_edited.jpg)
MỐI GHÉP THEN (KEY) VÀ THEN HOA: CHI TIẾT NHỎ QUYẾT ĐỊNH HIỆU SUẤT LỚN
- Admin
- 19 thg 11
- 5 phút đọc
Đã cập nhật: 21 thg 11
Mối ghép then (key) và then hoa (spline) là "trái tim" của hệ thống truyền động, quyết định độ tin cậy và khả năng chịu tải của máy móc.
Dưới đây là phân tích toàn diện về phân loại, đặc tính kỹ thuật và các phương pháp gia công hiện nay.
1. Các loại Rãnh then và Then hoa
Mục đích cốt lõi của chúng là truyền mô-men xoắn từ trục sang may-ơ (hub) hoặc ngược lại, và đôi khi dùng để dẫn hướng chuyển động tịnh tiến dọc trục.
1.1. Các loại Then đơn (Single Keys)
Đây là loại phổ biến nhất trong cơ khí chế tạo máy thông thường.
Then bằng (Parallel Key):
Đặc điểm: Mặt cắt hình chữ nhật hoặc vuông. Hai mặt bên là mặt làm việc.
Ưu điểm: Dễ chế tạo, giá thành rẻ, dễ tháo lắp.
Nhược điểm: Khả năng chịu tải trung bình. Gây tập trung ứng suất tại rãnh then trên trục (hệ số tập trung ứng suất Kt thường cao).
Ứng dụng: Hộp giảm tốc, động cơ điện, puly.
Then bán nguyệt (Woodruff Key):
Đặc điểm: Hình dáng như nửa đồng xu.
Ưu điểm: Tự lựa (self-aligning) để thích nghi với độ côn của trục, dễ gia công rãnh trên trục.
Nhược điểm: Rãnh sâu làm yếu trục đáng kể.
Ứng dụng: Trục côn, ô tô, máy công cụ hạng nhẹ.
Then vát (Taper Key): Có độ dốc (thường 1:100). Tạo lực căng khi đóng vào, có thể chịu lực dọc trục nhỏ nhưng làm lệch tâm trục và may-ơ. Hiện nay ít dùng trong máy chính xác.
1.2. Then hoa (Splines)
Khi mô-men xoắn lớn và yêu cầu độ đồng tâm cao, then đơn không đáp ứng được, ta dùng then hoa.
Then hoa chữ nhật (Straight-sided Spline):
Đặc điểm: Các răng có sườn song song. Định tâm theo đường kính ngoài (D), đường kính trong (d) hoặc mặt bên (b).
Ưu điểm: Diện tích tiếp xúc lớn hơn then đơn.
Nhược điểm: Chân răng vuông góc gây tập trung ứng suất lớn, khó gia công chính xác cao hơn so với thân khai.
Then hoa thân khai (Involute Spline): Đây là tiêu chuẩn vàng trong cơ khí hiện đại.
Đặc điểm: Profile răng là đường thân khai (giống bánh răng), thường có góc áp lực 30°, 37.5° hoặc 45°.
Ưu điểm vượt trội:
Chân răng lượn tròn dẫn tới giảm tập trung ứng suất, tăng độ bền mỏi cho trục.
Tự định tâm (Self-centering) cực tốt dưới tải trọng.
Có thể chế tạo bằng các phương pháp gia công bánh răng tiêu chuẩn.
Ứng dụng: Hộp số ô tô, trục các đăng, máy bay, tua bin.
1.3. Lania hay Then tam giác (Serrations)
Đặc điểm: Răng hình tam giác, bước răng nhỏ, góc răng lớn (thường 60°).
Công dụng:
Dùng cho các mối ghép cố định hoặc ít tháo lắp.
Cho phép điều chỉnh vị trí góc xoay rất mịn (ví dụ: lắp cần gạt số, vô lăng).
Ưu điểm: Chân răng rộng chịu tải va đập tốt, không bị lỏng lẻo (zero backlash) khi lắp chặt.
2. Công nghệ chế tạo và Ưu/Nhược điểm
Việc chọn công nghệ phụ thuộc vào: Dạng sản xuất (đơn chiếc hay hàng loạt), Độ cứng vật liệu, và Vị trí (trên trục hay trong lỗ).
2.1. Gia công Rãnh then trên Trục (External)
Công nghệ | Mô tả & Nguyên lý | Ưu điểm | Nhược điểm |
Phay đĩa / Phay ngón (Milling) | Dùng dao phay đĩa hoặc phay ngón để cắt rãnh then bằng/bán nguyệt. | Linh hoạt, rẻ tiền, máy phay vạn năng là làm được. | Năng suất thấp, độ bóng bề mặt trung bình. |
Phay lăn răng (Hobbing) | Dành cho then hoa/thân khai. Dao phay lăn và phôi quay đồng bộ. | Năng suất rất cao, độ chính xác cao, tạo được profile thân khai phức tạp. | Không gia công được sát vai trục (cần khoảng thoát dao). Đầu tư máy móc lớn. |
Cán nguội (Cold Rolling) | Dùng thanh trượt hoặc con lăn ép profile răng lên trục (biến dạng dẻo). | Cơ tính tốt nhất: Thớ kim loại không bị cắt đứt mà được nén lại, tăng độ bền mỏi và độ cứng bề mặt. Siêu nhanh. | Chi phí khuôn rất đắt. Chỉ phù hợp sản xuất hàng loạt lớn (Automotive). |
2.2. Gia công Rãnh then trong Lỗ (Internal)
Đây thường là bài toán khó hơn gia công trên trục.
Công nghệ | Mô tả & Nguyên lý | Ưu điểm | Nhược điểm |
Xọc (Slotting / Shaping) | Dao chuyển động tịnh tiến lên xuống, phôi quay phân độ (với then hoa) hoặc đứng yên (then đơn). | Gia công được lỗ tịt (blind holes), lỗ có bậc vai. Chi phí dao rẻ. | Năng suất rất thấp. Độ nhám bề mặt thường không cao bằng chuốt. |
Chuốt (Broaching) | Vua của gia công lỗ hàng loạt. Dao chuốt dài có nhiều lưỡi cắt, kéo 1 lần qua lỗ để tạo hình hoàn chỉnh. | Năng suất cực cao (vài giây/chi tiết). Độ chính xác và độ bóng bề mặt tuyệt vời. | Dao chuốt rất đắt tiền và chuyên biệt cho từng size. Máy chuốt cồng kềnh. Không chuốt được lỗ tịt. |
Cắt dây (Wire EDM) | Dùng tia lửa điện cắt theo profile lập trình. | Độ chính xác cực cao (micron). Cắt được vật liệu đã tôi cứng (sau nhiệt luyện). Không lực cắt. | Tốc độ rất chậm. Chi phí vận hành cao. Thường dùng chế tạo khuôn hoặc đồ gá, chi tiết mẫu. |
3. Những lưu ý quan trọng khi thiết kế & chế tạo
Khi thiết kế mối ghép then, bạn cần lưu ý các điểm sau:
Tập trung ứng suất (Stress Concentration):
Hầu hết các trục bị gãy tại vị trí rãnh then do mỏi (fatigue).
Giải pháp: Sử dụng Then hoa thân khai thay vì then bằng nếu tải lớn. Nếu dùng then bằng, hãy dùng dao phay ngón để tạo bán kính cong ở đáy rãnh then (fillet radius) thay vì góc vuông sắc cạnh.
Chế độ lắp ghép (Fits):
Trượt (Sliding fit): Dùng cho ly hợp, bánh răng di trượt. Cần tôi cứng bề mặt then và rãnh để chống mòn (thường 50-60 HRC).
Cố định (Interference/Transition fit): Dùng cho puly, bánh đà. Cần tính toán dung sai chính xác để tránh làm nứt may-ơ khi ép.
Vật liệu & Nhiệt luyện:
Then thường làm bằng thép có độ bền cao hơn vật liệu trục một chút (ví dụ thép 45, C45, 40Cr) để tránh then bị cắt (shear) trước.
Với then hoa chịu tải trọng động (như trục láp ô tô), phương pháp Cán (Rolling) sau đó Tôi cao tần (Induction Hardening) là quy trình chuẩn mực.
Bình luận