Khớp Nối Cardan là tên gọi chung cho các cơ cấu truyền động cho phép truyền tải Mô-men xoắn (Torque) giữa hai trục giao nhau tại một góc lớn (Angular Misalignment). Trong kỹ thuật, thuật ngữ này được phân loại dựa trên ứng dụng và kích cỡ:
- Universal Joint: Thường dùng để chỉ các khớp nối mini hoặc các bộ phận đơn lẻ (khớp chữ thập) dùng trong các ứng dụng chính xác, tốc độ thấp (ví dụ: tay lái, máy công cụ).
- Cardan Shaft / Propeller Shaft: Dùng để chỉ các trục truyền động hoàn chỉnh (thường là khớp kép, tải nặng) trong ô tô, máy móc công nghiệp, nhà máy thép. Đây là phân khúc có sự tham gia của các thương hiệu lớn như Voith, Wichita, KTR, GWB.
Mặc dù nguyên lý hình học (Kinematics) của khớp Cardan đơn dẫn đến hiện tượng phức tạp về Tốc độ góc không đồng nhất (Non-Uniform Velocity), các giải pháp kỹ thuật đã khắc phục được vấn đề này. (Tham khảo danh mục sản phẩm: Khớp Nối Cardan)
I. Vấn Đề Kỹ Thuật: Tốc Độ Góc Không Đồng Nhất
Hiện tượng này là thách thức lớn nhất khi sử dụng khớp Cardan đơn, xảy ra khi trục đầu vào (\omega_{in}) và trục đầu ra (omega_{out}) không có tốc độ đồng nhất do góc giao nhau (\beta \neq 0).
1.1. Công Thức Tốc Độ và Hậu Quả
Khi trục chủ động quay đều, trục bị động sẽ tăng tốc và giảm tốc hai lần trong một chu kỳ quay. Độ lớn của sự dao động tốc độ tỉ lệ thuận với góc lệch $(\beta)$.
omega out = (omega in x cos beta) / (1 – sin^2 beta x sin^2 phi)
Sự dao động này tạo ra Rung động Xoắn (Torsional Vibration) và Tải trọng Động (Dynamic Load) lặp lại, gây mòn sớm cho vòng bi và hộp số.
II. Giải Pháp Khắc Phục và Điều kiện Căn Chỉnh
Để đảm bảo tốc độ góc đồng nhất (omega_{out} = omega_{in}) khi truyền tải qua góc, cần phải sử dụng Hệ thống Khớp Cardan Kép (Double Universal Joint System).
2.1. Điều kiện Cân Bằng Đồng Nhất Tốc Độ
Hệ thống khớp kép sử dụng hai khớp đơn nối bằng một trục trung gian (Intermediate Shaft). Khả năng bù trừ dao động tốc độ chỉ đạt được nếu tuân thủ nghiêm ngặt hai điều kiện căn chỉnh:
- Góc Bù Trừ (Equal Angles): Góc giao nhau của khớp thứ nhất (beta_1) phải bằng góc giao nhau của khớp thứ hai (beta_2).
- Đồng Pha (In-Phase Alignment): Các Yoke (càng nối) trên trục trung gian phải được lắp đặt đồng phẳng (In Phase).
III. Các Biến Thể Cardan Đặc biệt
Ngoài cấu trúc chữ thập truyền thống, có các biến thể Cardan được thiết kế để giải quyết các vấn đề kỹ thuật khác nhau:
3.1. Khớp Nối Cardan Đồng Tốc (Constant Velocity Joint – CV Joint)
Loại này, phổ biến trong hệ thống dẫn động cầu trước ô tô, sử dụng cấu trúc bi cầu (Ball Cage) để truyền Mô-men xoắn. Nó có ưu điểm vượt trội:
- Đảm bảo tốc độ góc luôn luôn đồng nhất (omega_{out} = omega_{in}) dù trục bị lệch góc lớn.
(Tham khảo biến thể tương tự: Khớp Nối Cardan CPU Paraflex)
3.2. Khớp Nối Schmidt (Schmidt Coupling)
Đây là một dạng khớp nối đặc biệt, không chỉ bù sai lệch góc mà còn bù được Sai lệch Song song lớn (Large Parallel Misalignment) mà không tạo ra lực phản ứng lớn. Nó sử dụng hệ thống các đĩa và thanh nối hình học để duy trì tốc độ góc đồng nhất trong khi dịch chuyển song song.
(Tham khảo khớp nối Schmidt: Khớp Nối Schmidt Kupplung Germany)
IV. Ứng Dụng và Thương Hiệu Lớn
Các ứng dụng tải nặng và tốc độ cao yêu cầu các sản phẩm chất lượng từ các nhà sản xuất chuyên biệt:
- Các Thương hiệu Lớn: Voith, Wichita, KTR, GWB là những tên tuổi hàng đầu cung cấp Trục Cardan tải nặng (Cardan Shaft) cho ngành công nghiệp thép, tàu thủy và máy móc khai thác mỏ.
- Yêu cầu Cân bằng động: Các trục Cardan dài, tốc độ cao phải trải qua Cân bằng động (Dynamic Balancing) nghiêm ngặt để loại bỏ rung động ly tâm, một yếu tố sống còn cho tuổi thọ hệ thống.
Liên Hệ Tư Vấn và Đặt Hàng
Việc lựa chọn Khớp Cardan đòi hỏi phân tích góc vận hành và điều kiện Đồng Pha cho khớp kép. Chúng tôi cung cấp giải pháp từ các thương hiệu hàng đầu và tư vấn kỹ thuật chuyên sâu về căn chỉnh.
Vui lòng liên hệ đội ngũ kỹ thuật của Minh Quân TTI để được tư vấn chuyên sâu về thiết kế và lựa chọn Hệ thống Khớp Cardan phù hợp nhất cho ứng dụng của bạn.
