Bài giảng Chi tiết máy (Machine Design) - Chương 9: Ổ lăn - Nguyễn Xuân Hạ

Phần III Các chi tiết đỡ và nối Chương 3.C Ổ lăn Nội dung Khái niệm chung Một số loại ổ lăn thông dụng Cơ sở tính toán ổ lăn Tính toán lựa chọn ổ lăn 1. Khái niệm chung  Công dụng * Đỡ trục * Giữ trục có vị trí xác định trong không gian * Tiếp nhận tải trọng  Ma sát trong ổ lăn là ma sát lăn => nhỏ Cấu tạo chung 1. Vòng ngoài (lắp lên gối trục) 2. Vòng trong (lắp lên ngõng trục) 3. Con lăn 4. Vòng cách Ngoài ra còn có thể có vòng bảo vệ (shield), một hoặc 2 phía Phân loại  Theo khả năng tiếp nhận tải trọng *Ổ đỡ *Ổ chặn *Ổ đỡ chặn *Ổchặn đỡ  Theo cỡ đường kính và chiều rộng (khả năng chịu tải) * Cỡ Nhẹ/Trung/Nặng * Cỡ Hẹp/Rộng  Theo dạng con lăn * Ổ bi * Ổ đũa trụ * Ổ đũa kim * Ổ đũa côn * Ổ hình tang trống Phân loại (2)  Theo số dãy con lăn * Ổ một dãy * Ổ 2 dãy * Ổ 4 dãy Phân loại (3)  Theo khả năng tự điều chỉnh vị trí  Ổ tự lựa: cho phép vòng trong nghiêng so với vòng ngoài hoặc gỗi đỡ  Ổ lắp tùy động: cho phép ổ hoặc vòng ổ di chuyển dọc trục 2. Một số loại ổ lăn  Ổ lăn được tiêu chuẩn hóa.  Loại ổ được chọn phù hợp đặc tính tải trọng và yêu cầu sử dụng.  Tham khảo catalogue của hãng sản xuất (có thể tra cứu trực tuyến trên Internet) Chỉ dẫn về đặc tính ổ lăn Ổ bi đỡ deep groove ball bearing  Chịu tải hướng tâm và tải dọc trục cả 2 phía  Khả năng tự lựa kém  Có thể làm việc với vận tốc cao Ổ bi (tiếp xúc 4 điểm) four-point ball bearing  Chịu tải hướng tâm kém  Chịu tải dọc trục tốt cả 2 phía  Khả năng tự lựa rất kém  Có thể làm việc với vận tốc vừa. Ổ bi lòng cầu 2 dãy self-aligning ball bearings  Chịu tải hướng tâm kém  Chịu tải dọc trục kém  Khả năng tự lựa tốt  Có thể làm việc với vận tốc cao.  Thích hợp với các trục có khoảng cách gối lớn hoặc trục bị biến dạng uốn lớn. Ổ đũa lòng cầu 1 và 2 dãy barrel roller / spherical roller bearings  Khả năng tự lựa tốt  Có thể chịu lực dọc trục nhỏ  Có thể làm việc với vận tốc vừa. Ổ đũa trụ ngắn đỡ cylindrical roller bearings  Khả năng tự lựa rất kém  Chịu lực dọc trục nhỏ từ 1 phía  Có thể làm việc với vận tốc cao. Ổ bi đỡ chặn 1 và 2 dãy angular contact ball bearings  Khả năng tự lựa rất kém  Chịu lực dọc trục tốt (1 phía) => để chịu lực dọc 2 chiều cần lắp hai ổ ngược nhau.  Có thể làm việc với vận tốc cao. Ổ đũa kim needle roller bearings  Không có khả năng tự lựa, không chịu lực dọc trục.  Dùng khi có nhu cầu giảm kích thước hướng kính. Ổ đũa côn tapered roller bearings  Khả năng tự lựa rất kém.  Có khả năng làm việc với vận tốc vừa.  Chịu tải hướng tâm và dọc trục (1 phía) tốt. Để chịu lực hai phía cần lắp hai ổ ngược chiều nhau. Ổ bi chặn 1 và 2 dãy thrust ball bearings  Không có khả năng tự lựa.  Không chịu lực dọc trục  Có thể làm việc với vận tốc vừa. Ổ bi chặn đỡ angular contact thrust ball bearings  Không có khả năng tự lựa  Chịu lực dọc trục tốt (1 hoặc 2 phía) và lực hướng tâm nhỏ.  Có thể làm việc với vận tốc cao. Ổ đũa trụ chặn cylindrical roller thrust bearings  Không có khả năng tự lựa  Chịu lực dọc trục tốt. Không chịu lực hướng tâm  Chỉ có khả năng làm việc với vận tốc thấp. Ổ đũa chặn đỡ tự lựa spherical roller thrust bearings  Khả năng tự lựa tốt  Chịu lực dọc trục tốt. Có thể chịu lực hướng tâm  Có khả năng làm việc với vận tốc vừa. Ký hiệu ổ lăn  Theo TCVN 3776-83 ổ lăn được ký hiệu bởi 4 chữ số. Ví dụ 7204, 6307  Hai chữ số cuối cùng biểu thị đường kính trong của ổ (mm) Đường kính trong của ổ 10 12 15 17 20 25 Hai số cuối 00 01 02 03 04 05  Số thứ 3 từ phải sang biểu thị cỡ ổ (1-> 9) ví dụ 2 là cỡ nhẹ, 3 là cỡ trung...  Số thứ 4 từ phải sang biểu thị loại ổ. Ví dụ 6 là ổ bi đỡ chặn, 7 là loại ổ đũa côn 3. Cơ sở tính toán ổ lăn • Sự phân bố tải không đều Xét ổ bi đỡ Con lăn đối diện Fr sẽ chịu tải lớn nhất.  Fr F0 F1 F1 F2 F2 3. Cơ sở tính toán ổ lăn • Sự phân bố tải không đều  Tải phân bố không đều, tải lớn nhất lớn hơn nhiều so với tải trung bình:  Với ổ bi: Fo = 5.(Fr/Z)  Với ổ đũa: Fo = 4,5.(Fr/Z)  Ổ chặn phân bố đều hơn: Fmax = 1,25.(Fa/Z) • Z = số con lăn • Fr/Z, Fa/Z = tải trung bình lên con lăn  Fr F0 F1 F1 F2 F2 3. Cơ sở tính toán ổ lăn •• Ứng suất * Đối với ổ chặn ứng suất tại các vòng lăn như nhau. Công thức Hertz 3 2 2 0 max 38.0  EF H  hoặc  2max n MH qZ Tại điểm A A2A1A 111  Tại điểm B B1A1B 111  Do đó ta có A < B HA > HB dẫn đến vòng trong nhanh hỏng hơn vòng ngoài Fo A B 3. Cơ sở tính toán ổ lăn ••• Sự thay đổi ứng suất * Đối với ổ chặn ứng suất thay đổi như nhau không phụ thuộc vòng nào quay. t t   Hmax Hmax “Vòng trong” quay “Vòng ngoài” quay Tải Fr không đổiFr Fr 4. Tính toán lựa chọn ổ lăn • Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán  Ổ lăn bị hỏng do mỏi gây tróc rỗ con lăn, vòng lăn, gẫy vòng cách  Con lăn và vòng lăn mòn  Biến dạng dư quá mức Chỉ tiêu  Tính ổ lăn theo khả năng tải động  Tính ổ lăn theo khả năng tải tĩnh 4. Tính toán lựa chọn ổ lăn •• Khả năng tải của ổ lăn  Các giá trị cho trong bảng tra (catalogue) của nhà sản xuất, xác định trên cơ sở thực nghiệm.  Khả năng tải động (C) là tải trọng tĩnh (Q) do ổ tiếp nhận mà không ít hơn 90% số ổ cùng loại, cùng kích thước lấy làm thí nghiệm chưa xuất hiện các dấu hiệu tróc mỏi sau L = 1 triệu vòng quay. Khi L#1 triệu thì Qmax=? Hoặc Q#C thì Lmax=?  Khả năng tải tĩnh (C0) là tải trọng tĩnh gây nên tại vùng tiếp xúc chịu tải lớn nhất của con lăn và rãnh lăn biến dạng dư tổng cộng bằng 0.0001 giá trị đường kính con lăn. 4. Tính toán lựa chọn ổ lăn •• • Tính ổ theo khả năng tải động  Điều kiện:  Cyc – khả năng tải động yêu cầu đối với ổ  Q – tải trọng tương đương tác dụng lên ổ lăn Tốt nhất là tham khảo công thức tính Q trong catalog của các hãng  L – tuổi thọ (triệu vòng quay) yêu cầu đối với ổ  m – hệ số (m = 3 với ổ bi; m = 10/3 đối với ổ đũa)  C – khả năng tải động của ổ lăn (tra bảng) CCyc  1/mL.Q 4. Tính toán lựa chọn ổ lăn •• • Tính ổ theo khả năng tải động  Q – tải trọng tương đương tác dụng lên ổ lăn  Ổ đỡ và đỡ chặn Q = (XVFr + YFa)KđKt  Ổ chặn đỡ Q = (XFr + YFa)KđKt  Ổ chặn Q = FaKđKt  Ổ trụ ngắn đỡ Q = VFrKđKt * Fr – lực hướng tâm tác dụng vào ổ = tổng véc-tơ các phản lực hướng tâm tại gối đỡ. * Fa – lực dọc trục tác dụng vào ổ (xem phần “Xác định Fa”)  X, Y phụ thuộc k=Fa/(VFr); • Chú ý: ổ đũa côn khi k>e=1,5tan(a): X = 0,4; Y = 0,4.cot(a) 4. Tính toán lựa chọn ổ lăn •• • Tính ổ theo khả năng tải động  L – tuổi thọ yêu cầu với ổ lăn (triệu vòng quay)  Lh – tuổi thọ yêu cầu đối với ổ (tính bằng số giờ làm việc)  n – tốc độ quay của vòng ổ (v/ph)  Chú ý: Lh không nhất thiết bằng tuổi thọ của máy. 610 ..60 nLL h 4. Tính toán lựa chọn ổ lăn •• • • Xác định lực Fa tác dụng vào ổ  Đối với ổ bi đỡ, ổ bi lòng cầu 2 dãy Fa = Fat (tổng lực dọc trên trục lắp ổ lăn)  Đối với ổ bi đỡ chặn và ổ đũa côn, ngoài Fat cần tính thêm ảnh hưởng của phản lực dọc trục Fs từ các ổ lăn do tồn tại góc tiếp xúc giữa con lăn và vòng ổ. 10 Fs0 Fs1 Fr0 Fr1 Fat 4. Tính toán lựa chọn ổ lăn •• • • Xác định lực Fa tác dụng vào ổ  Fs : nội lực dọc trục do lực hướng tâm Fr gây ra + Ổ bi : Fsi = e.Fri e – tra bảng + Ổ đũa Fsi = 0.83e.Fri e = 1,5.tg(α) với α là góc tiếp xúc + Chiều của Fs : tác dụng ngược chiều chịu tải dọc trục của ổ (từ khe hẹp ra khe rộng)  Tổng lực dọc trục tác động lên ổ Fai = Fsj  Fat + Nếu Fa > Fsi  Fai = Fai + Nếu Fa < Fsi  Fai = Fsi 10 Fs0 Fs1 Fr0 Fr1 Fat 4. Tính toán lựa chọn ổ lăn •• •• Tính ổ theo khả năng tải tĩnh  Điều kiện:  Qyc – khả năng tải tĩnh yêu cầu đối với ổ Qyc = max (Qt, Fr) trong đó: Fr – lực hướng tâm tác dụng vào ổ Qt – tải trọng tĩnh tương đương = Xo.Fr + Yo.Fa  C0 – khả năng tải tĩnh của ổ lăn (tra bảng) 0Q Cyc  Tính tuổi thọ ổ lăn  Từ Tuối thọ danh định Ldđ ở đây ứng với xác xuất không hỏng 90% với điều kiện làm việc và vật liệu ổ chuẩn.  Với độ tin cậy cao hơn và điều kiện làm việc/vật liệu khác => thêm các hệ số: a1 - phụ thuộc xác xuất không hỏng (0,62; 0,53; 0,44; 0,33; 0,21 ứng với xác xuất 95, 96, 97, 98, 99%) axyz - hệ số do hãng sản xuất ổ lăn cung cấp  mdđyc QCLCC /L.Q 1/m  xyzt aaLL .. 1 5. Tìm hiểu thêm  So sánh ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng của ổ lăn so với ổ trượt (tham khảo [1-4])  Các chỉ tiêu lựa chọn loại ổ lăn và cách bố trí ổ lăn trên trục (tham khảo [1-5]).  Cách tính ổ kép (lắp 2 ổ lăn cạnh nhau)  Tính toán xác định tuổi thọ của ổ lăn khi biết tải trọng và khả năng tải động C của ổ.  Dung sai ổ lăn  Phương pháp điều chỉnh khe hở trong ổ lăn. Cách lắp ổ lăn với trục và với gối đỡ. Cách lắp sơ đồ tùy động. 6. Ôn tập  Các loại ổ lăn và cách sử dụng  Tải trọng và ứng suất trong ổ lăn  Tính toán lựa chọn ổ lăn theo khả năng tải động  Tính toán lựa chọn ổ lăn theo khả năng tải tĩnh