Cẩm Nang Toàn Diện Về Các Loại Bộ Truyền Xích và Xích: Kiến Thức Thiết Yếu Cho Kỹ Sư

​

Các hệ thống truyền động bằng xích nổi bật như một giải pháp truyền tải công suất cơ học thiết yếu, được sử dụng rộng rãi để truyền chuyển động giữa các bộ phận - dù là khoảng cách xa (ví dụ như trong động cơ tàu biển cao 5 tầng) hay khoảng cách ngắn (như trong xe đạp). Chúng nằm trong số năm phương pháp truyền động cơ học phổ biến nhất, cùng với các phương pháp nối trục, truyền động bánh răng, truyền động đai và vít me. Mỗi phương pháp đều có những ưu và nhược điểm riêng, vì vậy kỹ sư phải cân nhắc cẩn thận các yếu tố này để đưa ra lựa chọn tối ưu cho từng ứng dụng cụ thể. Bài viết này đi sâu vào các nguyên lý cơ bản của hệ thống truyền động xích, phân loại, các loại xích phổ biến, tiêu chí lựa chọn cũng như những ưu điểm và nhược điểm chính.

Truyền động xích là gì?

Truyền động xích là một hệ thống truyền động cơ học sử dụng xích để truyền chuyển động từ vị trí này sang vị trí khác. Một hệ thống truyền động xích điển hình bao gồm hai hoặc nhiều bánh răng xích (bánh răng có răng) và một dây xích - với các lỗ trên mắt xích được lắp khớp với các răng của bánh răng xích.
Khi động cơ chính (ví dụ: động cơ điện hoặc động cơ đốt trong) quay, nó làm quay bánh răng được gắn trên trục của nó. Chuyển động quay này kéo theo dây xích quấn quanh bánh răng, từ đó truyền lực cơ học đến trục bị dẫn, hiệu quả truyền tải công suất.

So sánh chính với các phương pháp truyền động khác

So với truyền động bằng dây đai: Khác với truyền động bằng dây đai, truyền động xích không xảy ra trượt, đảm bảo tỷ số truyền không đổi. Điều này loại bỏ độ trễ trong truyền công suất, khiến chúng phù hợp lý tưởng cho các ứng dụng như bộ xích phân phối của động cơ đốt trong. Tổn thất công suất duy nhất trong truyền động xích đến từ ma sát giữa các mắt xích và bánh răng, dẫn đến hiệu suất cơ học cao hơn.
So với truyền động bánh răng: Truyền động xích linh hoạt hơn về khoảng cách hoạt động. Chúng hoạt động tốt hơn khi các trục đặt xa nhau hơn mức bánh răng có thể đáp ứng, đồng thời vẫn giữ được cấu trúc gọn nhẹ. Ngoài ra, một sợi xích duy nhất có thể truyền động đồng thời nhiều trục - một tính năng mà truyền động bánh răng hiếm khi đạt được.

Loại Bộ Truyền Động Bằng Xích (Theo Chức Năng)

Bộ truyền động bằng xích được phân loại thành ba loại chính dựa trên chức năng chính của chúng, mỗi loại được thiết kế phù hợp với nhu cầu ứng dụng cụ thể:

1. Bộ Truyền Động Bằng Xích Truyền Công Suất

 Được thiết kế riêng để truyền công suất giữa hai trục, các bộ truyền động bằng xích này giải quyết một thách thức phổ biến: hầu hết các máy phát công suất (ví dụ: động cơ trong máy bơm) không thể sử dụng công suất mà chúng tạo ra tại chỗ.
Ứng Dụng Phổ Biến: Xe đạp, máy móc nông nghiệp, máy nén khí và trục cam động cơ - tất cả đều phụ thuộc vào xích truyền công suất để di chuyển công suất từ nguồn đến điểm sử dụng.

2. Bộ Truyền Động Bằng Xích Băng Tải

Bộ truyền động bằng xích băng tải được thiết kế chuyên dụng cho việc vận chuyển vật liệu. Chúng có hàng trăm thiết kế với các đặc tính được điều chỉnh riêng biệt, như hệ số ma sát thấp, khả năng chịu nhiệt độ cao, khả năng chống hóa chất, tính năng chống tĩnh điện hoặc từ tính. Các phụ kiện cũng có thể được gắn thêm vào xích để đáp ứng nhu cầu đa dạng.
Ứng dụng công nghiệp: Được sử dụng rộng rãi trong đóng gói, sản xuất ô tô, sản xuất thực phẩm và đồ uống, dược phẩm và dệt may để vận chuyển vật liệu hiệu quả.

3. Bộ truyền động xích nâng và kéo

Các bộ truyền động xích này được sử dụng trong máy móc để nâng và hạ tải trọng nặng, thường hoạt động cùng với các ròng rọc nhằm giảm lực kéo. Ví dụ bao gồm các tời xích (bằng tay, điện hoặc khí nén), thường được dùng trong các gara, xưởng sửa chữa, công trường xây dựng, phòng máy tàu thủy và nhà máy - có khả năng nâng/hạ tải trọng lên đến 20 tấn.
Xích nâng được chia tiếp thành hai loại phụ:

Xích elip (xích xoắn): Dùng để nâng tải trung bình đến nhẹ, tốc độ thấp. Các mắt xích có hình elip và được liên kết với nhau bằng cách hàn. Xích mắt vuông đôi khi cũng được dùng thay thế nhưng thường bị tránh do phân bố lực không đều và dễ bị rối xích.
Xích chốt: Ưu tiên cho các ứng dụng chịu tải trọng cao. Mỗi mắt xích được lắp một chốt ở phần bề rộng bên trong, giúp ngăn ngừa sự rối xích và tăng cường độ bền cũng như tuổi thọ. Chúng thường được sử dụng trong các thiết bị neo tàu và các máy móc nâng hạ nặng khác.

Các loại xích phổ biến trong truyền động xích

Năm loại xích chủ đạo thống trị các ứng dụng công nghiệp và thương mại, mỗi loại có cấu trúc và ưu điểm riêng biệt:

1. Xích con lăn (Xích con lăn có ống lót)

Loại xích dễ nhận biết nhất, xích con lăn (hoặc xích con lăn có ống lót) được sử dụng rộng rãi trong việc truyền động cho xe đạp, xe máy và các thiết bị vận chuyển. Chúng thường được làm từ thép cacbon đơn giản hoặc hợp kim thép.
Cấu trúc: Bao gồm các tấm trong (tấm con lăn), các tấm ngoài (tấm chốt), ống lót, chốt và con lăn. Các con lăn được bố trí cách đều nhau giữa các mắt xích, ăn khớp với răng đĩa xích để truyền chuyển động.
Ưu điểm chính: Các con lăn tự xoay khi cần thiết trong quá trình tiếp xúc với răng đĩa xích, giảm thiểu tổn thất công suất. Đối với xích truyền động, chiều cao của các tấm lăn (ở cả hai bên con lăn) lớn hơn đường kính con lăn - ngăn không cho các tấm bên chạm vào đĩa xích và đóng vai trò định hướng để tránh trượt xích. Đối với xích lăn tải, đường kính con lăn lớn hơn chiều cao thanh bên, giúp loại bỏ tiếp xúc giữa thanh bên và đường ray băng tải, từ đó giảm ma sát. Xích lăn nhiều dây có sẵn cho các nhu cầu công suất cao, cho phép vận hành ở tốc độ thấp hơn và bước xích nhỏ hơn với cùng yêu cầu tải.

2. Xích im lặng (Xích răng ngược)

Các hệ thống truyền động bằng xích truyền thống thường gây ồn, khiến chúng không phù hợp với môi trường nhạy cảm với tiếng ồn như không gian kín, hầm mỏ hoặc khu dân cư. Xích im lặng (hay còn gọi là xích răng ngược) giải quyết vấn đề này bằng cách vận hành êm ái trong khi vẫn truyền tải được công suất lớn ở tốc độ cao.
Cấu trúc: Được làm từ các tấm phẳng xếp chồng theo hàng và nối với nhau bằng một hoặc nhiều chốt. Phần đáy của mỗi mắt xích có dạng profile khớp với răng bánh xích để ăn khớp mượt mà.
Hiệu suất: Khả năng tải, độ bền kéo và chiều rộng xích tăng theo số lượng tấm phẳng trong mỗi mắt xích.

3. Xích lá

Loại xích đơn giản nhất, xích lá chỉ bao gồm chốt và các tấm kim loại — các tấm này luân phiên đóng vai trò mắt xích chốt và mắt xích bản lề. Chúng không ăn khớp với bánh xích; thay vào đó, chúng chạy trên các ròng rọc để định hướng.
Ứng dụng: Lý tưởng cho nâng hạ và cân bằng, ví dụ như trong thang máy, xe nâng, xe nâng container và các cột thang máy. Các máy tốc độ thấp này tạo ra lực tĩnh lớn và tải trọng làm việc tối thiểu lên xích, và xích lá vượt trội trong việc chịu đựng va đập và lực quán tính.
Yêu cầu quan trọng: Phải chịu được ứng suất kéo cao mà không bị giãn dài hoặc gãy, đồng thời có đủ độ dẻo dai để chống lại mệt mỏi kim loại. Các điều kiện bôi trơn và môi trường phải được tính đến trong giai đoạn thiết kế.

4. Xích đỉnh phẳng

Chỉ được sử dụng để vận chuyển, dây chuyền dạng phẳng thay thế cho dây đai và hệ thống truyền động bằng dây đai - vật liệu có thể được vận chuyển trực tiếp trên các mắt xích của nó.
Cấu trúc: Các mắt xích riêng lẻ thường được làm từ các tấm thép với các gờ lồi rỗng hình dạng trống ở phía dưới. Các chốt đi qua các gờ lồi này để kết nối các mắt xích liền kề, cho phép chuyển động chỉ theo một hướng. Các dây xích phẳng chuyên dụng có thể uốn cong ngang (thông qua cấu trúc chốt được cải tiến), cho phép băng tải di chuyển qua các khúc cong.
Ứng dụng: Được sử dụng trong các băng tải tốc độ thấp để vận chuyển vật liệu trong các dây chuyền lắp ráp.

5. Dây xích thép công nghiệp

Được phát triển vào những năm 1880, dây xích thép công nghiệp được thiết kế cho môi trường khắc nghiệt và các ứng dụng đòi hỏi cao. Chúng được làm từ thép cán nóng (đôi khi được tôi luyện để tăng độ bền) và có khoảng hở lớn hơn giữa các bộ phận để chịu được bụi, đất và các chất mài mòn trong quá trình vận hành.
Ứng Dụng Hiện Đại: Chủ yếu được sử dụng làm dây chuyền tải trong vận chuyển vật liệu, nhưng một số loại cũng được dùng làm bộ truyền động. Chúng được ứng dụng trong các hệ thống băng tải, xe nâng, thang tải gầu, và giàn khoan dầu - với độ bền, khả năng chống mài mòn, tải trọng và bước răng được cải thiện để đáp ứng các yêu cầu công nghiệp hiện đại.

Cách Chọn Bộ Truyền Động Bằng Xích Phù Hợp

Việc lựa chọn bộ truyền động xích đúng yêu cầu cần đánh giá các nhu cầu ứng dụng để loại bỏ các phương án không phù hợp. Các yếu tố chính cần xem xét bao gồm:

1. Tải Trọng

Xác định công suất cần truyền - bộ xích phải có khả năng chịu được công suất do động cơ chính tạo ra. Các phép tính chính xác là rất quan trọng để đảm bảo an toàn, và nên sử dụng hệ số an toàn đầy đủ.

2. Tốc Độ Xích

Không phải tất cả các bộ truyền động xích đều hoạt động ở tốc độ cao; một số được thiết kế cho tốc độ thấp. Hãy tính toán tốc độ yêu cầu và đảm bảo rằng nó nằm trong khoảng khuyến nghị của xích để thu hẹp lựa chọn.

3. Bố Trí Trục

Hầu hết các bộ truyền động xích chỉ hoạt động với trục song song. Nếu các trục không thẳng hàng, hệ thống truyền động bánh răng có thể là lựa chọn tốt hơn.

4. Khoảng Cách Trục Trung Tâm

Khoảng cách trục trung tâm được khuyến nghị nên từ 30–50 lần bước xích. Ngoài ra, hãy đảm bảo cung tiếp xúc tối thiểu là 120° trên bánh xích nhỏ hơn; nếu bánh xích có ít răng, tối thiểu phải có năm răng tiếp xúc với xích tại mọi thời điểm.

5. Môi Trường Vận Hành

Môi trường sử dụng sẽ quyết định khả năng chống ẩm, bụi bẩn, chất mài mòn, ăn mòn và nhiệt độ cao mà xích cần có. Nó cũng ảnh hưởng đến độ rung, mức độ ồn và độ bền mỏi. Ví dụ, loại xích răng ngược (xích im lặng) thường được ưu tiên sử dụng trong các khu vực nhạy cảm với tiếng ồn.

6. Bôi Trơn

Hầu hết các hệ thống truyền động bằng xích đều cần bôi trơn để kéo dài tuổi thọ sử dụng. Loại xích, kích thước, tải trọng và tốc độ sẽ xác định phương pháp bôi trơn (bằng tay, nhỏ giọt, ngâm dầu hoặc bôi trơn cưỡng bức). Các loại xích tự bôi trơn cũng có sẵn - chúng sử dụng các vòng lót làm bằng kim loại hoặc nhựa đúc xốp được tẩm dầu để cung cấp bôi trơn liên tục mà không cần bảo trì từ bên ngoài.

Ưu Điểm Của Truyền Động Bằng Xích

Có thể truyền mô-men xoắn ở khoảng cách xa.
Không bị trượt (khác với bộ truyền đai), đảm bảo hiệu suất ổn định.
Gọn gàng hơn so với bộ truyền đai, phù hợp với không gian tương đối nhỏ.
Một bộ truyền xích đơn có thể vận hành nhiều trục cùng lúc.
Đa dụng, hoạt động tốt ở nhiệt độ cao và môi trường đa dạng (khô, ẩm, mài mòn, ăn mòn, v.v.).
Hệ thống ít ma sát, đảm bảo hiệu suất cơ học cao.

Nhược điểm của Bộ truyền xích

Không thể sử dụng với các trục không song song.
Dễ phát sinh tiếng ồn và rung động trong quá trình vận hành.
Lệch tâm có thể gây ra hiện tượng xích trượt.
Một số thiết kế yêu cầu bôi trơn liên tục.
Thường cần có vỏ bọc để bảo vệ.
Điều chỉnh định kỳ (ví dụ: thông qua các bánh dẫn hướng) là cần thiết để duy trì hiệu suất.

​