Việc chọn đúng loại bánh răng là một trong những quyết định đầu tiên của bất kỳ thiết kế bộ truyền động nào, bởi nó âm thầm quy định hiệu suất, mức ồn, kích thước bao và chi phí vận hành của cả hộp giảm tốc trong suốt nhiều năm. Bốn yếu tố chi phối lựa chọn. Thứ nhất là tải trọng truyền đi và cách nó tác động, dù là mô-men xoắn ổn định, va đập lặp lại, làm việc thuận nghịch hay pha trộn cả ba. Thứ hai là tốc độ: các hộp giảm tốc tốc độ thấp có thể chấp nhận một cách âm thầm những hình dạng hình học mà bộ truyền tốc độ cao không bao giờ chấp nhận được, bởi va đập và ma sát trượt đều tăng theo tốc độ dài trên vòng chia. Thứ ba là cách bố trí trục, song song, lệch góc hay vuông góc, yếu tố này thường loại ngay hai trong bốn phương án hình học trước khi bất kỳ con số nào được tính toán. Thứ tư là sự cân bằng giữa tiếng ồn, khe hở ăn khớp, hiệu suất và chi phí trên một đơn vị sản phẩm, bởi chiếc bánh răng hoàn hảo nhất về mặt kỹ thuật hiếm khi là chiếc rẻ nhất khi mua, lắp đặt, vận hành và bảo trì trong suốt thập kỷ phục vụ. Hướng dẫn này đi lần lượt bốn loại bánh răng phổ biến nhất, so sánh chúng bằng văn bản thuần túy, và kết thúc bằng những tham số bạn nên đặt trên bàn khi xin báo giá nhà cung cấp.
Bánh răng trụ thẳng là điểm khởi đầu mặc nhiên của hầu hết mọi đội ngũ thiết kế, bởi chúng đơn giản nhất, rẻ nhất để cắt răng và dễ lựa thông số, kiểm tra cũng như thay thế nhất. Răng của chúng chạy song song với trục, nên tiếp xúc trên toàn bề rộng răng gần như thuần lăn, hầu như không có lực đẩy dọc trục đáng kể. Điều đó khiến hành vi của chúng dễ đoán, khoan dung với sai lệch đồng tâm và phù hợp với bố trí bi tâm rãnh sâu tiêu chuẩn. Giới hạn về cơ khí là việc ăn khớp bắt đầu và kết thúc đột ngột dọc theo một đường trên răng, gây va đập ở tần số ăn khớp và tiếng kêu rít đặc trưng, tiếng kêu này trở nên khó bỏ qua ngay khi tốc độ dài trên vòng chia vượt vài mét trên giây. Bánh răng trụ thẳng phát huy tốt ở các bộ truyền tốc độ trung bình thấp, tải cao, trục song song và nơi tiếng ồn không phải mối quan tâm hàng đầu: hộp đầu máy công cụ, bộ truyền băng tải, hộp giảm tốc công nghiệp nhỏ, máy in, máy đóng gói và bộ truyền động khởi động cho động cơ đốt trong. Chúng cũng là hình dạng được chọn cho các trục định vị nhạy cảm với khe hở ăn khớp, bởi khe hở giữa các răng dễ kiểm soát hơn trên dạng răng thẳng so với bất kỳ dạng răng cong hay nghiêng nào. Khi tốc độ dài trên vòng chia vượt vài mét trên giây, hoặc khi bộ truyền phải đặt sát người hay sát một thiết bị chính xác, bánh răng trụ thẳng bắt đầu nhường chỗ cho bánh răng nghiêng, và lý do thường luôn là ngân sách tiếng ồn.
Bánh răng nghiêng cắt răng theo một góc xoắn trên mặt trụ, nên tiếp xúc bắt đầu từ một mép răng rồi quét dần trên toàn bề rộng thay vì ập vào cùng một lúc. Kết quả là hệ số trùng khớp cao hơn, truyền tải mượt mà hơn, êm hơn ở cùng tốc độ dài trên vòng chia và khả năng mang mô-men xoắn lớn hơn trên cùng đường kính vòng chia. Với máy móc nhạy ồn hoặc tốc độ cao, hộp số tay và ly hợp song ô tô, bộ truyền giảm tốc xe điện, máy nén công nghiệp, quạt thổi và trục chính tốc độ cao, bánh răng nghiêng hầu như luôn là câu trả lời, và trong nhiều trường hợp chúng được lựa thông số ngay cả khi bánh răng thẳng về mặt kỹ thuật đã đủ mang tải. Đánh đổi là lực đẩy dọc trục: góc xoắn đẩy bánh răng dẫn động và bánh răng bị dẫn tách ra dọc theo trục, nên ổ lăn phải chịu cả tải hướng tâm lẫn lực dọc trục, và hiệu suất giảm nhẹ do ma sát trượt dọc mặt sườn răng. Bánh răng nghiêng đôi hình xương cá hủy lực đẩy bằng cách ghép hai chiều vặn ngược nhau trên cùng một trục, nhưng chúng đắt hơn để chế tạo, đòi hỏi khe hở chính xác giữa hai dãy răng và khó mài nhúm cũng như kiểm tra hơn. Khi tiếng ồn và tốc độ chi phối thông số kỹ thuật, cái phạt hiệu suất nhỏ đó và việc nâng cấp ổ lăn hầu như luôn đáng giá, và tuổi thọ dài sẽ hoàn lại khoản chênh lệch.
Bộ truyền trục vít ghép một con trục vít dạng ren với một bánh vít bằng đồng thanh, và là hình dạng phổ biến duy nhất cho được tỷ số truyền lớn trong một cấp, thường từ hai mươi đến một lên đến sáu mươi đến một, và trong các thiết kế đặt riêng là trên một trăm đến một, giữa các trục không giao nhau ở góc chín mươi độ. Tỷ số truyền một cấp đó gom gọn những gì lẽ ra cần ba bốn cấp bánh răng thẳng hoặc nghiêng vào trong một khối nhỏ gọn, yên tĩnh, có thể làm kín, đó là lý do hộp giảm tốc trục vít phổ biến đến vậy trong máy móc nhỏ gọn. Chính tiếp xúc trượt tạo ra tỷ số truyền đó lại sinh ra hai đặc tính mà người mua rất quan tâm: tự khóa, tức là bánh vít không thể truyền ngược cho trục vít và tải được giữ nguyên vị trí mà không cần phanh ngoài; và hiệu suất thấp, thường trong khoảng 40–70%, đồng nghĩa với việc tản nhiệt nhiều hơn, chọn bôi trơn cẩn trọng hơn và hóa đơn điện cao hơn qua nhiều năm làm việc liên tục. Bộ truyền trục vít là lựa chọn đúng khi một hộp giảm tốc vuông góc nhỏ gọn, vận hành êm và khả năng giữ tải quan trọng hơn hiệu suất đỉnh: bộ truyền băng tải, thiết bị nâng, bộ truyền van, máy đóng gói thực phẩm, đầu máy công cụ nhỏ và thiết bị sân khấu là những ví dụ kinh điển. Chúng là lựa chọn sai khi hộp giảm tốc chạy liên tục hàng giờ liền, bởi nhiệt sinh ra và mài mòn bánh vít đồng thành cái giá vận hành thực tế, và cái giá hiệu suất hiện ra trên hóa đơn năng lượng.
Bánh răng côn nằm trên các trục giao nhau, hầu như luôn ở góc chín mươi độ, và truyền chuyển động qua một góc vuông nơi bánh răng song song đơn giản là không với tới được. Bánh răng côn răng thẳng là dạng gần nhất của bánh răng trụ thẳng trên mặt nón: dễ chế tạo, dễ lắp ráp, êm ở tốc độ thấp và ồn khi tốc độ tăng lên. Bánh răng côn xoắn tạo răng thành cung tròn để ăn khớp dần, giống như cách bánh răng nghiêng cải tiến bánh răng thẳng, và chúng chạy mượt hơn, mang tải lớn hơn, chịu được tốc độ dài trên vòng chia cao hơn, với giá là hình học phức tạp hơn và cắt răng đắt hơn. Bánh răng côn xoắn không độ nằm ở giữa, có răng cong nhưng góc xoắn bằng không, và có đặc tính lực đẩy dọc trục tương tự bánh răng côn răng thẳng. Điểm đau thực tế chung cho mọi loại bánh răng côn là lực đẩy dọc trục, nó đổi chiều theo chiều vặn và chiều quay, nên việc chọn ổ lăn, ép trước và khoảng cách lắp phải được lựa thông số cùng với phôi bánh răng. Bánh răng côn là lựa chọn hợp lý duy nhất khi hai trục phải gặp nhau theo một góc: vi sai ô tô, máy in và dệt may, đầu góc và bàn xoay máy công cụ, cấp ra vuông góc của hộp giảm tốc, và các công cụ cầm tay như máy mài góc và máy khoan góc. Nếu hai trục song song, bánh răng côn không bao giờ là câu trả lời đúng, bất kể vỏ hộp nhìn trên giấy có nhỏ gọn đến đâu.
Khi đặt cạnh nhau, bốn hình dạng sắp xếp khá có thể đoán trước trên những kích thước kỹ thuật mà người mua thực sự so sánh. Về tỷ số truyền một cấp, bộ truyền trục vít thắng tuyệt đối, rồi đến bánh răng côn xoắn, rồi đến bánh răng nghiêng, cuối cùng là bánh răng thẳng, đó là lý do bộ truyền trục vít là mặc định cho các hộp tỷ số cao nhỏ gọn. Về hiệu suất trên mỗi cấp, bánh răng thẳng và nghiêng dẫn đầu ở khoảng 96–98%, bánh răng côn răng thẳng theo sát phía sau, và bộ truyền trục vít xếp cuối do ma sát trượt cố hữu giữa trục vít thép và bánh vít đồng. Về tiếng ồn ở một tốc độ dài trên vòng chia cho trước, bánh răng nghiêng và côn xoắn êm nhất, bộ truyền trục vít êm một cách bất ngờ bởi tiếp xúc trượt hấp thụ va đập giữa các răng, còn bánh răng côn răng thẳng và bánh răng thẳng ồn nhất ngay khi tốc độ tăng. Về lực đẩy dọc trục, bánh răng thẳng gần như không tạo ra, giúp đơn giản hóa ổ lăn; bánh răng nghiêng và côn xoắn tạo lực đẩy có thể đoán trước mà ổ lăn phải đỡ; còn bộ truyền trục vít đặt một lực tách lớn lên các trục, đẩy kích thước ổ lăn và vỏ hộp lên. Về chi phí mua, bánh răng thẳng rẻ nhất, rồi đến bánh răng côn răng thẳng, rồi đến bánh răng nghiêng, cuối cùng là trục vít, bởi bánh vít thường là cặp đôi đồng trên thép làm tăng chi phí vật tư và gia công, còn bản thân trục vít được mài thành ren chính xác. Về kiểm soát khe hở ăn khớp, bánh răng thẳng và côn răng thẳng dễ chỉnh nhất bằng cách đệm khoảng cách tâm, còn trục vít và côn xoắn đòi hỏi lắp đặt cẩn trọng hơn vì vùng tiếp xúc di chuyển theo vị trí lắp. Bạn có thể đọc cùng phép so sánh đó chi tiết hơn trong các bài riêng về hành vi bánh răng thẳng so với nghiêng và về ứng dụng trục vít so với bánh răng côn, rồi đối chiếu lại kỳ vọng về hiệu suất và bảo dưỡng trong bài chuyên sâu về bộ truyền trục vít, và xác nhận mô-đun cùng bước răng đã chọn có đủ mang mô-men xoắn bạn đã tính toán hay không.
Một quy trình chọn lựa thực tế gói gọn tất cả thành một chuỗi câu hỏi ngắn. Trước hết hỏi trục vào và trục ra có giao nhau không. Nếu gặp nhau theo một góc, gần như luôn là bánh răng côn, và chọn côn xoắn nếu tốc độ hay tiếng ồn là mối quan tâm, côn răng thẳng nếu chi phí và tốc độ thấp chi phối. Nếu hai trục song song và tỷ số cần thiết trên một cấp vượt xa mười đến một, hãy nghĩ đến trục vít dù hình học trục vít đặt hai trục ở góc chín mươi độ theo thiết kế, bởi đó là trường hợp duy nhất trục vít cạnh tranh trên tỷ số truyền chứ không phải trên góc trục. Nếu hai trục song song, tốc độ trung bình thấp và tiếng ồn chấp nhận được, bánh răng trụ thẳng là câu trả lời rẻ nhất, đơn giản nhất và đáng tin cậy nhất. Nếu tốc độ cao, tiếng ồn là mối quan tâm, hoặc tải nặng trên một khối nhỏ gọn, hãy chuyển sang bánh răng nghiêng, và chọn nghiêng đôi khi lực đẩy dọc trục trên trục dài mảnh là không thể chấp nhận. Nếu ứng dụng phải giữ tải mà không có phanh ngoài, hoặc cần một cấp tỷ số trên hai mươi đến một trong một hộp nhỏ, trục vít là mặc định dù hiệu suất thấp hơn. Đến cuối quy trình, thường còn lại hai ba phương án, và lựa chọn được chốt bởi ngân sách tiếng ồn, khả năng chịu nhiệt của vỏ hộp và mục tiêu giá.
Khi hình dạng đã thu hẹp còn một hai phương án, yêu cầu báo giá gửi nhà cung cấp nên kèm một danh sách số liệu ngắn gọn và cụ thể để lời khuyên đáng tin cậy chứ không chung chung. Cho biết tốc độ vào và tốc độ ra cần thiết, điều này xác định tỷ số truyền và xác nhận liệu một cấp có thực tế hay không. Cho biết mô-men xoắn trên cả hai trục, và tải là đồng đều, va đập vừa phải hay va đập mạnh, bởi điều đó thay đổi hệ số phục vụ và bề rộng răng mà nhà cung cấp nên báo giá. Nêu khoảng cách tâm hoặc không gian lắp đặt khả dụng, bởi nó giới hạn đường kính vòng chia và thường loại bỏ một trong các phương án. Nêu cấp chính xác cần thiết, tiêu chuẩn DIN 3961, ISO 1328 hay cấp AGMA quen thuộc hơn với khách hàng của bạn, nhất là khi bộ truyền dùng cho định vị hoặc tốc độ cao, nơi sai số bước răng biểu hiện trực tiếp thành rung động. Nêu vật liệu và nhiệt luyện ưu tiên: thép tôi toàn phần, thép thấm cacbon tôi, thép thấm nitơ, thậm chí nhựa, hoặc để nhà cung cấp đề xuất dựa trên tải và chu kỳ làm việc của bạn. Cuối cùng, nêu số lượng hàng năm hay một lần, bởi cùng hình dạng răng đó có thể phay lăn, xọc răng, mài, chuốt hay thậm chí in 3D tùy kích thước lô hàng, và giá trên một đơn vị biến động mạnh giữa các con đường đó. Với sáu con số này trên bàn, nhà cung cấp có thể xác nhận hay phản biện loại bánh răng bạn đã chọn ban đầu, thay vì gửi một bảng giá vờ như vừa một bộ truyền mà chưa ai thực sự tính kích thước.