Bộ truyền trục vít khác thường so với các bộ truyền bánh răng khác ở chỗ trục vít và bánh vít gần như luôn chạy bằng hai vật liệu khác nhau. Một cặp bánh răng trụ thẳng hoặc bánh răng nghiêng có thể làm từ cùng một loại thép, nhiệt luyện đến cùng độ cứng và vận hành bền hàng chục năm. Cặp trục vít thì không thể như vậy. Nếu chạy trục vít thép lên bánh vít thép ở bất kỳ tốc độ trượt đáng kể nào, răng sẽ dính hàn, gờ ráp và rách chỉ trong vài phút, ngay cả khi dùng loại dầu bôi trơn tốt nhất mà tiền mua được. Nguyên nhân nằm ở hình học tiếp xúc: trong bộ truyền trục vít, ren trục vít trượt trên răng bánh vít chứ không lăn qua, và tiếp xúc diễn ra theo một đường dưới áp suất rất cao. Để chịu được điều này, bánh vít phải làm bằng vật liệu mềm hơn, dễ biến dạng hơn, có thể gắn kết các hạt mài và chịu được bôi trơn biên, trong khi trục vít phải cứng và bóng. Cặp vật liệu khác nhau này là lựa chọn thiết kế quan trọng nhất trong hộp giảm tốc trục vít, và nó quyết định trực tiếp bộ truyền bền bao lâu, chạy hiệu suất ra sao, vận hành êm đến mức nào và chi phí bảo trì suốt vòng đời thế nào. Chọn đúng cặp vật liệu, hộp giảm tốc sẽ chạy êm cả thập kỷ; chọn sai, bạn sẽ phải đại tu trong vòng một năm.
Cặp vật liệu công nghiệp tiêu chuẩn là trục vít thép thấm cacbon đạt 58–62 HRC chạy với bánh vít đồng thiếc, thường là đồng phốt pho PB-2 (CuSn10). Trục vít thép cứng cung cấp ren chịu mài mòn, còn bánh vít đồng mềm cung cấp bề mặt tiếp xúc chống gờ ráp. Tổ hợp này chịu được tốc độ trượt tới khoảng 8–12 m/s và mật độ mô-men xoắn mà không cặp vật liệu nào sánh bằng. Lựa chọn thứ hai rẻ hơn là bánh vít gang xám chạy với trục vít thép. Gang có các mảnh graphit tự nhiên đóng vai trò chất bôi trơn rắn, và rẻ hơn đồng thanh nhiều, nhưng khả năng chịu tải thấp hơn và giới hạn ở tốc độ trượt dưới khoảng 2–3 m/s. Nó phổ biến trong các hộp giảm tốc tải nhẹ, bộ truyền băng tải nhỏ và các hộp giảm tốc giá rẻ, nơi giá mua quan trọng hơn hiệu suất hay tuổi thọ. Lựa chọn thứ ba, đồng nhôm, nằm giữa hai loại: mạnh hơn đồng thiếc và chống gờ ráp tốt hơn gang, được dùng cho các ứng dụng đặc biệt tải nặng hoặc nhiệt độ cao, nơi đồng thiếc sẽ biến dạng dẻo dưới tải liên tục. Nó đắt hơn đồng thiếc rõ rệt, nên chỉ dành cho những trường hợp thực sự cần độ bền cơ học cao hơn. Lựa chọn tệ nhất — và là nguyên nhân gây nhiều hỏng hóc thực tế có thể phòng tránh nhất — là chạy hai chi tiết thép vào nhau, hoặc trục vít tôi cứng lên bánh vít tôi cứng. Hai bề mặt có cùng cấu trúc tinh thể, chúng hàn lại dưới áp suất tiếp xúc cao, và gờ ráp xuất hiện trong vòng vài giờ. Ngay cả một bánh vít đồng quá cứng, hoặc một trục vít không được đánh bóng tới độ nhám mịn, cũng sẽ rút ngắn tuổi thọ đáng kể.
Quy tắc kinh nghiệm là trục vít càng cứng và tốc độ trượt càng cao, bạn càng cần một bánh vít đồng mềm, dễ biến dạng. Ở tốc độ trượt trên 5 m/s, vùng tiếp xúc nóng lên, màng dầu mỏng đi và bôi trơn biên chiếm ưu thế — đúng điều kiện đồng thanh phát huy thế mạnh, vì hợp kim đồng-thiếc của nó có ái lực tự nhiên với dầu và xu hướng dính hàn với thép thấp. Ở tốc độ trượt dưới 2 m/s, tiếp xúc giữ được kiểu thủy động lực học, màng dầu còn nguyên, và bánh vít gang có thể chịu tải vì graphit trong gang cung cấp bôi trơn rắn. Tích số của áp suất tiếp xúc và tốc độ trượt, gọi là giá trị PV, là tham số thiết kế chi phối lựa chọn này: PV cao nghĩa là đồng, PV thấp nghĩa là gang. Độ cứng trục vít cũng quan trọng không kém — một trục vít mài và đánh bóng đạt 58 HRC sẽ chạy với bánh vít đồng trong 20.000 giờ trở lên, trong khi một trục vít chỉ tiện đạt 30 HRC sẽ làm mòn bánh vít đồng trong một phần thời gian đó. Độ nhám bề mặt ren trục vít cũng quan trọng không kém: một trục vít đánh bóng độ bóng gương sẽ giữ và duy trì màng dầu, kéo dài tuổi thọ, còn bề mặt tiện thô sẽ cạo trôi dầu và đẩy nhanh mài mòn. Mục tiêu thực tế là chênh lệch độ cứng giữa trục vít và bánh vít nên ít nhất 30 HRC để vận hành tin cậy, bền lâu. Một sai lệch thông số kỹ thuật phổ biến là chỉ tôi trục vít đến 45 HRC rồi tự hỏi vì sao bánh vít đồng mòn chỉ trong vài tháng; chính độ sâu lớp thấm và độ cứng bề mặt của một trục vít thấm cacbon đúng cách mới khiến đồng bền.
Ba kiểu hỏng hóc chi phối tuổi thọ bánh vít. Thứ nhất là mài mòn do mài, khi bụi bẩn, hạt mòn từ hộp giảm tốc hoặc dầu nhiễm bẩn hoạt động như hỗn hợp mài giữa các răng. Nó biểu hiện bằng việc răng bánh vít mòn mỏng đều và khe hở ăn khớp tăng dần, và hầu như luôn là dấu hiệu phớt bị hỏng hoặc đã bỏ quên chu kỳ thay dầu. Thứ hai là gờ ráp hay xước, xảy ra khi màng dầu phá vỡ và hai bề mặt dính hàn cục bộ — nó hiện ra thành các mảng bị múc, rách trên răng bánh vít và thường là kết thúc cho hộp giảm tốc. Gờ ráp là kiểu hỏng hóc đáng sợ nhất trong bộ truyền trục vít vì nó xảy ra đột ngột, không có cảnh báo dần dần. Thứ ba là rỗ bề mặt, khi mỏi tiếp xúc tạo thành các lỗ nhỏ trên mặt sườn răng bánh vít; nó ít gặp ở bánh vít đồng hơn bánh răng thép, nhưng vẫn xuất hiện sau thời gian phục vụ rất dài dưới tải nặng. Mục tiêu tuổi thọ thực tế là 20.000 đến 30.000 giờ cho một bộ truyền trục vít đồng trên thép được kích thước đúng, chạy ở tải định mức, và 10.000 đến 15.000 giờ cho bộ truyền bánh vít gang. Đòn bẩy lớn nhất cho tuổi thọ là bôi trơn: dùng đúng loại dầu bộ truyền trục vít chịu áp suất cực cao, thay dầu đúng lịch, và giữ hộp giảm tốc kín bụi sẽ nhân đôi hoặc tăng gấp ba tuổi thọ kỳ vọng một cách đáng tin cậy hơn bất kỳ nâng cấp vật liệu nào.
Quyết định mua hàng theo một logic nếu-thì đơn giản. Nếu hộp giảm tốc chạy ở tốc độ trượt trên 5 m/s, hoặc truyền mô-men xoắn vài trăm newton-mét trở lên, hoặc dự kiến chạy liên tục nhiều năm không mở ra — hãy chọn bánh vít đồng phốt pho PB-2 trên trục vít thép thấm cacbon, đã mài. Nếu ứng dụng tải nhẹ, ngắt quãng, tốc độ thấp và nhạy cảm chi phí — một băng tải nhỏ, máy đóng gói, một bộ truyền động nhẹ — bánh vít gang trên trục vít thép là lựa chọn hợp lý và tiết kiệm 30–50% giá mua hộp giảm tốc. Nếu ứng dụng đứng yên, chu kỳ thấp và hầu như không chạy, bánh vít gang dẻo có thể bắc cầu giữa hai loại. Nếu việc tiếp cận bảo trì khó khăn và hộp giảm tốc phải chạy nhiều năm không kiểm tra, hãy chi thêm tiền cho đồng và cho độ nhám bề mặt trục vít cao hơn — chi phí của một lần hỏng sớm ở một vị trí lắt léo vượt xa khoản tiết kiệm vật liệu. Nếu hộp giảm tốc chạy trong môi trường nhiệt độ cao nơi dầu loang nhanh, hãy chuyển sang đồng nhôm hoặc giảm mô-men xoắn định mức. Đừng mặc định dùng toàn thép "vì nó mạnh hơn" — trong bộ truyền trục vít, độ mạnh răng không phải yếu tố giới hạn, mà chính khả năng chống gờ ráp mới là.
Tại nhà máy, chúng tôi cung cấp các bộ truyền trục vít đặt làm riêng bằng đồng phốt pho PB-2, đồng nhôm, gang xám và gang dẻo, phối hợp với trục vít thép thấm cacbon hoặc tôi cao tần. Để báo đúng cặp vật liệu cho ứng dụng của bạn, hãy gửi cho chúng tôi khoảng cách tâm hoặc đường kính trục vít, tỷ số truyền cần thiết, tốc độ và mô-men xoắn đầu vào, chu kỳ làm việc dự kiến, và tốc độ trượt nếu bạn đã tính. Chúng tôi sẽ đề xuất vật liệu bánh vít, độ cứng trục vít và độ nhám bề mặt đáp ứng mục tiêu tuổi thọ của bạn với chi phí thấp nhất — và chúng tôi sẽ nói thẳng khi một bánh vít gang rẻ hơn vẫn làm được việc, thay vì lúc nào cũng bán đắt đồng cho bạn.