Cách chọn ổ trục

Hiện nay có rất nhiều loại vòng bi khác nhau với rất ít thông tin về sự khác biệt giữa chúng.Có thể bạn đã tự hỏi “vòng bi nào sẽ tốt nhất cho ứng dụng của bạn?”Hoặc “làm cách nào để chọn vòng bi?”Bài viết này sẽ giúp bạn giải đáp những câu hỏi đó.
Trước hết, bạn cần biết rằng hầu hết các vòng bi có con lăn đều thuộc hai nhóm chính:

Vòng bi
Vòng bi lăn
Trong các nhóm này, có các danh mục phụ vòng bi có các tính năng độc đáo hoặc thiết kế được tối ưu hóa để nâng cao hiệu suất.
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ đề cập đến bốn điều bạn cần biết về ứng dụng của mình để chọn loại ổ trục phù hợp.

Tìm tải trọng vòng bi và khả năng chịu tải
Tải trọng ổ trục thường được định nghĩa là phản lực mà một bộ phận đặt lên ổ trục khi sử dụng.
Khi chọn ổ trục phù hợp cho ứng dụng của mình, trước tiên bạn nên tìm khả năng chịu tải của ổ trục.Khả năng chịu tải là lượng tải mà ổ trục có thể chịu được và là một trong những yếu tố quan trọng nhất khi chọn ổ trục.
Tải trọng vòng bi có thể là hướng trục (lực đẩy), hướng tâm hoặc kết hợp.
Tải trọng dọc trục (hoặc lực đẩy) là khi lực song song với trục của trục.
Tải trọng ổ trục hướng tâm là khi lực vuông góc với trục.Khi đó, tải ổ trục tổ hợp là khi các lực song song và vuông góc tạo ra một lực góc so với trục.

Vòng bi phân phối tải như thế nào
Vòng bi được thiết kế với các quả cầu hình cầu và có thể phân phối tải trọng trên diện tích bề mặt cỡ trung bình.Chúng có xu hướng hoạt động tốt hơn đối với các tải trọng vừa và nhỏ, trải tải thông qua một điểm tiếp xúc duy nhất.
Dưới đây là tài liệu tham khảo nhanh về loại tải trọng ổ trục và ổ bi tốt nhất cho công việc:
Radial (vuông góc với trục) và tải nhẹ: Chọn vòng bi hướng tâm (hay còn gọi là vòng bi cầu rãnh sâu).Vòng bi hướng tâm là một số loại vòng bi phổ biến nhất trên thị trường.
Tải trọng dọc trục (lực đẩy) (song song với trục): Chọn ổ bi chặn
Tải trọng kết hợp cả hướng kính và hướng trục: Chọn ổ trục tiếp xúc góc.Các quả bóng tiếp xúc với đường đua ở một góc hỗ trợ tải trọng kết hợp tốt hơn.
Vòng bi lăn & Tải trọng vòng bi
Vòng bi lăn được thiết kế với các con lăn hình trụ có thể phân phối tải trọng trên diện tích bề mặt lớn hơn vòng bi.Chúng có xu hướng hoạt động tốt hơn cho các ứng dụng tải nặng.

Dưới đây là tài liệu tham khảo nhanh về loại tải trọng ổ trục và ổ lăn tốt nhất cho công việc:
Tải trọng hướng tâm (vuông góc với trục): Chọn vòng bi trụ tiêu chuẩn
Tải trọng dọc trục (lực đẩy) (song song với trục): Chọn ổ đỡ trụ chặn
Tải trọng kết hợp cả hướng kính và hướng trục: Chọn ổ côn
Tốc độ quay
Tốc độ quay của ứng dụng của bạn là yếu tố tiếp theo cần xem xét khi chọn ổ trục.
Nếu ứng dụng của bạn hoạt động ở tốc độ quay cao thì vòng bi thường là lựa chọn ưu tiên.Chúng hoạt động tốt hơn ở tốc độ cao hơn và cung cấp phạm vi tốc độ cao hơn vòng bi lăn.
Một lý do là sự tiếp xúc giữa con lăn và các rãnh trong ổ bi là một điểm thay vì một đường tiếp xúc, như trong ổ lăn.Bởi vì các phần tử lăn ép vào rãnh lăn khi chúng lăn trên bề mặt nên ít xảy ra biến dạng bề mặt hơn khi chịu tải trọng điểm từ ổ bi.

Lực ly tâm và vòng bi
Một lý do khác khiến ổ bi tốt hơn cho các ứng dụng tốc độ cao là do lực ly tâm.Lực ly tâm được định nghĩa là lực đẩy ra ngoài lên một vật chuyển động quanh tâm và phát sinh từ quán tính của vật đó.
Lực ly tâm là yếu tố hạn chế chính đối với tốc độ ổ trục vì nó biến thành tải trọng hướng tâm và hướng trục lên ổ trục.Vì ổ lăn có khối lượng lớn hơn ổ bi nên ổ lăn sẽ tạo ra lực ly tâm cao hơn ổ bi có cùng kích thước.

Giảm lực ly tâm bằng vật liệu bi gốm
Đôi khi tốc độ của ứng dụng cao hơn tốc độ định mức của ổ bi.
Nếu điều này xảy ra, một giải pháp đơn giản và phổ biến là chuyển vật liệu ổ bi từ thép sang gốm.Điều này giữ cho kích thước vòng bi không đổi nhưng mang lại tốc độ cao hơn khoảng 25%.Vì vật liệu gốm nhẹ hơn thép nên bi gốm tạo ra lực ly tâm ít hơn ở bất kỳ tốc độ nào.

Các ứng dụng tốc độ cao hoạt động tốt nhất với vòng bi tiếp xúc góc
Vòng bi tiếp xúc góc là lựa chọn vòng bi tốt nhất cho các ứng dụng tốc độ cao.Một lý do là các quả bóng nhỏ hơn và các quả bóng nhỏ hơn có trọng lượng nhẹ hơn và tạo ra lực ly tâm ít hơn khi quay.Vòng bi tiếp xúc góc cũng có tải trước tích hợp sẵn trên vòng bi hoạt động với lực ly tâm để lăn các quả bóng trong ổ trục một cách chính xác.
Nếu bạn đang thiết kế một ứng dụng tốc độ cao thì bạn sẽ cần một ổ trục có độ chính xác cao, thường nằm trong cấp độ chính xác ABEC 7.
Ổ trục có độ chính xác thấp hơn khi được sản xuất sẽ có “khoảng dao động” nhiều chiều hơn so với ổ trục có độ chính xác cao.Do đó, khi ổ trục được sử dụng ở tốc độ cao, các quả bóng nhanh chóng lăn trên mương ổ trục với độ tin cậy kém hơn, có thể dẫn đến hỏng ổ trục.
Vòng bi có độ chính xác cao được sản xuất với tiêu chuẩn nghiêm ngặt và có rất ít sai lệch so với thông số kỹ thuật khi sản xuất.Vòng bi có độ chính xác cao đáng tin cậy cho các ứng dụng hoạt động nhanh vì chúng đảm bảo tương tác bóng và mương tốt.

Độ đảo & độ cứng của vòng bi
Độ đảo của ổ lăn là lượng trục quay quanh tâm hình học của nó khi nó quay.Một số ứng dụng, như trục xoay của dụng cụ cắt, sẽ chỉ cho phép xảy ra một sai lệch nhỏ trên các bộ phận quay của nó.
Nếu bạn đang thiết kế một ứng dụng như thế này thì hãy chọn ổ trục có độ chính xác cao vì nó sẽ tạo ra độ lệch hệ thống nhỏ hơn do ổ trục được sản xuất có dung sai chặt chẽ.
Độ cứng của ổ trục là khả năng chống lại lực làm cho trục lệch khỏi trục của nó và đóng vai trò quan trọng trong việc giảm thiểu độ đảo của trục.Độ cứng của ổ trục xuất phát từ sự tương tác của phần tử lăn với mương.Phần tử lăn được ép vào mương càng nhiều gây biến dạng đàn hồi thì độ cứng càng cao.

Độ cứng của ổ trục thường được phân loại theo:
Độ cứng trục
Độ cứng xuyên tâm
Độ cứng ổ trục càng cao thì lực cần thiết để di chuyển trục khi sử dụng càng lớn.
Hãy xem cách thức hoạt động của vòng bi tiếp xúc góc chính xác.Những vòng bi này thường có độ lệch được sản xuất giữa mương bên trong và bên ngoài.Khi lắp vòng bi tiếp xúc góc, phần bù sẽ được loại bỏ khiến các quả bóng ép vào mương mà không có bất kỳ lực tác động nào từ bên ngoài.Điều này được gọi là tải trước và quá trình này làm tăng độ cứng của ổ trục ngay cả trước khi ổ trục chịu bất kỳ lực ứng dụng nào.

Bôi trơn vòng bi
Biết nhu cầu bôi trơn vòng bi của bạn là điều quan trọng để chọn đúng vòng bi và cần được xem xét sớm trong thiết kế ứng dụng.Bôi trơn không đúng cách là một trong những nguyên nhân phổ biến nhất dẫn đến hỏng vòng bi.
Bôi trơn tạo ra một màng dầu giữa con lăn và mương ổ trục giúp ngăn ngừa ma sát và quá nhiệt.
Loại bôi trơn phổ biến nhất là dầu mỡ, bao gồm dầu có chất làm đặc.Chất làm đặc giữ dầu ở đúng vị trí, do đó nó sẽ không rời khỏi ổ trục.Khi bi (vòng bi) hoặc con lăn (vòng bi lăn) lăn trên lớp mỡ, chất làm đặc tách ra chỉ để lại màng dầu giữa con lăn và rãnh vòng bi.Sau khi con lăn đi qua, dầu và chất làm đặc kết hợp lại với nhau.
Đối với các ứng dụng tốc độ cao, việc biết tốc độ mà dầu và chất làm đặc có thể tách ra và nối lại là rất quan trọng.Đây được gọi là ứng dụng hoặc mang giá trị n*dm.
Trước khi chọn mỡ, bạn cần tìm giá trị ndm cho ứng dụng của mình.Để thực hiện việc này, hãy nhân số RPM của ứng dụng của bạn với đường kính tâm của các quả bóng trong ổ trục (dm).So sánh giá trị ndm của bạn với giá trị tốc độ tối đa của mỡ, nằm trên biểu dữ liệu.
Nếu giá trị n*dm của bạn cao hơn giá trị tốc độ tối đa của mỡ trên biểu dữ liệu thì mỡ sẽ không thể cung cấp đủ dầu bôi trơn và sẽ xảy ra hỏng hóc sớm.
Một lựa chọn bôi trơn khác cho các ứng dụng tốc độ cao là hệ thống phun sương dầu trộn dầu với khí nén và sau đó phun vào rãnh vòng bi theo khoảng thời gian định mức.Tùy chọn này tốn kém hơn so với bôi trơn bằng dầu mỡ vì nó yêu cầu hệ thống đo lường và trộn bên ngoài cũng như khí nén được lọc.Tuy nhiên, hệ thống phun sương dầu cho phép vòng bi hoạt động ở tốc độ cao hơn đồng thời tạo ra lượng nhiệt thấp hơn so với vòng bi được bôi trơn.
Đối với các ứng dụng tốc độ thấp hơn, bể dầu là phổ biến.Ngâm dầu là khi một phần ổ trục chìm trong dầu.Đối với các vòng bi hoạt động trong môi trường khắc nghiệt, có thể sử dụng chất bôi trơn khô thay cho chất bôi trơn gốc dầu mỏ, nhưng tuổi thọ của vòng bi thường bị rút ngắn do tính chất của màng chất bôi trơn bị vỡ theo thời gian.Có một số yếu tố khác cần được xem xét khi lựa chọn chất bôi trơn cho ứng dụng của bạn, hãy xem bài viết chuyên sâu của chúng tôi “Mọi điều bạn cần biết về bôi trơn vòng bi”.

Tóm tắt: Cách chọn vòng bi
Cách chọn vòng bi phù hợp cho ứng dụng của bạn:

Tìm tải trọng vòng bi và khả năng chịu tải
Trước tiên, hãy biết loại và lượng tải trọng ổ trục mà ứng dụng của bạn sẽ đặt lên ổ trục.Tải trọng từ nhỏ đến trung bình thường hoạt động tốt nhất với vòng bi.Các ứng dụng tải nặng thường hoạt động tốt nhất với vòng bi lăn.

Biết tốc độ quay của ứng dụng của bạn
Xác định tốc độ quay của ứng dụng của bạn.Tốc độ cao (RPM) thường hoạt động tốt nhất với vòng bi và tốc độ thấp hơn thường hoạt động tốt nhất với vòng bi lăn.

Yếu tố về độ đảo và độ cứng của vòng bi
Bạn cũng muốn xác định loại ứng dụng của bạn sẽ cho phép.Nếu ứng dụng chỉ cho phép xảy ra những sai lệch nhỏ thì ổ bi rất có thể là lựa chọn tốt nhất của bạn.

Tìm loại bôi trơn phù hợp cho nhu cầu vòng bi của bạn
Đối với các ứng dụng tốc độ cao, hãy tính giá trị n*dm của bạn và nếu nó cao hơn tốc độ tối đa của mỡ thì mỡ sẽ không thể cung cấp đủ dầu bôi trơn.Có những lựa chọn khác như phun dầu.Đối với các ứng dụng tốc độ thấp, bể dầu là một lựa chọn tốt.
Câu hỏi?Các kỹ sư tại chỗ của chúng tôi rất mong được hợp tác với bạn và giúp bạn chọn ổ trục tốt nhất cho ứng dụng của mình.