Truyền động xích là gì? Cấu tạo và ứng dụng trong cơ khí

Trong các hệ thống cơ khí, chuyển động không tự nhiên sinh ra mà luôn được truyền qua những cơ cấu cụ thể. Một trong những cơ cấu quen thuộc nhưng mang tính nền tảng là truyền động xích. Hệ thống này không chỉ xuất hiện trên những chiếc xe đạp quen thuộc mà còn là trái tim của các dây chuyền sản xuất công nghiệp khổng lồ. Bài viết dưới đây sẽ cùng bạn đọc tìm hiểu về khái niệm truyền động xích là gì? Các thông số kỹ thuật và cách ứng dụng hiệu quả nhất của hệ thống này.

Truyền động xích là gì? Khái niệm và cấu tạo cơ bản

Trong lĩnh vực cơ khí, truyền động xích thuộc nhóm truyền động cơ khí nhờ phương pháp ăn khớp gián tiếp. Cơ cấu này cho phép truyền chuyển động quay và mô men xoắn từ trục dẫn động sang trục bị dẫn thông qua sự phối hợp của xích và đĩa xích. Đây là giải pháp thay thế hiệu quả cho bộ truyền bánh răng khi khoảng cách giữa các trục quá lớn hoặc bộ truyền đai khi yêu cầu độ chính xác cao về tỷ số truyền.  

Khái niệm truyền động xích trong kỹ thuật cơ khí

Truyền động xích là phương thức truyền lực dựa trên sự ăn khớp giữa các mắt xích và răng trên đĩa xích. Cơ cấu này thực hiện nhiệm vụ truyền chuyển động quay giữa hai hay nhiều trục song song với nhau. Khác với truyền động đai dựa vào lực ma sát, truyền động xích duy trì tỷ số truyền ổn định nhờ việc ăn khớp trực tiếp vào các răng của đĩa xích. Xích đóng vai trò là chi tiết kéo dẻo, liên kết các đĩa xích dẫn và đĩa xích bị dẫn để tạo thành một hệ thống thống nhất. 

Trong kỹ thuật, bộ truyền xích thường được ứng dụng rộng rãi trong các loại máy nông nghiệp, băng tải công nghiệp và phương tiện vận tải. Khả năng chịu lực kéo lớn và không xảy ra hiện tượng trượt là đặc tính ưu việt của loại hình truyền động này.

Cấu tạo chi tiết của bộ truyền động xích

Một bộ truyền động hoàn chỉnh bao gồm các thành phần cơ bản được thiết kế để khớp nối hoàn hảo với nhau.

Cấu tạo của bộ truyền xích bao gồm hai bộ phận chính là đĩa xích (nhông) và xích truyền động. Đĩa xích là chi tiết có dạng bánh răng với các biên dạng răng đặc biệt để khớp với các con lăn trên xích. Xích được cấu thành từ chuỗi các mắt xích liên kết với nhau bằng bản lề, bao gồm má xích, chốt xích, ống lót và con lăn. Má xích chịu lực kéo chính trong khi con lăn giúp giảm ma sát khi tiếp xúc với răng đĩa xích.

Ngoài ra, hệ thống có thể đi kèm các bộ phận phụ trợ như bộ phận căng xích, bộ phận bôi trơn và hộp bảo vệ. Độ bền của toàn bộ hệ thống phụ thuộc chặt chẽ vào độ cứng và khả năng chống mài mòn của vật liệu chế tạo các chi tiết này.

Nguyên lý làm việc của hệ thống truyền động xích

Khi trục dẫn quay, các răng trên đĩa dẫn khớp vào các con lăn của mắt xích và kéo dây xích di chuyển. Lực kéo này truyền đến đĩa bị dẫn, làm các răng của đĩa bị dẫn cũng quay theo cùng hướng hoặc ngược hướng tùy theo cách bố trí. Quá trình ăn khớp diễn ra liên tục theo chu kỳ quay của các trục, tạo ra chuyển động tịnh tiến của dây xích và chuyển động quay của các đĩa. 

Trong khi vận hành, các con lăn trên xích sẽ lăn trên bề mặt răng của đĩa xích để giảm thiểu ma sát trượt và mài mòn. Tốc độ truyền động được điều chỉnh thông qua sự chênh lệch về số răng giữa đĩa dẫn và đĩa bị dẫn. Hệ thống hoạt động hiệu quả nhất khi xích có độ căng vừa phải và được bôi trơn đúng cách.

Phân loại các hệ thống truyền động xích phổ biến

Việc phân chia các loại truyền động xích giúp kỹ sư lựa chọn đúng thiết bị phù hợp với yêu cầu kỹ thuật và công suất máy.

Phân loại theo kết cấu xích

Xích con lăn là loại phổ biến nhất với cấu tạo gồm các ống lót và con lăn quay tự do để giảm mài mòn răng đĩa xích. Xích ống có kết cấu tương tự nhưng không có con lăn, thường dùng cho các bộ truyền có tải trọng thấp và vận tốc chậm. Xích răng mang thiết kế đặc biệt với các má xích có hình dạng răng để tăng diện tích tiếp xúc và giảm tiếng ồn đáng kể khi làm việc. 

Ngoài ra, xích còn được chia thành xích một dãy hoặc xích nhiều dãy tùy thuộc vào yêu cầu về mô men xoắn cần truyền tải. Các loại xích biến dạng khác như xích má cong cũng được ứng dụng trong những điều kiện lắp đặt đặc thù.

Phân loại theo mục đích sử dụng

Xích truyền động năng lượng là nhóm quan trọng nhất, dùng để truyền công suất giữa các trục quay trong máy móc. Xích tải được thiết kế chuyên dụng cho các hệ thống băng chuyền nhằm vận chuyển hàng hóa hoặc nguyên liệu trong nhà máy. Xích kéo thường xuất hiện trong các cơ cấu nâng hạ hoặc máy kéo với khả năng chịu lực căng cực lớn. 

Trong các thiết bị đo đạc hoặc máy công cụ chính xác, người ta sử dụng xích điều khiển để đảm bảo sự đồng bộ tuyệt đối về vị trí giữa các bộ phận. Việc phân loại theo mục đích giúp người dùng dễ dàng tìm kiếm linh kiện thay thế chuẩn xác cho thiết bị hiện có.

Phân loại theo điều kiện làm việc

Bộ truyền xích hở thường làm việc trong môi trường có nhiều bụi bẩn và không có hộp che chắn, yêu cầu vệ sinh thường xuyên. Bộ truyền xích kín được lắp đặt trong hộp bảo vệ và ngâm trong bể dầu để đảm bảo khả năng bôi trơn liên tục và chống mài mòn. Đối với các môi trường đặc biệt như ngành thực phẩm hoặc hóa chất, xích được chế tạo từ thép không gỉ hoặc nhựa kỹ thuật để chống ăn mòn. 

Xích làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc tải trọng va đập mạnh cần được nhiệt luyện đặc biệt để tăng cường độ cứng bề mặt. Lựa chọn đúng loại xích theo điều kiện làm việc giúp hạn chế tối đa tình trạng đứt xích hoặc hỏng răng đĩa đột ngột.

Ưu điểm và nhược điểm của bộ truyền động xích

Hệ thống truyền động xích sở hữu những năng lực vượt trội về khả năng chịu tải nhưng cũng đối mặt với các vấn đề về tiếng ồn và mài mòn.  

Những ưu điểm nổi bật

Dưới đây là những lý do quan trọng khiến bộ truyền động xích trở thành lựa chọn ưu tiên trong nhiều dây chuyền sản xuất hiện đại.

• Tỷ số truyền trung bình ổn định: Hệ thống đảm bảo tính đồng nhất về tốc độ giữa các trục nhờ cơ chế ăn khớp trực tiếp và không xảy ra hiện tượng trượt như bộ truyền đai.
• Khả năng chịu tải trọng lớn: Xích được chế tạo từ vật liệu thép cường độ cao giúp chịu được lực kéo lớn và các va đập mạnh trong quá trình vận hành máy.
• Hiệu suất truyền động cao: Tỷ lệ tổn thất năng lượng thấp giúp bộ truyền đạt hiệu suất làm việc ấn tượng, thường dao động trong khoảng 97% đến 99%.
• Kích thước nhỏ gọn: So với bộ truyền đai có cùng công suất, truyền động xích chiếm ít không gian hơn do đĩa xích có đường kính nhỏ hơn đáng kể.
• Khoảng cách trục linh hoạt: Hệ thống có thể truyền chuyển động giữa các trục cách xa nhau lên đến vài mét mà không cần các cấu trúc trung gian phức tạp.
• Đa dạng môi trường làm việc: Thiết bị có thể vận hành ổn định trong điều kiện nhiệt độ cao hoặc những nơi có yêu cầu khắt khe về phòng chống cháy nổ.

Các hạn chế cần lưu ý

Bên cạnh những thế mạnh về kỹ thuật, người dùng cũng cần đối mặt với một số thách thức đặc thù của hệ thống cơ khí này.

• Tiếng ồn và rung động: Sự va đập giữa mắt xích và răng đĩa xích khi ăn khớp tạo ra tiếng ồn khá lớn, đặc biệt là khi vận hành ở dải vận tốc cao.
• Yêu cầu bôi trơn thường xuyên: Các khớp bản lề của xích cần được cung cấp dầu mỡ liên tục để giảm thiểu ma sát và ngăn ngừa tình trạng quá nhiệt gây biến dạng.
• Hiện tượng mài mòn mắt xích: Sau một thời gian sử dụng, các chốt xích và ống lót bị mài mòn dẫn đến tình trạng xích bị giãn và làm thay đổi bước xích ban đầu.
• Vận tốc tức thời không ổn định: Do đặc điểm cấu tạo đa giác của xích, vận tốc của dây xích luôn có sự biến thiên nhỏ gây ra hiện tượng rung động nhẹ lên hệ thống trục.
• Chi phí chế tạo và lắp đặt: Quá trình sản xuất đĩa xích và xích đòi hỏi kỹ thuật nhiệt luyện phức tạp, dẫn đến giá thành cao hơn so với một số loại truyền động ma sát đơn giản.
• Đòi hỏi độ chính xác khi lắp đặt: Các trục phải được căn chỉnh song song tuyệt đối để tránh hiện tượng xích bị lệch gây mòn không đều hoặc tuột xích khỏi đĩa.

Hướng dẫn lắp đặt và bảo dưỡng hệ thống truyền động xích

Việc tuân thủ quy trình kỹ thuật giúp kéo dài tuổi thọ thiết bị và đảm bảo an toàn tuyệt đối trong quá trình vận hành máy móc.

Quy trình lắp đặt và căn chỉnh đĩa xích đúng kỹ thuật

Trước khi lắp xích, bạn cần kiểm tra độ song song của các trục và sự thẳng hàng của các đĩa xích bằng thước thẳng hoặc thiết bị laser chuyên dụng. Sự sai lệch về độ thẳng hàng sẽ gây ra lực đẩy ngang làm mài mòn má xích và cạnh răng đĩa xích nhanh chóng. 

Sau khi luồn dây xích qua các đĩa, bạn tiến hành điều chỉnh độ căng của xích sao cho độ võng nằm trong khoảng 1% đến 2% khoảng cách trục. Một sợi xích quá căng sẽ gây quá tải cho ổ bi, trong khi xích quá chùng dễ dẫn đến hiện tượng tuột xích hoặc va đập khi khởi động. 

Cuối cùng, hãy siết chặt các bulong cố định đĩa xích và kiểm tra lại sự quay tự do của hệ thống trước khi vận hành chính thức.

Phương pháp bôi trơn và vệ sinh xích truyền động định kỳ

Bạn nên thực hiện vệ sinh xích bằng dung dịch tẩy rửa chuyên dụng để loại bỏ hoàn toàn bụi bẩn và các hạt kim loại bám trên khe mắt xích. Sau khi lau khô, hãy tra dầu bôi trơn trực tiếp vào các khe hở giữa má xích trong và má xích ngoài để dầu thẩm thấu sâu vào chốt và ống lót. 

Việc lựa chọn loại dầu mỡ phải phù hợp với tốc độ vận hành và nhiệt độ môi trường của máy móc. Đối với các hệ thống hở, bôi trơn định kỳ bằng phương pháp nhỏ giọt hoặc quét bằng bàn chải là giải pháp hiệu quả nhất. Đối với hệ thống kín, bạn cần kiểm tra mức dầu trong hộp chứa và thay dầu định kỳ để loại bỏ các mạt sắt phát sinh trong quá trình làm việc.

Cách nhận biết các dấu hiệu hư hỏng và thời điểm thay thế xích

Dấu hiệu hư hỏng dễ nhận thấy nhất là xích bị giãn dài vượt mức giới hạn, thường không được quá 3% chiều dài ban đầu. Bạn hãy quan sát bề mặt các con lăn và răng đĩa xích để tìm các vết nứt, mẻ hoặc mòn vẹt hình răng cá mập. 

Tiếng kêu rít bất thường hoặc hiện tượng xích nhảy lên đỉnh răng đĩa là cảnh báo hệ thống đã đến giới hạn sử dụng an toàn. Khi các khớp bản lề bị kẹt cứng do rỉ sét hoặc khô dầu, bạn tuyệt đối không nên cố gắng vận hành để tránh làm hỏng hệ thống trục và động cơ. 

Việc thay thế đồng bộ cả xích và đĩa xích là lời khuyên từ các chuyên gia nhằm đảm bảo sự ăn khớp hoàn hảo nhất cho bộ truyền mới.

Ứng dụng của truyền động xích trong thực tế

Sự xuất hiện phổ biến của hệ thống truyền động xích trong nhiều lĩnh vực khẳng định giá trị vượt trội của cơ cấu này trong đời sống hiện đại.

Trong máy móc công nghiệp

Hệ thống băng tải xích được sử dụng rộng rãi để di chuyển hàng hóa nặng trong các nhà máy lắp ráp ô tô hoặc chế biến thực phẩm. Các loại máy xúc, cần trục và thiết bị nâng hạ vận hành dựa trên xích tải để đảm bảo an toàn khi nâng những khối lượng lớn. Trong ngành khai thác khoáng sản, xích thép cường độ cao giúp máy nghiền và máy đào hoạt động bền bỉ dưới áp lực lớn. Sự ổn định của bộ truyền xích giúp các robot công nghiệp duy trì sự đồng bộ trong quy trình sản xuất dây chuyền.

Trong phương tiện giao thông

Xe máy là minh chứng điển hình nhất khi sử dụng xích con lăn để truyền sức mạnh từ động cơ tới bánh sau một cách trực tiếp. Xe đạp sử dụng bộ truyền xích kết hợp với bộ líp nhiều tầng để thay đổi tỷ số truyền giúp người lái điều khiển tốc độ linh hoạt. Trong các loại động cơ ô tô, xích cam được dùng để đồng bộ hóa hoạt động giữa trục cam và trục khuỷu với độ chính xác tuyệt đối. Việc sử dụng xích giúp các phương tiện giao thông chịu được điều kiện thời tiết khắc nghiệt và bụi bẩn trên đường đi.

Trong nông nghiệp và thiết bị dân dụng

Máy gặt đập liên hợp sử dụng hệ thống truyền động xích để vận hành các bộ phận cắt và thu gom nông sản trên địa hình phức tạp. Các máy tuốt lúa hoặc máy gieo hạt tận dụng khả năng làm việc không trượt của xích để đảm bảo sự chính xác trong quá trình canh tác. Trong gia đình, bộ truyền xích xuất hiện trong cơ cấu vận hành cửa cuốn tự động nhằm đảm bảo lực kéo ổn định và bền bỉ. Ngay cả những thiết bị tập thể dục như xe đạp tại chỗ cũng sử dụng xích để tạo ra cảm giác vận động chân thực cho người dùng.

Thông tin trên đã giải đáp chi tiết thắc mắc truyền động xích là gì cũng như cung cấp cái nhìn toàn diện về cấu tạo và ứng dụng của nó. Hệ thống truyền động này đóng vai trò quyết định đến sự ổn định và công suất vận hành của rất nhiều loại máy móc hiện nay. Việc nắm vững ưu nhược điểm giúp bạn đưa ra những quyết định đúng đắn trong việc thiết kế và lựa chọn thiết bị.