Cách xác định bán kính xoay bánh xe đẩy

Bán kính xoay được đo từ đâu đến đâu?

Theo định nghĩa kích thước của ANSI/ICWM, swivel radius là khoảng cách đo theo phương ngang từ trục xoay đứng của caster đến điểm nhô ra xa nhất của caster hoặc phụ kiện của nó. Khoảng cách này xác định vòng tròn tối thiểu mà cụm caster cần để có thể quay tự do 360°.

Vì vậy, mốc đầu tiên không phải tâm bánh xe mà là tâm của trục xoay đứng — thường đi qua tâm cụm ổ xoay, kingpin hoặc trục lắp xoay. Mốc thứ hai cũng không mặc định là mép lốp; đó phải là điểm nào của cụm bánh xe nằm xa trục xoay nhất khi toàn bộ cụm quay.

Ý nghĩa thực tế của cách định nghĩa này là bán kính xoay mô tả không gian quét của cả cụm caster, chứ không chỉ kích thước của bánh. Nếu chỉ đo từ tâm bánh đến mép bánh, ta mới có bán kính bánh xe, chưa có bán kính xoay của bộ bánh xe.

Hai kích thước chính tạo nên bán kính xoay của caster cơ bản

Ở một caster xoay thông thường không có chi tiết nhô ra quá mép bánh, bán kính xoay được tạo bởi hai đoạn kích thước nối tiếp nhau.

Thứ nhất là offset, tức khoảng cách ngang từ trục xoay đứng đến trục hoặc tâm bánh xe. Blickle mô tả offset là khoảng cách nằm ngang giữa tâm ổ xoay và trục bánh; chính độ lệch này cho phép bánh “theo” hướng chuyển động khi caster quay.

Thứ hai là bán kính bánh xe, bằng một nửa đường kính bánh. Khi bánh nằm phía sau trục xoay và mép ngoài của bánh là điểm xa nhất, khoảng cách từ trục xoay đến mép ngoài bằng offset cộng với bán kính bánh.

Có thể hình dung theo chuỗi kích thước:

Trục xoay đứng → offset e → tâm bánh → D/2 → mép ngoài bánh

Điểm dễ nhầm là offset chỉ dừng ở tâm hoặc trục bánh, trong khi bán kính xoay phải kéo dài đến điểm ngoài cùng của vùng quét. Vì thế offset không thể dùng thay cho swivel radius.

Công thức xác định bán kính xoay khi bánh xe là điểm nhô xa nhất

Với caster cơ bản thỏa điều kiện mép bánh là điểm xa trục xoay nhất, công thức hình học là:

R = e D/2

Trong đó:

· R là bán kính xoay

· e là offset, tức khoảng cách từ trục xoay đứng đến trục bánh

· D là đường kính bánh xe

Ví dụ, một caster TENTE có đường kính bánh 125 mm, offset 55 mm và bán kính xoay công bố 117,5 mm. Tính theo công thức: 55 125/2 = 117,5 mm, trùng với thông số của nhà sản xuất.

Công thức này cho thấy vì sao chỉ biết đường kính bánh là chưa đủ. Hai caster cùng dùng bánh 125 mm nhưng có offset khác nhau sẽ có bán kính xoay khác nhau. Ngược lại, khi đã biết cả e và D, ta có thể tính nhanh bán kính xoay nếu xác nhận không có chi tiết nào của cụm caster nhô xa hơn mép bánh.

Một lỗi tính phổ biến là cộng offset với toàn bộ đường kính D. Cách đó làm kết quả lớn hơn thực tế một nửa đường kính bánh, vì đoạn từ tâm bánh đến mép ngoài chỉ bằng D/2.

Có phanh hoặc phụ kiện thì không chỉ cộng offset với nửa đường kính bánh

Công thức R = e D/2 là công thức cho hình học cơ bản, không phải quy tắc áp dụng vô điều kiện cho mọi caster. Khi có phanh, bàn đạp, chụp bảo vệ hoặc cơ cấu khóa quay, phải kiểm tra xem bộ phận nào tạo ra khoảng cách lớn nhất tính từ trục xoay đứng.

Dữ liệu của TENTE cho thấy một caster có total lock, bánh đường kính 100 mm, offset 43,5 mm nhưng swivel radius được công bố là 131 mm. Nếu chỉ tính 43,5 100/2, kết quả là 93,5 mm, nhỏ hơn đáng kể so với bán kính xoay thực tế của cả cụm.

Đây là ranh giới quan trọng khi đọc bản vẽ kỹ thuật: bán kính xoay của cụm hoàn chỉnh được quyết định bởi điểm nhô ra xa nhất, không nhất thiết bởi mép bánh. Blickle cũng lưu ý thiết kế bàn đạp phanh có liên quan trực tiếp đến swivel radius; ở một số hệ phanh, bàn đạp được thiết kế để nằm trong vùng xoay của bánh nhằm hạn chế tăng không gian quét.

Do đó, nếu caster có phanh hoặc phụ kiện, nên ưu tiên thông số swivel radius trên datasheet hoặc bản vẽ của đúng mã sản phẩm. Chỉ tự tính từ offset và đường kính bánh khi bản vẽ cho thấy bánh thực sự là phần ngoài cùng của vùng quay.

Cách đo trực tiếp bán kính xoay trên bộ bánh xe thực tế

Khi không có datasheet hoặc bản vẽ, có thể xác định bán kính xoay trực tiếp từ cụm bánh xe theo đúng định nghĩa hình học.

1. Xác định tâm trục xoay đứng bằng tâm kingpin, tâm ổ xoay hoặc tâm trục lắp mà càng bánh quay quanh

2. Đặt caster ở tư thế có thể quay tự do và giữ mốc trục xoay cố định

3. Quay toàn bộ cụm qua 360° để quan sát bánh, càng, phanh và các phụ kiện chuyển động cùng caster

4. Tìm điểm nhô ra xa trục xoay nhất trong toàn bộ quá trình quay

5. Đo khoảng cách ngang từ tâm trục xoay đến điểm đó; giá trị lớn nhất chính là bán kính xoay

Cách đo này đặc biệt hữu ích khi cụm bánh có hình dạng không đối xứng hoặc có bàn đạp phanh. Chỉ đo một tư thế của bánh có thể bỏ sót hướng mà phụ kiện vươn ra xa hơn.

Nếu cần kiểm tra khoảng hở với khung máy, vách hoặc chân thiết bị, nên dùng chính vùng quét 360° này làm cơ sở. Khoảng hở phải xét đến điểm ngoài cùng của caster trong khi quay, không chỉ vị trí bánh khi chạy thẳng.

Phân biệt bán kính xoay, offset và đường kính vùng xoay

Ba thông số này liên quan với nhau nhưng không đồng nghĩa.

Offset chỉ là khoảng cách từ trục xoay đứng đến trục bánh. Bán kính xoay kéo dài từ trục xoay đến điểm ngoài cùng của cả cụm caster. Còn swivel interference trong các bảng thông số của TENTE được công bố như kích thước vùng quét theo đường kính; chẳng hạn một caster có swivel radius 102,5 mm đi kèm swivel interference 205 mm, tức gấp đôi bán kính trong trường hợp đó.

Vì vậy, khi đọc catalogue hoặc bản vẽ:

· Nếu chỉ có offset và đường kính bánh, dùng R = e D/2 sau khi xác nhận bánh là điểm nhô xa nhất

· Nếu có sẵn swivel radius, ưu tiên giá trị nhà sản xuất công bố cho đúng cấu hình

· Nếu có swivel interference, kiểm tra cách nhà sản xuất định nghĩa; trong các ví dụ TENTE, kích thước này tương ứng với đường kính vùng xoay, xấp xỉ 2R

· Không dùng bán kính xoay của caster để thay cho bán kính quay của toàn xe đẩy, vì bán kính quay của xe còn phụ thuộc kích thước xe, vị trí lắp và cách bố trí các bánh

Cách đọc này giúp xác định đúng khoảng không gian mà một bộ bánh xe cần để đổi hướng mà không va vào khung hoặc vật cản lân cận.

Tóm lại, cách xác định bán kính xoay bánh xe đẩy bắt đầu từ trục xoay đứng và kết thúc tại điểm nhô ra xa nhất của toàn bộ cụm caster khi quay. Với caster cơ bản, nếu mép bánh là điểm xa nhất, có thể tính nhanh bằng R = offset D/2. Nhưng với caster có phanh hoặc phụ kiện, giá trị đúng phải dựa trên điểm ngoài cùng của toàn cụm hoặc thông số swivel radius trên bản vẽ kỹ thuật; đây là điều kiện giúp tránh tính thiếu khoảng hở lắp đặt.