Bài giảng Chi tiết máy - Chương 9: Ổ trục - Nguyễn Văn Thạnh

10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 1 CHƯƠNG 9 Ổ TRỤC 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 2 • Ổ trục dùng để đỡ trục, giữ cho trục có vị trí xác định trong không gian, tiếp nhận tải trọng và truyền đến bệ máy. • Theo dạng ma sát trong ổ phân ra: ổ lăn (ổ ma sát lăn) và ổ trượt (ổ ma sát trượt). 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 3 PHẦN A. Ổ LĂN 9A.1 KHÁI NIỆM CHUNG 9A.1.1 ĐỊNH NGHĨA: Ổ trục, tải trọng từ trục trước khi truyền qua gối đỡ phải qua con lăn (bi hoặc đũa), nhờ các con lănê nên ma sát sinh ra trong ổ là ma sát lăn. 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 4 • 9A.1.2. CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA Ổ LĂN • Ổ lăn thường gồm 4 bộ phận: vòng trong (1), vòng ngoài (2), vòng cách (3) và con lănê (4) • Khi làm việc, vòng trong (1) hoặc vòng ngoài (2) sẽ quay, vòng còn lại đứng yên, nhờ có vòng cách (3) mà các con lăn không trực tiếp tiếp xúc với nhau, con lăn (4) lăn trên rãnh lăn thực hiện ma sát lăn. • Con lăn có thể là bi, đũa trụ ngắn, đũa trụ dài, đũa côn, đũa hình trống, đũa kim và đũa xoắn. 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 5 9A.1.3. PHÂN LOẠI - Theo hình dạng con lăn chia ra làm 2 loại: ổ bi và ổ đũa- Theo khả năng chịu lực của ổ chia ra: ổ đỡ (chỉ chịu lực hướng tâm và có thể một phần lực dọc trục); ổ đỡ chặn (chịu lực hướng tâm và lực dọc trục); ổ chặn đỡ (chịu lực dọc trọc là chủ yếu và một phần lực hướng tâm); ổ chặn (chỉ chịu lực dọc trục). - Theo khả năng tự lựa vị trí: ổ tự lựa (có khả năng bù độ lệch góc, lệch tâm hay sai lệch chiều dài) và ổ không tự lựa. - Theo số dãy con lăn chia ra: ổ một dãy, hai dãy, bốn dãy... - Theo kích thước ổ (đường kính ngoài) hoặc khả năng tải và chiều rộng ổ chia ra: 1-ổ siêu nhẹ, 2- ổ đặc biệt nhẹ, 3- nhẹ, 4- nhẹ rộng, 5- trung, 6- trung rộng và 7- nặng 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 6 9A.1.4 Các loại ổ lăn thường dùng - Ổ bi một dãy: chịu lực hướng tâm là chủ yếu, có thể chịu lực dọc trục nhỏ, cho phép góc nghiêng(¼)o. Giá thành rẻ, hệ số ma sát thấp và kết cấu gối đỡ ổ đơn giản. - Ổ đũa trụ ngắn đỡõ một dãy: nhờ diện tích tiếp xúc giữa con lănê và vòng cách lớn nên chịu được tải trọng hướng tâm lớn hơn (70÷90%) và chịu được va đập. Tuy nhiênâ loại ổ này không chịu được lực dọc trục và không cho phép trục nghiêng. Giá thành cao hơn ổ bi đỡõ khoảng 20%. - Ổ bi đỡ chặn một dãy: chịu lực hướng tâm lẫn lực dọc trục, khả năng chịu lực dọc trục phụ thuộc vào giá trị góc tiếp xúc α (α = 12o; 26o và 36o). - Ổ đũa cônâ đỡ chặn : chịu được lực hướng tâm Fr = 170% so với ổ bi đỡ 1 dãy cùng kích thước, khả năng chịu lực dọc trục cao hơn ổ bi đỡ chặn, dễ tháo lắp và điều chỉnh khe hở để bù lại lượng mòn, góc tiếp xúc α = 10...16o. - Ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy và ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy : cho phép trục nghiêng 2..3o, chủyếu chịu lực hướng tâm và có thể chịu được lực dọc trục nhỏ. - Ổ đũa trụ dài (ổ kim): chịu được lực hướng tâm tương đối lớn nhưng không chịu được lực dọc trục, đuờng kính ngoài nhỏ, tuổi thọ thấp. - Ổ bi chặn đỡ (i): dùng tiếp nhận cả Fr và Fa, thông thường Fa/Fr << 1. - Ổ bi chặn : chỉ chịu lực dọc trục. 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 7 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 8 9A.1.5. Ký hiệu ổ lăn: Theo TCVN 3776-83 ổ lăn được ký hiệu như sau: - Hai số đầu từ bên phải sang biểu thị đường kính vòng trong d và có giá trị d/5 nếu d ≥ 20mm. Nếu d < 20mm ta ký hiệu như sau: 00 khi d = 10mm; 0 khi d = 12mm; 02 khi d = 15mm; 03 khi d = 17mm. - Chữ số thứ 3 từ bên phải ký hiệu cỡ ổ: 8, 9 - siêu nhẹ; 1, 7 - đặc biệt nhẹ; 2, 5 - nhẹ; 3, 6 - trung và 4 - nặng. - Chữ số thứ 4 từ phải sang biểu thị loại ổ: 0 - ổ bi đỡ một dãy; 1 - ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy; 2 - ổ dũa trụ ngắn đỡ; 3 - ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy; 4 - ổ kim; 5 - ổ đũa trụ xoắn; 6 - ổ bi đỡ chặn; 7 - ổ đũa côn; 8 - ổ bi chặn, ổ bi chặn đỡ; 9 - ổ đũa chặn, ổ đũa chặn đỡ. - Số thứ 5 và 6 từ bên phải sang biểu thị đặc điểm kết cấu - Số thứ 7 từ bên phải sang ký hiệu chiều rộng ổ Ví dụ: ký hiệu 0212: ổ bi đỡ một dãỹ , d = 60mm, cỡ nhẹ Cấp chính xác (độ chính xác khi quay - đảo hướng tâm, đảo dọc trục): ổ lăn có 5 cấp chính xác: 0 (bình thường), 6, 5, 4, 2 theo thứ tự tăng dần. 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 9 9A.1.6. ƯU NHƯỢC ĐIỂM: Ưu điểm: - Hệ số ma sát nhỏ, công suất mất mát do ma sát thấp - Chăm sóc và bôi trơn đơn giản - Kích thước dọc trục nhỏ hơn so vớ ổ trượt - Tính lắp lẫn cao, thay thế thuận tiện khi sửa chữa và bảo dưỡng máy. - Giá thành hạ do sản xuất hàng loạt Nhược điểm: - Khả năng chịu va đập và chấn động kém do độ cứng kết cấu của ổ lăn - Kích thước hướng kính tương đối lớn - Độ tin cậy thấp khi làm việc với vận tốc cao do nguy hiểm bi nung nóng và vỡ vòng cách do lực li tâm. - Oàn khi làm việc với vận tốc cao 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 10 9A.1.7. VẬT LIỆU VÀ CẤP CHÍNH XÁC: - Vật liệu chế tạo vòng trong, vòng ngoài thường là thép crom có hàm lượng carbon từ 1..1,1% như: X15, X15CΓ... (Nga); SUJ2 (Nhật), AISI 52100 (Mỹ)... Ngoà ra con dùng thép hợp kim ít carbon như 18CrMnT, 20Cr2Ni4A... thấm than rồi tôi. khi làm việc ở môi trường ăn mòn người ta dùng thép không gỉ, gốm, chất dẻo... - Vật liệu chế tạo con lăn tương tự như vật liệu vòng trong và vòng ngoài. Khi ổ làm việc với vận tốc cao chọn vật liệu có khối lượng riêng thấp để giảm ồn. Một số hãng chế tạo con lăn từ gốm kim loại. - Vòng cách được chế tạo bằng phương pháp dập từ các vật liệu giảm ma sát như thép ít carbon, khi làm việc với vận tốc cao có thể dùng gốm kim loại, duara, tectolit, chất dẻo... - Cấp chính xác theo TCVN 1484-85 có 5 cấp khi chế tạo ổ lăn theo thứ tự tăng dần: P0, P6, P5, P4 và P2. Giá thành gia công càng tăng khi cấp chính xác càng cao: Cấp chính xác P0 P6 P5 P4 P2 Độ đảo hướng tâm 20 10 5 4 2,5 Giá thành tương đối 1 1,3 2 4 10 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 11 9A.2. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH 9A.2.1. CÁC DẠNG HỎNG: Các dạng hư hỏng chính của ổ lăn bao gồm: - Tróc rỗ bề mặt do mỏi: do ứng suất tiếp xúc thay đổi trong điều kiện làm việc bình thường. Hiện tượng tróc xảy ra trên rãnh vòng ổ và trên bề mặt con lăn. - Mòn con lăn và vòng ổ: xảy ra với đối với ổ bôi trơn không tốt và có hạt kim loại rơi vào ổ. - Vỡ vòng cách: xảy ra với ổ quay nhanh do lực li tâm và tác dụng của con lăn gây nên. - Biến dạng dư bề mắt rãnh vòng và con lăn: xảy ra với các ổ chịu tải trọng nặng và quay chậm. - Vỡ vòng ổ và con lăn: xảy ra do tải trọng rung và va đập, lắp ráp, vận hành không chính xác. 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 12 9A.2.2. CHỈ TIÊU TÍNH: Tính toán ổ (lựa chọn ổ lăn tiêu chuẩn theo khả năng tải) theo các tiêu chuẩn sau: - Đối với ổ có số vòng quay thấp (n < 1vg/ph): tính theo khả năng tải tĩnh để tránh biến dạng dư lớn. - Đối với những ổ làm việc với vận tốc cao (n > 10vg/ph) hoặc tương đối cao (1<n<10vg/ph): tính toán ổ theo khả năng tải động (độ bền lâu) để tránh tróc rỗ bề mặt ổ (trường hợp 1<n<10vg/ph tính với n = 10vg/ph). 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 13 9A.2.3 Tuổi thọ ổ lăn 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 14 9A.2.4 Chọn ổ theo khả năng tải động 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 15 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 16 9A.2.5 Chọn ổ theo khả năng tải tĩnh 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 17 9A.3. ĐỊNH VỊ VÀØ LẮP GHÉP Ổ LĂN 9A.3.1. ĐỊNH VỊ Ổ LĂN: Định vị ổ lăn nhằm mục đích không cho ổ dịch chuyển hướng tâm và dọc trục, không bị tải trọng phụ do biến dạng nhiệt sinh ra Cố định vịng trong: 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 18 Cố định một bên vòng ngoài ổ: 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 19 Để điều chỉnh ổ theo phương dọc trục: 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 20 Trục thường được đặt trên hai gối trục, phương pháp phối hợp sử dụng gối tuỳ động và cố định thường dùng: 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 21 9A.4. BÔI TRƠN VÀ CHE KÍN Ổ LĂN 9A.4.1. BÔI TRƠN Ổ LĂN: • Bôi trơn ổ lăn nhằm mục đích: giảm ma sát và mài mòn; giảm nhiệt sinh ra trong ổ; kéo dài tuổi thọ ổ, bảo vệ không cho các chất bẩn rơi vào bề mặt tiếp xúc • Chọn vật liệu bôi trơn tuỳ vào vận tốc quay của ổ, nhiệt độ sinh ra trong ổ: - Mỡ bôi trơn: dùng khi vận tốc nhỏ và nhiệt độ làm việc nhỏ hơn 70 ÷ 100oC, kết cấu gối đỡ dễ rửa và thay mỡ, các loại mỡ thường dùng: Litium, Sodium, Calcium - Dầu bôi trơn: dùng khi cần giảm masát đến mức thấp nhất, nhiệt độ cao (120 ÷ 150oC) hoặc khi làm việc ở các chỗ ẩm ướt, các loại dầu thường dùng: ISO VG320, ISO VG160, ISO VG68, ISO VG46, ISO VG32, ISO VG22, ISO VG15 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 22 Che chắn ổ lăn nhằm mục đích ngăn bụi, các hạt mài mòn, nước từ ngoài chảy vào ổ và không cho mỡ, dầu từ trong ổ chảy ra ngoài. - Che kín tiếp xúc: vòng che, vòng phớt, vòng kim loại hoặc chất dẻo - Che kín bằng rãnhõ dích dắc (cản sự chảy của chất lỏng qua các rãnh hẹp), dùng với vận tốc bất kỳ (h. 9.10c,d). - Che kín nhờ lực li tâmâ : dầu hoặc chất bẩn rơi vào đĩa chắn đang quay sẽ bị hắt ra do lực li tâm, dùng khi vận tốc trung bình và cao ((h. 9.10e,f,g,h). - Che kín bằng phối hợp các phương pháp trên (h. 9.10i,j) 9A.4.2. CHE CHẮN Ổ LĂN: 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 23 9A.5 Trình tự lựa chọn ổ lăn • Lưu ý: 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 24 HẾT CHƯƠNG 9 PHẦN A 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 1 CHƯƠNG 9 Ổ TRỤC 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 2 • Ổ trục dùng để đỡ trục, giữ cho trục có vị trí xác định trong không gian, tiếp nhận tải trọng và truyền đến bệ máy. • Theo dạng ma sát trong ổ phân ra: ổ lăn (ổ ma sát lăn) và ổ trượt (ổ ma sát trượt). 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 3 PHẦN B. Ổ TRƯỢT 9B.1 KHÁI NIỆM CHUNG 9B.1.1 ĐỊNH NGHĨA: Ổ trục, tải trọng từ trục truyền đến gối trục qua bề mặt tiếp xúc giữa ngõng trục và ổ, ma sát giữa ngõng trục và ổ là ma sát trượt. 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 4 9B.1.2 PHÂN LOẠI: - Theo bề mặt làm việc chia ra: mặt trụ (a), mặt nón (c), mặt cầu (d), mặt phẳng (b). - Theo khả năng chịu tải trọng chia ra: ổ đỡ (a), ổ đỡ chặn (c,d) và ổ chặn (b). - Theo phương pháp bôi trơn bề mặt làm việc: bôi trơn thủy (thủy động hoặc thủy tĩnh), ổ bôi trơn khí (tạo áp suất trên bề mặt làm việc bằng khí nén), ổ bôi trơn từ (bề mặt làm việc không tiếp xúc trực tiếp nhờ từ tính). 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 5 9B.1.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA Ổ TRƯỢT: 1. Ưu điểm: - Làm việc có độ tin cậy cao khi vận tốc lớn (khi đó ổ lăn có tuổi thọ thấp); - Chịu được tải va đập nhờ khả năng giảm chấn của màng dầu; - Kích thước hướng kính tương đối nhỏ; làm việc êm. 2. Nhược điểm: - Yêu cầu chăm sóc bảo dưỡng thường xuyên, - Chi phí cho dầu bôi trơn lớn; - Tổn thất lớn về ma sát khi mở máy, đóng máy và khi bôi trơn không tốt; - Kích thước dọc trục tương đối lớn. 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 6 9B.1.4 PHẠÏM VI SỬ DỤNG CỦA Ổ TRƯỢT: - Khi kết cấu làm việc với vận tốc lớn: (v > 30m/s) nếu dùng ổ lăn tuổi thọ sẽ thấp. - Các máy móc thiết bị chịu tải trọng va đập. - Trong các máy chính xác đòi hỏi độ chính xác hướng trục và khả năng điều chỉnh khe hở. - Ổ có thể làm việc trong môi trường đặc biệt (nước, ăn mòn ) - Dùng trong cơ cấu có vận tốc thấp rẻ tiền, đường kính lớn. 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 7 9B.1.5 KẾT CẤU Ổ TRƯỢT : Kết cấu ổ trượt đơn giản bao gồm: - Lót ổ (1), - Thân ổ (2) - Rãnh chứa dầu (3) 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 8 - Lót ổ thường được chế tạo từ vật liệu có hệ số masát nhỏ, thông thường chế tạo nền lót ổ bằng vật liệu bình thường và dán một lớp mỏng vật liệu có độ chịu mòn cao lên bề mặt làm việc của lót ổ, khi lót ổ bị mài mòn ta chỉ cần thay lớp kim loại mỏng này. - Thân ổ có thể làm liền hay chế tạo riêng rồi ghép với thân máy, tùy kết cấu của ổ trượt ta có: ổ nguyên (liền khối) và ổ rời (thường gồm hai nửa ghép lại với nhau - tháo lắp dễ dàng, có thể điều chỉnh khe hở giữa ngõng trục và lót ổ nhưng ổ nguyên cứng và rẻ hơn ổ ghép). 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 9 -Rãnh dầu giúp phân bố đều dầu bôi trơn trong ổ, rãnh dầu có thể nằm theo chiều dọc trục hoặc vòng theo chu vi của ổ, chiều dài rãnh dầu dọc thường lấy bằng 0,8 chiều dài lót ổ để dầu không bị ứa ra hai mép ổ. Vị trí chỗ cho dầu phải nằm ngoài vùng có áp suất thủy động, nếu không khả năng tải của dầu sẽ bị giảm. Trường hợp biến dạng lớn hoặc khó lắp ráp trục, dùng ổ tự lựa có lót ổ với mặt ngoài dạng mặt cầu cho phép ổ quay tương đối với đường tâmâ của trục. 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 10 9B.1.6 VẬT LIỆU Ổ TRƯỢT: - Ngõng trục cần tôi bề mặt để có độ rắn cao, ít bị mòn. - Đối với lót ổ cần chọn vật liệu thỏa mãn các yêu cầu: hệ số masát giữa lót ổ và ngõng trục thấp; đảm bảo độ bền mỏi; có khả năng chống mòn và dính; dẫn nhiệt tốt; dễ tạo thành màng dầu bôi trơn; có khả năng chạy mòn tốt Trong thực tế có thể chia vật liệu lót ổ ra làm 3 nhóm: vật liệu kim loại (đồng thanh, babít, hợp kim nhôm, hợp kim kẽm, đồng thau, gang xám); vật liệu gốm kim loại (bột đồng thanh - graphit, bột sắt, bột sắt graphít) và vật liệu không kim loại (chất dẻo, gỗ, cao su, graphít). 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 11 9B.2.2 NGUYÊN LÝ BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG: 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 12 Như vậy, điều kiện để hình thành chế độ bôi trơn masát ướt bằng phương pháp thủy động là: - Giữa hai bề mặt trượt có khe hở hình chêm; - Dầu phải có độ nhớt nhất định và liên tục chảy vào khe hở hình chêm; - Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt phải có phương chiều thích hợp và trị số đủ lớn để đảm bảo áp suất sinh ra trong lớp dầu có đủ khả năng cân bằng với tải trọng ngoài. 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 13 9B.3 DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH: 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 14 9B.4 TÍNH TỐN Ổ TRƯỢT - TRƯỜNG HỢP MA SÁT NỬA ƯỚT: 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 15 - TRƯỜNG HỢP MA SÁT ƯỚT: 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 16 10/19/2009 GV:NGUYỄN VĂN THẠNH 17 HẾT CHƯƠNG 9 PHẦN B