Khớp nối trục là gì? Phân loại, cách hoạt động của khớp nối trục trong cơ khí

1. Khớp nối là gì?

Khớp nối trục (Couplings) là các chi tiết cơ khí dùng để kết nối hai trục quay, nhằm mục đích truyền lực / momen xoắn từ trục này sang trục khác. Ngoài ra khớp nối trục còn có vai trò như một bản lề đóng mở các cơ cấu, ngăn ngừa quá tải, giảm tải trọng động, bù sai lệch tâm giữa các trục, giảm chấn động và rung lắc.

Khớp nối được sử dụng trong động cơ, máy bơm, máy phát điện, máy nén,… Nó kết nối các trục đầu vào và đầu ra trong bất kỳ hệ thống truyền lực nào, như trục hộp số trong các máy gia công được kết nối với trục động cơ đầu vào thông qua các khớp nối, trục động cơ với máy bơm hoặc máy nén…

Chức năng của khớp nối trục gần giống như chức năng của ly hợp, nhưng ly hợp là khớp tạm thời, ngược lại khớp nối trục là khớp vĩnh viễn. Mục đích cơ bản của khớp nối là để kết nối vĩnh viễn hai trục. Các trục trong truyền lực không phải lúc nào cũng là kết nối tuyến tính, chúng có thể song song, giao nhau và hơi lệch tâm.

2. Khớp nối trục hoạt động như thế nào?

Thiết kế của khớp nối trục cho phép nó kết nối hai trục với nhau bất kể đường kính trục hay phương của các trục khác nhau. Đồng thời, khớp nối đảm bảo không truyền nhiệt của động cơ sang phía được dẫn động, hấp thụ sốc và rung động khi di chuyển, điều này giúp ngăn ngừa hư hỏng cho các thành phần xung quanh.

3. Các loại khớp nối trục

Dưới đây là các loại khớp nối trục phổ biến trong cơ khí:

3.1 Khớp nối dầm

Khớp nối dầm (Beam Coupling) có một hoặc nhiều đường cắt xoắn ốc trong thân khớp nối, thường có thể điều chỉnh độ lệch song song lên đến 0,025 inch và độ lệch góc lên đến 7 độ. Chúng chủ yếu được sử dụng cho các ứng dụng kiểm soát tốc độ nơi momen xoắn thường dưới 100 inch-lbs (11 N-m).

Thiết kế của khớp nối dầm mang đến độ đàn hồi nhất định đảm bảo độ chính xác định vị giữa các trục dẫn động. Các vật liệu được sử dụng để chế tạo khớp nối dầm cũng ảnh hưởng đến hiệu suất và tính phù hợp của chúng đối với các ứng dụng cụ thể trong cơ khí.

Vật liệu để sản xuất loại khớp nối này thường là hợp kim nhôm và thép không gỉ, nhưng chúng cũng có thể được làm bằng axetal, thép marring và titan. Các ứng dụng phổ biến nhất là các trục chuyển động trong hệ thống robot.

3.2 Khớp nối ống xếp

Khớp nối ống xếp (Bellows Coupling) cũng thích hợp cho các ứng dụng kiểm soát tốc độ. Chúng bao gồm nhiều nếp gấp kim loại tạo ra độ cứng xoắn cao, điều này rất quan trọng đối với các ứng dụng định vị. Độ cứng xoắn làm giảm mức độ lệch góc và độ lệch song song, tương tự các khớp nối dầm, với hiệu suất truyền momen xoắn xấp xỉ như nhau. 

3.3 Khớp nối xích

Khớp nối xích (Chain Coupling) phù hợp cho các ứng dụng truyền lực và được sử dụng để truyền công suất trong dải hàng trăm mã lực. Mức cho phép lệch góc và lệch song song thường tương ứng là 2 độ và 0,015 inch. Khớp nối xích chuyên dụng sử dụng nhông xích đặc biệt và xích đôi có khe hở cho phép chúng hoạt động linh hoạt.

3.4 Khớp nối hàm

Khớp nối hàm thẳng và cong (Jaw Coupling) được sử dụng cho cả điều khiển chuyển động và các ứng dụng truyền công suất nhẹ. Nó được kết nối bởi các khớp nối hoa mận (khớp nối vuốt) được cấu tạo bởi hai đĩa vuốt kim loại và một thân đàn hồi, có khả năng giảm chấn, và hoạt động mà không cần chất bôi trơn. 

Khớp nối hàm đảm bảo độ lệch song song đạt 0,01 inch và lệch góc đạt khoảng 1 độ. Nó cũng cho phép truyền momen xoắn đến 1000 in-lb. 

3.5 Khớp nối màng

Khớp nối màng (Diaphragm Couplings) sử dụng một hoặc nhiều tấm màng ngăn trong kết cầu ghép nối của nó, và được sử dụng chủ yếu cho các bộ phận có chuyển động quay tròn. Nó truyền mô men xoắn từ đường kính bên ngoài của các tấm màng vào bên trong của trục xoay và sau đó từ bên trong ra đường kính bên ngoài thông qua các tấm màng khác.

Ưu điểm của loại khớp nối màng so với khớp nối bánh răng là chúng không cần phải bôi trơn. Các khớp nối kiểu này có khả năng truyền mô men xoắn cao và hoạt động ở tốc độ cao.

3.6 Khớp nối đĩa

Các khớp nối đĩa (Disc Coupling) sử dụng một hoặc nhiều đĩa bắt vít vào trục, chúng được sử dụng để truyền lực và dựa vào tính linh hoạt của đĩa kim loại mỏng của chúng để truyền mô men xoắn và điều chỉnh lệch góc. Tuy nhiên nó không quá tốt để điều chỉnh độ lệch song song.

Loại khớp nối này có thể có 2 trục hub kết nối với nhau với một đĩa đơn, hoặc có thêm phần nối dài kết hợp với 2 đĩa. Loại một đĩa có thể điều chỉnh độ lệch góc và lệch trục. Để chống lại độ lệch song song cần sử dụng loại 2 đĩa.

3.7 Khớp nối Oldham

Khớp nối Oldham xử lý mức độ lệch song song cao do thiết kế phần tử trượt của chúng. Việc sử dụng vật liệu đàn hồi cho bộ phận kết nối thay vì kim loại khiến chúng trở lên tốt hơn. Một số nhà sản xuất tuyên bố khả năng chịu lệch góc 5 độ bằng việc sử dụng các thanh trượt hình trụ, thay vì hình chữ nhật.

Khớp nối Oldham có ưu điểm là kích thước nhỏ gọn, đạt được những điểm mạnh của khớp nối dầm và khớp nối hàm, đồng thời có khả năng cách điện thông qua bộ phận kết nối bằng nhựa. Nó cũng có thể hoạt động như một “cầu chì” cho các trục quay. Nếu vượt quá giới hạn mô men xoắn, bộ phận kết nối của khớp nối Oldham sẽ bị vỡ, tránh được việc truyền mô men xoắn quá tải có thể gây hư hỏng cho các bộ phận máy móc đắt tiền.

3.8 Khớp nối Schmidt
 

Khớp trục Schmidt cho phép tâm trục đồng thời chuyển động trong khi đang quay. Nó là loại khớp nối khác tâm, động lực được truyền từ một bên đĩa cuối tới bộ khớp nối và đĩa trung tâm làm chuyển động đĩa còn lại. Chiều dài của bộ khớp nối Schmidt quyết định chuyển động của tâm trục. 

Khớp nối Schmidt được sử dụng trong máy làm giấy, in ấn và các loại máy tương tự, hoạt động như hộp số 1:1 trong một không gian nhỏ gọn hơn.

3.9 Khớp nối bulong

Loại khớp nối này bao gồm 2 mặt bích được kết nối với nhau bằng các bu lông có lót cao su hoặc da cứng. Ống lót cao su có thể thay thế bằng cách tháo bu lông, cho phép nó dễ dàng bảo dưỡng, bảo trì. Thông thường 2 mặt bích của khớp nối bulong sẽ được giữ cách nhau với khoảng cách 5mm.

3.10 Khớp nối kẹp

Khớp nối kẹp (Clamping Coupling) bao gồm 2 mảnh cứng được kết nối với nhau thông qua một cơ cấu kẹp, được sử dụng phổ biến cho các trục có chuyển động chậm hoặc cần thay thế nhanh các trục mà không quá quan trọng về vấn đề căn chỉnh. Chúng là dạng khớp nối trục đơn giản nhất với giá thành khá rẻ.

3.11 Khớp nối cardan

Khớp nối cardan được sử dụng để kết nối hai trục không thẳng hàng, cho phép truyền mô men xoắn một cách trơn tru. Ứng dụng chính của loại khớp nối này là truyền lực từ hộp số đến bộ vi sai hoặc trục sau của ô tô. Nó cũng có thể được dùng trong máy khoan hay máy phay.

3.12 Khớp nối răng

Khớp nối răng (Gear Coupling) cho phép truyền mô men xoắn với chỉ số lớn, dùng nhiều trong điều kiện tải lớn, đường kính trục lớn. Các trục bánh răng được kết nối với nhau thông qua cơ cấu bánh răng bao ngoài. Bằng chuyển động giữa các răng trong và ngoài, nó cho phép điều chỉnh độ lệch góc và trục. Các khớp nối bánh răng đòi hỏi cần phải được bôi trơn định kỳ, khi đó chúng có tuổi thọ từ 3-5 năm, trong một số trường hợp có thể kéo dài hàng chục năm. 

Khớp nối răng được sử dụng phổ biến trong hộp số, cầu trục, tời nâng, ngành sản xuất thép, băng tải, máy khuấy. 

3.13 Khớp nối lò xo

Khớp nối lò xo (Grid Coupling) bao gồm hai trục có rãnh xuyên tâm được kết nối qua một khớp lò xo có độ đàn hồi cao, được sử dụng khi quá trình truyền động xoay lắc và va đập bị hạn chế. Loại khớp nối này có khả năng chống xoắn linh hoạt, sử dụng cho hộp số, bơm, máy nghiền, quạt, băng tải, cẩu trục.

3.14 Khớp nối trục cứng

Loại khớp nối này bao gồm hai nửa được bắt vít với nhau, thường được làm bằng gang. Một khớp nối trục cứng được lắp trực tiếp vào cả hai trục quay. Khớp nối trục cứng có thể được sử dụng cho tải trọng nặng và tốc độ trung bình. Ưu điểm của nó là không cần thay đổi vị trí của trục khi lắp ráp.

Trên đây là những thông tin về khớp nối trục được sử dụng trong cơ khí. Rất hy vọng với bài viết này, các bạn sẽ hiểu hơn về loại chi tiết cơ khí này.