Động cơ nhỏ quay nhanh thường có mô men xoắn thấp, nên gắn thẳng vào tải nặng là không kéo nổi. Muốn máy khoẻ, phải giảm tốc qua bánh răng, dây đai hay xích: giảm tốc bao nhiêu lần thì mô men ở trục ra tăng lên gần bấy nhiêu lần, trừ đi phần hao do ma sát. Công suất không tự sinh ra; truyền động chỉ đổi tốc độ lấy lực, hoặc ngược lại.
Chào bạn, đây là Nhà Chế Tạo. Nếu bạn từng đạp xe lên dốc, bạn đã hiểu tỉ số truyền mà không cần công thức: về líp to, đạp nhẹ hơn, chân quay nhanh hơn, xe đi chậm hơn. Tập này mình biến cảm giác đó thành cách chọn động cơ và bộ truyền cho máy tự chế, để khỏi mua một động cơ to rồi vẫn thấy máy yếu.
Mô men xoắn là gì, nói cho dễ hiểu
Mô men xoắn là sức vặn. Bạn dùng cờ lê siết bu lông: lực tay nhân với chiều dài cán cờ lê chính là mô men. Cán dài hơn, cùng lực tay, siết mạnh hơn.
Một động cơ có mô men lớn thì vặn được thứ nặng: quay được trục máy khoan khi mũi ăn sâu, kéo được băng tải chất đầy hàng, nâng được bàn máy.
Tốc độ quay là thứ khác. Một động cơ có thể quay rất nhanh mà mô men nhỏ, như động cơ quạt máy tính. Hoặc quay chậm mà mô men lớn, như động cơ tời.
Công suất là tích của hai thứ đó: mô men nhân tốc độ. Một động cơ có công suất nhất định có thể cho mô men lớn ở tốc độ thấp, hoặc mô men nhỏ ở tốc độ cao, nhưng không cho cả hai cùng lớn.
Tỉ số truyền: đổi tốc độ lấy lực
Khi bánh răng nhỏ trên trục động cơ ăn với bánh răng lớn gấp năm lần, trục ra quay chậm bằng một phần năm. Đổi lại, mô men ở trục ra lớn gần gấp năm lần.
Đây là lý do máy khoan cầm tay có hộp số bên trong, động cơ xe máy có hộp số, tời có nhiều cấp bánh răng. Động cơ điện hiệu quả nhất khi quay nhanh, còn công việc thường cần chậm và mạnh.
Nhiều cấp giảm tốc nối tiếp nhân tỉ số với nhau. Hai cấp mỗi cấp giảm năm lần cho tổng giảm hai mươi lăm lần.
Nhưng mỗi cấp đều hao một ít do ma sát. Bánh răng tốt hao ít, trục vít bánh vít hao nhiều hơn hẳn. Nhiều cấp thì hao cộng dồn. Nên mô men thật ở trục ra luôn nhỏ hơn con số lý thuyết.
Vì sao động cơ khoẻ mà máy vẫn yếu?
Lý do đầu tiên: động cơ khoẻ theo công suất nhưng gắn thẳng vào tải, không giảm tốc. Động cơ cố gắng chạy chậm dưới tải nặng, rơi ra khỏi vùng làm việc hiệu quả, nóng lên và không kéo nổi.
Lý do thứ hai: ma sát trong máy lớn hơn tính toán. Trục lệch, ổ bó, dây đai căng quá, xích khô gỉ. Động cơ dùng phần lớn sức để thắng ma sát thay vì làm việc.
Lý do thứ ba: mô men khởi động. Nhiều tải cần mô men lớn nhất lúc bắt đầu quay, như băng tải đầy hàng đứng yên, máy trộn đầy vật liệu. Động cơ đủ sức khi đang chạy chưa chắc đủ sức khởi động.
Lý do thứ tư: nguồn điện yếu. Dây nhỏ quá, nguồn không đủ dòng, điện áp sụt khi tải tăng, động cơ mất sức. Đo điện áp ở đầu động cơ lúc có tải sẽ thấy rõ.
Chọn động cơ và hộp giảm tốc cho việc của bạn
Bắt đầu từ tải, không bắt đầu từ động cơ. Tải cần quay chậm bao nhiêu, cần mô men bao nhiêu. Mô men có thể ước bằng cách đo lực cần để quay tải bằng cân lò xo hoặc cờ lê lực, nhân với cánh tay đòn.
Từ tốc độ tải và tốc độ động cơ, bạn có tỉ số truyền cần. Từ mô men tải chia cho tỉ số và hiệu suất, bạn có mô men động cơ cần. Cộng thêm một khoản dự phòng khá rộng cho khởi động và ma sát ngoài dự kiến.
Động cơ có sẵn hộp giảm tốc liền khối thường là lựa chọn tốt cho xưởng nhỏ: đã được căn chỉnh, bôi trơn, kín bụi. Tự ghép bánh răng rời thì linh hoạt hơn nhưng khó làm chuẩn.
Hộp giảm tốc trục vít bánh vít cho tỉ số lớn trong một cấp và thường tự hãm, không bị tải quay ngược, hợp với tời, cửa cuốn. Nhưng hiệu suất thấp và nóng hơn, nên không hợp chạy liên tục tải lớn.
An toàn khi mô men lớn
Mô men sau giảm tốc có thể rất lớn so với cảm giác từ một động cơ nhỏ. Một động cơ bé bằng nắm tay qua hộp giảm tốc lớn có thể xoắn gãy cổ tay nếu bạn giữ trục khi nó bị kẹt.
Luôn có công tắc dừng khẩn cấp dễ với tới. Luôn che các bộ phận quay. Không dùng tay dừng trục đang quay chậm.
Thêm một điểm yếu có chủ đích, như chốt cắt, ly hợp trượt, dây đai có thể trượt, để khi máy kẹt, bộ phận rẻ tiền hỏng trước thay vì trục, hộp số, hay tay người.
Nhiều máy công nghiệp có cầu chì cơ khí như vậy vì lý do tốt. Máy tự chế của bạn cũng nên có.
Câu hỏi thường gặp
Công suất động cơ lớn hơn có luôn tốt hơn không?
Không nhất thiết. Động cơ quá lớn so với tải tốn điện, nặng, đắt, và có thể làm gãy chi tiết khi kẹt. Chọn đủ công suất với dự phòng hợp lý, kèm tỉ số truyền đúng.
Vì sao động cơ nóng khi kéo tải nặng ở tốc độ chậm?
Khi bị ép chạy chậm dưới tải, động cơ kéo dòng lớn nhưng quạt làm mát trên trục quay chậm, nhiệt tích tụ. Giảm tốc bằng hộp số để động cơ quay ở tốc độ thiết kế sẽ mát hơn.
Đo mô men của một tải thế nào ở xưởng?
Gắn một cánh tay đòn có chiều dài biết trước vào trục, kéo bằng cân lò xo tới khi trục bắt đầu quay, nhân lực đọc được với chiều dài tay đòn. Làm vài lần lấy giá trị lớn nhất.
Dây đai có dùng làm giảm tốc được không?
Được, bằng puli nhỏ ở động cơ và puli lớn ở tải. Tỉ số thường không quá lớn trong một cấp vì puli nhỏ quá thì dây ôm ít, dễ trượt. Tỉ số lớn thì dùng nhiều cấp hoặc hộp số.
Máy khoan cầm tay có số một số hai để làm gì?
Số chậm cho mô men lớn để bắt vít và khoan lỗ to. Số nhanh cho tốc độ cao với mũi khoan nhỏ. Đó chính là hộp giảm tốc có hai tỉ số truyền.
