện tượng tách mỡ và xâm thực

Nếu sử dụng loại mỡ không phù hợp hoặc kém chất lượng, mỡ sẽ bị “tách” dưới áp lực và nhiệt độ cao. Dầu gốc sẽ tách khỏi chất làm đặc, dẫn đến hiện tượng rò rỉ và mất khả năng tạo màng bôi trơn. Khi màng bôi trơn bị phá vỡ, kim loại của bánh răng hành tinh và bánh răng mặt trời sẽ cọ sát trực tiếp, gây ra tiếng rít lớn và mài mòn nhanh chóng.

Giải pháp kỹ thuật từ GAC

Các dòng hộp số như VRB và EVB do GAC phân phối sử dụng loại mỡ tổng hợp (Synthetic Grease) có độ nhớt cao, được thiết kế đặc biệt để không bị tách rời và ngăn ngừa rò rỉ hiệu quả. Hơn nữa, thiết kế của 3F-Famed có cấu trúc bôi trơn được cấp bằng sáng chế, giúp tăng cường bôi trơn và giảm ma sát nội tại.

Nguyên nhân 2: Độ rơ và mòn bánh răng

Độ rơ (backlash) là thông số quan trọng bậc nhất của hộp số servo. Đối với các dòng chính xác như VRB, khe hở này rất nhỏ, thường dưới 3 arcmin (P0) hoặc 5 arcmin (P1).

Tiếng ồn do va đập răng

Khi vận hành ở tốc độ cao, đặc biệt là trong các ứng dụng có đảo chiều liên tục hoặc tải thay đổi đột ngột (như máy cắt CNC, robot), nếu độ rơ tăng do mòn, các mặt răng sẽ va đập vào nhau mỗi khi thay đổi trạng thái gia tốc. Điều này tạo ra tiếng ồn dạng “cạch cạch” hoặc tiếng rào rào rất khó chịu.

Nguyên nhân gây mòn thường do:

Vận hành quá tải trọng cho phép (vượt quá Rated Output Torque) trong thời gian dài.
Chất lượng vật liệu bánh răng kém.

Tuy nhiên, với các sản phẩm GAC phân phối như dòng PLF hay VRB, vật liệu bánh răng là thép hợp kim cao cấp được xử lý nhiệt Carbon-nitriding, giúp đạt độ cứng và khả năng chịu mài mòn tối ưu. Bên cạnh đó, công nghệ mài răng được áp dụng để đảm bảo độ chính xác bề mặt.

Nguyên nhân 3: Sai lệch trong lắp đặt cơ khí

Đây là nguyên nhân thường gặp nhất do lỗi chủ quan của kỹ thuật viên lắp máy. Hộp số hành tinh bị kêu ngay từ khi mới lắp đặt thường do sự không đồng tâm giữa trục động cơ servo và trục đầu vào (input shaft) của hộp số.

Cơ cấu kẹp collet

Đa số các hộp số servo hiện đại như dòng PFR (cốt vuông góc) hay VRB đều sử dụng cơ cấu kẹp collet tích hợp để kết nối với trục động cơ. Thiết kế này bao gồm trục đầu vào và thiết bị khóa được thiết kế tích hợp, sử dụng hai bu lông đối xứng để đạt cân bằng động.

Nếu kỹ thuật viên không siết chặt bu lông theo đúng lực torque quy định, hoặc siết không đều, trục động cơ sẽ bị trượt hoặc lệch tâm khi quay ở tốc độ cao. Sự rung động này truyền trực tiếp vào hộp số, cộng hưởng với vỏ máy tạo ra tiếng ù rất lớn.

Lưu ý kỹ thuật: Thiết kế khóa bằng hai bu lông đối xứng của GAC giúp ngăn chặn hiệu quả việc trượt trục động cơ và đảm bảo truyền động công suất với khe hở bằng không .

Nguyên nhân 4: Cộng hưởng rung động

Mỗi hệ thống cơ khí đều có một tần số dao động riêng. Khi tốc độ quay của động cơ servo trùng với tần số cộng hưởng của hệ thống (bao gồm giá đỡ, khớp nối, hộp số và tải), biên độ dao động sẽ tăng vọt, gây ra tiếng ồn khủng khiếp.

Độ cứng vững của hộp số

Để chống lại cộng hưởng, hộp số cần có độ cứng vững xoắn (Torsional Rigidity) cao. Các dòng hộp số giá rẻ thường có vỏ rời hoặc ổ bi nhỏ, dẫn đến độ cứng thấp. Ngược lại, dòng VRB của GAC có thiết kế sử dụng vòng bi cầu tích hợp, giúp cải thiện đáng kể độ cứng và mô-men xoắn.

Ngoài ra, giá đỡ hành tinh của các dòng này sử dụng thiết kế tích hợp, với khoảng cách lớn giữa các vòng bi trước và sau, tạo thành một cấu trúc khối vững chắc, đảm bảo độ cứng xoắn cao. Điều này giúp triệt tiêu các rung động ký sinh khi chạy ở tốc độ cao.

Nguyên nhân 5: Công nghệ gia công bánh răng

Ở dải tốc độ cao (có thể lên tới 6000 – 10000 rpm ở đầu vào đối với một số model VRB size nhỏ), dạng bánh răng quyết định rất lớn đến độ ồn.

Bánh răng thẳng vs Bánh răng nghiêng

Bánh răng thẳng: Chế tạo đơn giản, giá rẻ nhưng diện tích tiếp xúc răng nhỏ. Khi vào khớp, răng va đập trực diện gây tiếng ồn lớn.
Bánh răng nghiêng: Các răng tiếp xúc dần dần từ điểm đến đường, giúp truyền động êm ái hơn nhiều.

Tất cả các dòng hộp số GAC phân phối (VRB, EVB, PLF, PFR) đều sử dụng bánh răng nghiêng để đạt được sự vận hành mượt mà và êm ái nhất. Hơn nữa, quy trình sản xuất của 3F-Famed còn áp dụng công nghệ phân tích phần tử hữu hạn (ANSYS) để tối ưu hóa độ bền và thực hiện “trimming” (cắt tỉa) biên dạng răng và hướng răng. Việc vi chỉnh này giúp giảm va đập khi các răng ăn khớp, từ đó giảm đáng kể tiếng ồn và gia tăng tuổi thọ.

Giải pháp khắc phục và Bảo trì

Khi bạn phát hiện hộp số hành tinh bị kêu, hãy thực hiện các bước kiểm tra sau:

Kiểm tra lắp đặt: Tháo động cơ ra khỏi hộp số. Kiểm tra xem trục động cơ có bị xước do trượt collet không. Vệ sinh sạch sẽ và lắp lại, siết bu lông kẹp đúng lực (dùng cờ lê lực).
Kiểm tra tốc độ đầu vào: So sánh tốc độ vận hành thực tế với thông số “Rated Input Speed” trong datasheet. Ví dụ, với model VRB142, tốc độ đầu vào định mức là 3000 rpm, tối đa là 5000 rpm. Chạy quá tốc độ này sẽ gây nóng và ồn.
Kiểm tra tải trọng: Đảm bảo tải trọng hướng kính) và hướng trục không vượt quá giới hạn. Ví dụ, VRB090 chịu được lực hướng kính tối đa 3250N.
Lựa chọn hộp số chất lượng: Đây là giải pháp phòng ngừa tốt nhất.

Tại sao nên chọn hộp số GAC

Để tránh những rắc rối về tiếng ồn và độ bền, việc lựa chọn đúng loại hộp số giảm tốc ngay từ đầu là vô cùng quan trọng. Các sản phẩm do GAC phân phối sở hữu những ưu điểm vượt trội về công nghệ:

Công nghệ từ Đài Loan: Được sản xuất bởi 3F-Famed, chuyên gia về giải pháp truyền động chính xác.
Thiết kế tích hợp: Vòng răng và vỏ đầu ra được thiết kế liền khối, sử dụng thép chất lượng cao rèn nóng để đạt mật độ vật liệu cao nhất, đảm bảo độ chính xác hình học tuyệt đối.
Kiểm soát chất lượng: Mỗi sản phẩm đều phải trải qua quy trình kiểm tra toàn diện trước khi xuất xưởng để đảm bảo không có khuyết tật.
Đa dạng chủng loại:
- VRB: Độ chính xác cao, chịu tải lớn, phù hợp cho các ứng dụng cao cấp.
- PFR: Hộp số góc vuông, tiết kiệm không gian lắp đặt, sử dụng bánh răng côn xoắn (spiral bevel gear) êm ái.
- PLF: Dòng tiêu chuẩn, kinh tế nhưng vẫn đảm bảo độ ồn thấp nhờ bánh răng nghiêng.

hop-so-hanh-tinh — Hình ảnh dòng hộp số GAC

Kết luận

Hiện tượng hộp số hành tinh bị kêu ở tốc độ cao là tổng hòa của nhiều yếu tố: từ chất lượng gia công bánh răng, loại mỡ bôi trơn, kỹ thuật lắp đặt cho đến sự phù hợp của thông số kỹ thuật. Một hộp số tốt không chỉ cần khỏe, mà cần phải “tĩnh” để đảm bảo sự chính xác cho toàn hệ thống.

Tại Tự động hóa Toàn cầu (GAC), chúng tôi không chỉ cung cấp sản phẩm; chúng tôi cung cấp giải pháp kỹ thuật. Các dòng hộp số VRB, EVB, PLF, PFR mà chúng tôi phân phối là kết tinh của công nghệ gia công chính xác, giúp bạn quên đi nỗi lo về tiếng ồn và sự cố hỏng hóc bất ngờ.

Đừng để tiếng ồn làm hỏng dây chuyền sản xuất của bạn. Hãy liên hệ ngay với chúng tôi để được tư vấn lựa chọn mã hộp số phù hợp nhất, đảm bảo sự êm ái và bền bỉ cho máy móc.

CÔNG TY CỔ PHẦN TỰ ĐỘNG HÓA TOÀN CẦU