Các Loại Khớp Nối Trục Là Gì? Phân Loại và Ứng Dụng Chi Tiết

Trong thế giới cơ khí và tự động hóa, khớp nối trục là một bộ phận không thể thiếu, đóng vai trò như “trái tim thầm lặng” kết nối các bộ phận truyền động, đảm bảo hệ thống vận hành trơn tru và hiệu quả. Việc hiểu rõ khớp nối trục là gì, các loại khớp nối phổ biến và chức năng của chúng là vô cùng quan trọng để lựa chọn đúng loại phù hợp, tối ưu hóa hiệu suất và kéo dài tuổi thọ cho toàn bộ máy móc.

Bài viết này sẽ đi sâu vào định nghĩa, chức năng và phân loại chi tiết các loại khớp nối trục, giúp bạn có cái nhìn tổng quan và vững chắc về bộ phận quan trọng này.

Khớp Nối Trục Là Gì? Định Nghĩa và Chức Năng Chính

Khớp nối trục (Coupling) là một bộ phận cơ khí được sử dụng để liên kết hai trục với nhau (trục đầu vào và trục đầu ra), nhằm mục đích truyền tải mô-men xoắn (torque) từ động cơ hoặc bộ phận dẫn động đến thiết bị được dẫn động.

Ngoài chức năng truyền động cơ bản, khớp nối trục còn đảm nhiệm nhiều vai trò quan trọng khác:

• Truyền mô-men xoắn: Chức năng cốt lõi, đảm bảo năng lượng từ động cơ được chuyển giao hiệu quả đến thiết bị làm việc.
• Bù sai lệch trục: Giúp hệ thống hoạt động ổn định ngay cả khi các trục không thẳng hàng hoàn hảo (sai lệch góc, sai lệch song song, sai lệch dọc trục – axial misalignment).
• Giảm chấn và rung động: Hấp thụ các xung lực, sốc tải và rung lắc phát sinh trong quá trình vận hành, từ đó bảo vệ động cơ, hộp số và các bộ phận máy móc khác khỏi hư hại.
• Ngắt kết nối / Bảo vệ quá tải (tùy loại): Cho phép tháo rời hai trục khi cần bảo trì, sửa chữa, hoặc tự động ngắt kết nối khi tải quá lớn để bảo vệ hệ thống.

Phân Biệt Khớp Nối Trục Với Các Loại “Khớp Nối” Khác Trong Công Nghiệp

Trong ngành công nghiệp, thuật ngữ “khớp nối” đôi khi được sử dụng cho nhiều bộ phận có chức năng kết nối khác nhau, dễ gây nhầm lẫn. Điều quan trọng là phải phân biệt rõ ràng để lựa chọn đúng thiết bị cho từng ứng dụng:

1. Khớp Nối Trục (Shaft Coupling):
   • Đặc điểm cốt lõi: Luôn dùng để nối hai trục với nhau, nhằm mục đích truyền mô-men xoắn (lực quay) và năng lượng cơ khí.
   • Ví dụ: Khớp nối Rotex, khớp nối Bowex, khớp nối răng, khớp nối đĩa, khớp nối xích…
2. Khớp Nối Nhanh (Quick Connect/Disconnect Couplings):
   • Đặc điểm: Dùng để nối và ngắt kết nối các đường ống dẫn chất lỏng, khí nén, hoặc dây điện một cách nhanh chóng. Chức năng chính là truyền môi chất hoặc dòng điện, không phải truyền mô-men xoắn cơ khí giữa các trục.
   • Ví dụ: Khớp nối nhanh khí nén cho súng phun, khớp nối nhanh thủy lực cho hệ thống máy công cụ.
3. Khớp Nối Ống (Pipe Couplings / Pipe Fittings):
   • Đặc điểm: Dùng để nối các ống nước, ống dẫn khí, ống dẫn dầu lại với nhau, tạo thành một hệ thống đường ống kín. Chức năng chính là dẫn truyền môi chất, không truyền mô-men xoắn trục.
   • Ví dụ: Măng sông (socket), cút nối (elbow), T-joint, kẹp nối ống (clamp).
4. Khớp Nối Xoay (Rotary Joint / Swivel Joint):
   • Đặc điểm: Cho phép truyền dẫn chất lỏng (nước, dầu, khí, hơi nóng…) hoặc điện năng từ một nguồn tĩnh đến một thiết bị quay. Có thể có trục quay bên trong nhưng chức năng chính là truyền môi chất, không phải truyền mô-men xoắn trục giữa hai trục chính của hệ thống.
   • Ví dụ: Khớp nối xoay cho cuộn dây cáp trong cần cẩu, khớp nối xoay cho máy quay phim.

Phân Loại Khớp Nối Trục Phổ Biến

Khớp nối trục được phân loại dựa trên nguyên lý hoạt động, cấu tạo và khả năng truyền động của chúng, giúp người dùng dễ dàng lựa chọn loại phù hợp với từng yêu cầu và điều kiện ứng dụng cụ thể. Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu 3 nhóm chính

1. Khớp Nối Trục Cứng (Rigid Couplings)

Khớp nối trục cứng là loại khớp nối được thiết kế để tạo ra một kết nối chặt chẽ và không linh hoạt giữa hai trục. Chúng không có khả năng bù sai lệch trục hay giảm chấn. Do đó, khớp nối cứng đòi hỏi độ đồng tâm cực kỳ chính xác giữa hai trục để hoạt động hiệu quả và tránh gây ứng suất lên hệ thống. Loại này kích thước không lớn, chỉ dùng cho trục có đường kính nhỏ và cần lắp đặt chính xác do góc lệch trục rất bé, vì vậy chúng chỉ phù hợp với một số ứng dụng nhất định, không phổ biến, thường được sử dụng khi yêu cầu định vị chính xác và truyền mô-men xoắn tối đa.

• Khớp nối Ống (Sleeve Couplings/Muff Couplings):

  • Mô tả: Là một ống kim loại rỗng, được khoét lỗ then và bắt bu-lông hoặc sử dụng phương pháp ép nhiệt để nối hai trục.
  • Ưu điểm nổi bật: Đơn giản, chi phí thấp, nhỏ gọn, dễ lắp đặt.
  • Ứng dụng: Thích hợp cho các thiết bị tải nhẹ, nơi hai trục gần như đồng tâm tuyệt đối và ít hoặc không có rung động.

• Khớp nối Mặt Bích (Flange Couplings):

  • Mô tả: Bao gồm hai mặt bích được gắn chặt vào đầu mỗi trục và được kết nối với nhau bằng các bu-lông.
  • Ưu điểm nổi bật: Độ chính xác cao, khả năng chịu tải mô-men xoắn lớn, kết nối cực kỳ chắc chắn.
  • Ứng dụng: Phổ biến trong các hệ thống truyền tải công suất cao, trục đường kính lớn như trong máy phát điện, máy nén công nghiệp.

2. Khớp Nối Đàn Hồi (Flexible Couplings / Compensating Couplings)

Khớp nối đàn hồi là nhóm khớp nối phổ biến nhất trong công nghiệp, được thiết kế để truyền mô-men xoắn trong khi vẫn cho phép bù đắp các sai lệch nhỏ về độ thẳng hàng giữa các trục. Ngoài ra, chúng còn có khả năng giảm chấn, hấp thụ rung động và sốc tải, giúp bảo vệ động cơ và các bộ phận máy móc khác khỏi hư hại, kéo dài tuổi thọ hệ thống.

Khớp nối Vấu (Jaw Couplings):

• Mô tả: Sử dụng hai hub có các vấu ăn khớp với nhau thông qua một đệm đàn hồi (spider/elastomer) được làm từ polyurethane, cao su hoặc Hytrel.
• Ưu điểm nổi bật: Giảm chấn tốt, dễ thay thế đệm, bảo vệ thiết bị khỏi sốc tải, bù sai lệch nhẹ.
• Ứng dụng: Rất phổ biến trong các ngành công nghiệp chung như bơm, quạt, máy nén khí, băng tải nhẹ, máy công cụ. (Ví dụ tiêu biểu: KTR Rotex).

Khớp nối Dầm (Beam Couplings):

• Mô tả: Được làm từ một khối kim loại nguyên khối với các đường cắt xoắn ốc (helical cuts) tạo thành một “dầm” linh hoạt để bù sai lệch.
• Ưu điểm nổi bật: Độ chính xác cao, không có khe hở, không cần bảo dưỡng, nhỏ gọn.
• Ứng dụng: Phổ biến trong các ứng dụng điều khiển chuyển động chính xác như encoder, stepper motor, robot, thiết bị y tế.

Khớp nối Ống Thổi (Bellows Couplings):

• Mô tả: Sử dụng một ống thổi kim loại mỏng, đàn hồi (thường là thép không gỉ) để truyền mô-men xoắn.
• Ưu điểm nổi bật: Không có khe hở, độ chính xác cao, khả năng bù sai lệch lớn (cả góc, song song, dọc trục) so với kích thước nhỏ, không cần bảo dưỡng.
• Ứng dụng: Các hệ thống servo, công cụ máy móc chính xác, thiết bị đo lường.

Khớp nối Oldham (Oldham Couplings):

• Mô tả: Bao gồm hai hub và một đĩa trung gian hình chữ nhật có rãnh. Đĩa trung gian trượt trong các rãnh của hai hub để bù sai lệch song song.
• Ưu điểm nổi bật: Bù sai lệch song song rất hiệu quả, khả năng bảo vệ quá tải (đĩa trung gian có thể được thiết kế để hỏng trước), dễ lắp đặt.
• Ứng dụng: Máy in, máy đóng gói, robot, các ứng dụng có sai lệch song song lớn.

Khớp nối Bu lông mặt bích

• Khớp nối bu lông mặt bích là một loại khớp nối trục mạnh mẽ và đáng tin cậy, được cấu tạo từ hai mặt bích làm bằng hợp kim gang hoặc thép. Các mặt bích này được kết nối chặt chẽ với nhau bằng bộ bu lông đai ốc (BOLTSET).
• Điểm đặc biệt của khớp nối này là sự hiện diện của cao su giảm giật được làm từ vật liệu NBR và PU, có khả năng chịu nhiệt độ lên đến 100 độ C. Lớp cao su này đóng vai trò quan trọng trong việc:
• Giảm tải trọng động: Hấp thụ các chấn động, bảo vệ các bộ phận khác của hệ thống.
• Hạn chế tiếng ồn: Giảm thiểu tiếng ồn phát sinh do rung động trong quá trình vận hành.
• Bù sai lệch tâm: Khắc phục những sai lệch nhỏ về tâm giữa các trục, đảm bảo hoạt động trơn tru.
• Với những ưu điểm vượt trội này, khớp nối bu lông mặt bích được sử dụng rất phổ biến trong các ứng dụng yêu cầu độ bền cao như máy bơm nước và quạt công nghiệp.

Khớp nối răng cao su

• Khớp nối răng cao su là một giải pháp hiệu quả cho các ứng dụng tải nhẹ, nơi yêu cầu khả năng giảm chấn tốt. Cấu tạo của khớp nối này bao gồm:
• Phần khớp nối cứng kim loại: Có dạng nắp chụp bánh răng ở bên trong.
  Cao su giảm chấn: Có răng ở bên ngoài, liên kết chặt chẽ với phần kim loại.
  Khi hoạt động, khớp nối răng cao su mang lại nhiều lợi ích:
• Giảm chấn hiệu quả: Hấp thụ rung động, giảm thiểu tiếng ồn và kéo dài tuổi thọ của thiết bị.
• Bảo vệ quá tải: Giúp bảo vệ hệ thống khỏi những tác động bất ngờ của quá tải, ngăn ngừa hư hỏng.
• Khớp nối răng cao su được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong các loại máy nén khí, ví dụ như các máy nén khí của Atlas Copco, nhờ khả năng tích hợp linh hoạt và hiệu suất làm việc ổn định.

Khớp nối Xích (Chain Couplings):

• Mô tả: Bao gồm hai đĩa xích (sprocket) gắn trên mỗi trục, được kết nối bằng một đoạn xích kép tiêu chuẩn hoặc chuyên dụng.
• Ưu điểm nổi bật: Truyền mô-men xoắn cao, khả năng bù sai lệch nhỏ (chủ yếu là sai lệch song song và góc), chi phí tương đối thấp.
• Ứng dụng: Phổ biến trong các ứng dụng tải nặng như băng tải công suất lớn, máy khuấy, thiết bị xây dựng.

Khớp nối Lốp (Tyre Couplings):

• Mô tả: Sử dụng một phần tử đàn hồi hình lốp làm từ cao su hoặc polyurethane, được kẹp giữa hai hub kim loại.
• Ưu điểm nổi bật: Khả năng bù sai lệch trục rất lớn (góc, song song, dọc trục), giảm chấn và hấp thụ rung động xuất sắc, dễ lắp đặt và không cần bôi trơn.
• Ứng dụng: Thích hợp cho các hệ thống có độ sai lệch cao, máy bơm công suất lớn, máy nén, thiết bị có rung động mạnh.

Khớp nối Đĩa (Disc Couplings / Membrane Couplings):

• Mô tả: Truyền mô-men xoắn thông qua các tấm đĩa kim loại mỏng (màng) hoặc gói đĩa kim loại linh hoạt.
• Ưu điểm nổi bật: Độ chính xác cao, không có khe hở (backlash-free), không cần bảo dưỡng, chịu nhiệt tốt, truyền tải momen xoắn lớn với thiết kế nhỏ gọn.
• Ứng dụng: Các máy công cụ CNC, tuabin, máy bơm chính xác, thiết bị yêu cầu độ chính xác và tốc độ cao. (Ví dụ tiêu biểu: KTR Torsiflex).

Khớp nối Răng (Gear Couplings):

• Mô tả: Gồm hai hub có răng ngoài, ăn khớp với một hoặc hai tay áo có răng trong.
• Ưu điểm nổi bật: Khả năng truyền tải mô-men xoắn cực kỳ lớn, chịu tải trọng cao, khả năng bù sai lệch góc đáng kể.
• Ứng dụng: Phù hợp cho các ứng dụng công suất rất cao như nhà máy thép, xi măng, khai thác mỏ, máy nghiền, thiết bị cán. (Ví dụ tiêu biểu: KTR Gear Couplings).

Khớp nối Lưới (Grid Couplings):

• Mô tả: Sử dụng một lưới lò xo kim loại (grid) xuyên qua các rãnh được cắt trên bề mặt của hai hub.
• Ưu điểm nổi bật: Chịu sốc tải tốt, giảm chấn hiệu quả, khả năng bù sai lệch vừa phải.
• Ứng dụng: Phổ biến trong các hệ thống công nghiệp nặng như bơm, máy nén, băng tải, cần trục.

Khớp nối Răng vỏ nhựa (Nylon Sleeve Gear Couplings):

• Mô tả: Là một biến thể của khớp nối răng, có cấu tạo đặc biệt với răng được thiết kế dạng cung tròn, vỏ bên ngoài làm bằng nhựa Nylon.
• Ưu điểm nổi bật: Khả năng bù sai lệch góc lớn hơn khớp nối răng thông thường, giảm mài mòn, truyền mô-men xoắn cao.
• Ứng dụng: Máy bơm, hộp số, máy công cụ có yêu cầu bù sai lệch góc lớn. (Ví dụ tiêu biểu: KTR Bowex – thường có đệm răng cong).

Khớp nối Lò Xo Đĩa (Diaphragm Couplings):

• Mô tả: Tương tự khớp nối đĩa nhưng sử dụng một hoặc nhiều màng (diaphragm) kim loại mỏng thay vì gói đĩa.
• Ưu điểm nổi bật: Không có khe hở, không cần bảo dưỡng, độ chính xác cao, chịu tốc độ cao.
• Ứng dụng: Tuabin, máy phát điện, máy nén tốc độ cao.

Khớp nối Cardan (Universal Joint / Cardan Shaft):

• Mô tả: Được cấu tạo từ hai khớp nối bản lề kết nối bằng trục trung gian, cho phép truyền động giữa hai trục có góc lệch lớn và thay đổi liên tục.
• Ưu điểm nổi bật: Bù sai lệch góc động lớn, truyền lực ổn định ở các góc lệch.
• Ứng dụng: Xe cộ, máy móc nông nghiệp, thiết bị có góc lệch trục linh hoạt.

Khớp nối Schmidt (Schmidt-Kupplung):

• Mô tả: Là loại khớp nối offset độc đáo, tương tự như khớp nối cardan nhưng có thiết kế nhỏ gọn hơn, hoạt động dựa trên cơ cấu tay quay song song.
• Ưu điểm nổi bật: Nhỏ gọn, mô-men tải lớn, khả năng bù sai lệch trục cao, truyền động đồng tốc ngay cả khi trục lệch lớn.
• Ứng dụng: Chủ yếu trong máy đúc cuộn, thiết bị sản xuất sản phẩm vệ sinh, các ứng dụng yêu cầu truyền động chính xác qua khoảng cách offset thay đổi.

3. Khớp Nối Ly Hợp (Safety Couplings / Clutch Couplings)

Khớp nối ly hợp, hay còn gọi là khớp nối an toàn, là một nhóm đặc biệt được thiết kế với chức năng chính là bảo vệ hệ thống. Chúng có khả năng tự động ngắt kết nối giữa động cơ và thiết bị được dẫn động khi xảy ra quá tải đột ngột, kẹt máy hoặc vượt quá mô-men xoắn cho phép. Chức năng này giúp ngăn ngừa hư hỏng nghiêm trọng cho máy móc và đảm bảo an toàn cho người vận hành.

Khớp nối Thủy lực (Fluid Couplings):

• Mô tả: Truyền động mô-men xoắn thông qua chất lỏng (thường là dầu) giữa một bộ phận bơm và một bộ phận tuabin.
• Ưu điểm nổi bật: Khởi động êm ái, làm mềm quá trình khởi động, bảo vệ động cơ khỏi quá tải bằng cách cho phép trượt khi tải quá lớn, giảm rung chấn.
• Ứng dụng: Các hệ thống có quán tính lớn, băng tải công suất lớn, máy nghiền, máy trộn, quạt lớn.

Khớp nối từ

• Mô tả: Khớp nối từ (Magnetic coupling) là một dạng khớp nối ly hợp, truyền mô-men xoắn giữa các trục bằng từ trường mà không cần kết nối cơ học vật lý. Loại khớp nối này còn có chức năng bảo vệ quá tải.
• Ưu điểm nổi bật: Truyền động không tiếp xúc vật lý, bảo vệ quá tải.
• Ứng dụng: Thường dùng trong các ứng dụng đặc biệt như tang cuốn cáp ở cẩu trục tại các cảng.

Khớp nối Ma sát (Friction Clutches):

• Mô tả: Hoạt động dựa trên nguyên lý ma sát, cho phép trượt khi mô-men xoắn vượt quá một giá trị cài đặt.
• Ưu điểm nổi bật: Ngắt kết nối linh hoạt, có thể điều chỉnh mô-men xoắn ngắt, khởi động êm ái.
• Ứng dụng: Trong các hệ thống cần kiểm soát mô-men xoắn, máy in, máy đóng gói, băng tải.

Khớp nối Bi/Đĩa (Ball/Plate Detent Couplings):

• Mô tả: Sử dụng các viên bi hoặc chốt/đĩa lò xo để khóa hai phần của khớp nối. Khi quá tải, các viên bi/chốt này sẽ bật ra, ngắt kết nối ngay lập tức.
• Ưu điểm nổi bật: Ngắt kết nối nhanh và dứt khoát khi quá tải, một số loại có thể tự động nối lại hoặc cần đặt lại thủ công.
• Ứng dụng: Bảo vệ máy móc khỏi hư hỏng do quá tải đột ngột trong các ngành công nghiệp chế biến, bao bì, máy công cụ.

Các Yếu Tố Cần Cân Nhắc Khi Lựa Chọn Khớp Nối Trục

Việc lựa chọn khớp nối trục không chỉ đơn thuần là chọn một loại cụ thể, mà còn phải dựa vào nhiều yếu tố kỹ thuật và điều kiện vận hành của hệ thống. Để đảm bảo khớp nối phát huy tối đa hiệu quả và có tuổi thọ cao, bạn cần xem xét các yếu tố sau:

• Công suất (Power): Công suất của động cơ (kW hoặc HP) và công suất cần truyền tải.
• Đường kính trục: Bao gồm đường kính d (trục chủ động) từ động cơ/hộp số và đường kính d của máy công tác (trục bị động) mà khớp nối cần lắp.
• Mô-men xoắn (Torque): Bao gồm mô-men xoắn làm việc, mô-men khởi động và mô-men đỉnh.
• Tốc độ quay (Speed): Tốc độ hoạt động tối đa và trung bình của trục.
• Mức độ sai lệch trục (Misalignment): Sai lệch góc, sai lệch song song và sai lệch dọc trục mà hệ thống có thể gặp phải.
• Điều kiện môi trường (Environment): Nhiệt độ hoạt động, độ ẩm, sự hiện diện của bụi bẩn, hóa chất, ăn mòn.
• Tần suất khởi động/dừng (Starts/Stops per hour): Ảnh hưởng đến độ bền và tuổi thọ của khớp nối.
• Không gian lắp đặt (Space constraints): Kích thước vật lý cho phép lắp đặt khớp nối.
• Yêu cầu bảo trì và tuổi thọ mong muốn: Mức độ bảo trì cần thiết và thời gian sử dụng dự kiến.
• Tính năng đặc biệt: Yêu cầu giảm chấn, cách điện, khả năng ngắt quá tải, dễ tháo lắp.

Kết Luận & Lời Khuyên Chuyên Gia

Khớp nối trục là một thành phần không thể thiếu và vô cùng đa dạng trong hệ thống truyền động công nghiệp. Việc hiểu rõ từng loại khớp nối, chức năng và các yếu tố ảnh hưởng đến lựa chọn là nền tảng để tối ưu hóa hiệu suất và đảm bảo sự bền bỉ của máy móc.

Tuy nhiên, quá trình lựa chọn khớp nối phù hợp có thể phức tạp và đòi hỏi kiến thức chuyên môn sâu rộng. Để hiểu sâu hơn về các tiêu chí lựa chọn hoặc khám phá các thương hiệu khớp nối trục hàng đầu trên thị trường, hãy tham khảo các bài viết chuyên sâu của chúng tôi:

• Hướng Dẫn Toàn Diện Cách Lựa Chọn Khớp Nối Trục Phù Hợp
• TOP Thương Hiệu Khớp Nối Trục Động Cơ
• Khám phá thêm các tài liệu kỹ thuật về truyền động
• Bảng tra lựa chọn khớp nối trục theo công suất động cơ

Nếu bạn cần tư vấn chuyên sâu hoặc muốn lựa chọn khớp nối phù hợp nhất cho ứng dụng của mình, đừng ngần ngại liên hệ đội ngũ chuyên gia của chúng tôi tại Minh Quân TTI – đơn vị nhập khẩu và phân phối khớp nối KTR chính hãng tại Việt Nam qua hotline/Zalo 0374.927.864 để được hỗ trợ nhanh chóng và chính xác nhất!