Bánh răng (Gears)

Giống như đĩa xích (sprocket) và puly (pulley), bánh răng được sử dụng trong hệ thống truyền công suất (power transmission) cho ba mục đích chính:

1. Thay đổi hướng quay (changing the direction of power)

2. Thay đổi mô-men xoắn (changing torque)

3. Thay đổi tốc độ quay (RPM)

Mặc dù bánh răng ít phổ biến hơn xích (chain) trong các hệ thống FTC, nhưng vẫn là một lựa chọn hiệu quả và đáng tin cậy. Bánh răng có độ tin cậy tương đương với xích, nhưng không thể truyền công suất đi xa.

Nhiều đội không thích dùng bánh răng trong khung kênh (kit-based channels) vì mẫu lỗ (hole pattern) giới hạn những cặp bánh răng có thể ăn khớp, khiến khó đạt được tỉ số truyền mong muốn.

Tuy nhiên, trong hệ thống khung nhôm định hình (extrusion systems), việc thay đổi tỉ số truyền rất dễ dàng, vì bánh răng có thể được trượt và điều chỉnh linh hoạt.

Thuật ngữ: Gear (Bánh răng)

Bánh răng (Gear) là một chi tiết máy có các răng được gia công chính xác để truyền công suất. Thông thường được ký hiệu dưới dạng “số răng + T”, ví dụ: 32T, 86T. Khi hai bánh răng ăn khớp, hướng quay sẽ đảo ngược.

Vật liệu phổ biến nhất để chế tạo bánh răng là nhôm (aluminum) hoặc nhựa Delrin (Delrin plastic).

Ví dụ: Bánh răng nhôm REV 56T (56T REV aluminum gear)

Vật liệu chế tạo bánh răng

• 7075 Aluminum là loại nhôm phổ biến nhất để làm bánh răng – nhẹ và bền.

• Không bao giờ ăn khớp bánh răng kim loại với bánh răng nhựa.

• Có thể ăn khớp các loại bánh răng kim loại khác nhau, miễn là chúng có cùng số răng trên đơn vị đường kính (cùng diametral pitch).

• Bánh răng TETRIX bằng nhôm nên tránh dùng, vì mòn rất nhanh.

• Một số bánh răng REV được làm bằng nhựa tự bôi trơn Delrin, khá bền. Tuy nhiên: Lỗ tâm (bore) của bánh răng nhựa dễ bị tuôn (strip) nếu chịu lực mạnh. Nên sử dụng REV Hex Hub Strengthener để gia cố trục và tránh làm hỏng bánh răng Delrin.

Bánh răng côn (Bevel Gear)

Bevel gears là loại bánh răng đặc biệt, cho phép truyền công suất giữa hai mặt phẳng khác nhau (ví dụ: 90°). Rất hữu ích trong không gian hẹp hoặc vị trí lắp động cơ bất tiện.

Tính toán đường kính vòng chia (Pitch Diameter Calculation)

Vòng chia (Pitch Circle) là đường tròn tưởng tượng trên bánh răng — nơi mà răng của hai bánh răng tiếp xúc nhau khi ăn khớp.
Khi bánh răng 1 ăn khớp với bánh răng 2, hai vòng chia phải tiếp xúc chính xác tại điểm giữa của vùng răng ăn khớp.

Ăn khớp bánh răng (Meshing Gears)

Thuật ngữ: Mesh

“Meshing” là sự tiếp xúc chồng lấn giữa răng của hai bánh răng, hoặc giữa xích và đĩa, dây đai và puly.

• Ăn khớp đúng cách giúp truyền mô-men xoắn hiệu quả nhất.

• Ăn khớp quá lỏng → mất công suất, trượt, răng mòn nhanh.

• Ăn khớp quá chặt → ma sát cao, giảm hiệu suất, thậm chí kẹt hoặc mài răng.

Cách tốt nhất để ăn khớp đúng:
Các răng vừa khít, vừa chạm đáy răng đối diện, không ép chặt và không có độ hở quá lớn.

Cảnh báo quan trọng

Nếu có thể, tránh sử dụng giá kẹp động cơ (clamping motor mount) để giữ bánh răng.
Chỉ cần một dịch chuyển rất nhỏ của động cơ trong giá kẹp cũng có thể khiến răng bánh răng trượt hoặc bị hỏng.

Tính khoảng cách tâm – tâm (Center-to-Center Distance)

Để tính khoảng cách giữa hai trục bánh răng, cần biết:

• Số răng của từng bánh răng → N₁ , N₂

• Đường kính chia theo răng (Diametral Pitch) → DP

Công thức:

                                                    C = (N₁ + N₂) / (2 x DP)

Trong đó:

• C: khoảng cách giữa hai tâm bánh răng

• N₁ , N₂​: số răng

• DP: số răng trên mỗi inch đường kính

Module (MOD)

Module (MOD) là cách tính tương tự diametral pitch, nhưng dùng đơn vị mm/răng.

Công thức:

                                                   C = (N₁ + N₂) x MOD / 2

Lưu ý:
Không bao giờ ăn khớp bánh răng có diametral pitch khác nhau.
(Ngoại lệ duy nhất: bánh răng 32DP và 0.8 MOD — hai loại này tương thích tốt.)

Ngoài ra, có thể lấy trung bình đường kính vòng chia của hai bánh răng để xác định khoảng cách tâm chính xác.

Ăn khớp chính xác

Hai bánh răng phải song song và thẳng hàng. Nếu lắp trong khung extrusion, cần đặc biệt chú ý vì hai đầu trục có thể không hoàn toàn thẳng hàng → gây kẹt hoặc mòn răng. Cần Luôn đảm bảo bánh răng được căn chỉnh thẳng tuyệt đối.

Bôi trơn

Khuyến nghị dùng mỡ lithium trắng (white lithium grease) hoặc chất bôi trơn tương tự để:

• Giảm ma sát

• Ngăn kẹt

• Kéo dài tuổi thọ bánh răng

Ưu điểm của bánh răng (Advantages)

• Là phương pháp truyền động lâu đời và đáng tin cậy (được sử dụng từ thế kỷ 4 TCN).

• Dễ sử dụng với cả hệ thống kênh (channel) và nhôm định hình (extrusion).

• Trên channel, khoảng cách lỗ đã được tính sẵn – chỉ cần chọn đúng cặp bánh răng.

• Trên extrusion, có thể dễ dàng điều chỉnh và thay đổi tỉ số truyền.

• Tỉ số truyền lớn trong không gian nhỏ (ví dụ: cặp 10T – 100T nhỏ gọn hơn nhiều so với đĩa xích cùng tỉ số).

• Không cần căng chỉnh (tensioning) như xích hay dây đai – chỉ cần căn đúng khoảng cách.

Nhược điểm của bánh răng (Disadvantages)

• Khó đạt tỉ số truyền mong muốn khi bị giới hạn bởi mẫu lỗ trên channel. (Có thể khắc phục bằng tỉ số ghép (compound gear ratios) và sáng tạo trong thiết kế.)

• Không phù hợp cho truyền công suất khoảng cách xa — nên dùng xích hoặc dây đai thay thế.

• Căn chỉnh ăn khớp khó chính xác, đặc biệt trong hệ thống tùy chỉnh.

• Răng bánh răng mòn nhanh hơn đĩa xích nếu ma sát quá lớn → Giải pháp: dùng mỡ lithium trắng hoặc chất bôi trơn tương tự để giảm mài mòn.