Bài giảng Chi tiết máy - Chương 9: Ổ lăn

12/17/2017 NỘI DUNG 8.1 Khái niệm chung 1. Khái niệm chung 2. Một số loại ổ lăn thông dụng 3. Cơ sở tính toán ổ lăn 4. Tính toán lựa chọn ổ lăn • Đỡ trục •Giữ trục có vị trí 5. So sánh ổ lăn và ổ trượt xác định trong không gian • Tiếp nhận tải trọng 1 2 8.1 Khái niệm chung 8.1 Khái niệm chung a. Cấu tạo a. Cấu tạo • Giữ cho các con lăn cách nhau 1 1. Vòng ngoài (lắp lên gối trục) khoảng cố định 2. Vòng trong (lắp lên ngõng trục) 3. Con lăn • Giảm số lượng con lăn 4. Vòng cách 3 4 1 12/17/2017 8.1 Khái niệm chung 8.1 Khái niệm chung b. Phân loại b. Phân loại Theo khả năng tiếp nhận tải trọng Theo dạng con lăn  Ổ đỡ : chịu lực hướng tâm Fr, không chịu hoặc  Bi : ổ bi (hình a) chỉ chịu được một phần nhỏ lực dọc trục Fa .  Đũa :  Ổ đỡ chặn: chịu được đồng thời cả lực hướng +đũa trụ ngắn (hình b) tâm Fr và lực dọc trục Fa +đũa trụ dài (hình c)  Ổ chặn: chỉ chịu được dọc trục Fa , không chịu được lực hướng tâm +đũa côn (hình d)  Ổ chặn đỡ: chịu lực dọc trục Fa và một ít lực +đũa hình tang trống (hình e, f) hướng tâm Fr 5 6 8.1 Khái niệm chung 8.1 Khái niệm chung b. Phân loại b. Phân loại Theo số dãy con lăn Theo cỡ đường kính ngoài Với cùng đường kính trong chia ra các loại cỡ siêu nhẹ, đặc biệt nhẹ, nhẹ, nhẹ rộng, trung, trung rộng, nặng Ngoài ra còn phân ổ thành hai loại Ổ tự lựa và ổ không tự lựa Ổ một dãy Ổ hai dãy Ổ bốn dãy 7 8 2 12/17/2017 8.1 Khái niệm chung 8.2 Một số ổ lăn thông dụng b. Phân loại Ký hiệu Ngoài ra còn phân ổ thành hai loại Ổ tự lựa và ổ không tự lựa 9 10 Ổ bi đỡ một dãy (Deep groove ball bearings) Four-point bearings  Cho phép trục nghiêng  Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ  Khả năng chịu va đập kém 11 12 3 12/17/2017 Ổ bi đỡ lòng cầu 2 dãy (Self-aligning ball bearings)  Thích hợp với trục truyền chung có nhiều ổ trục hoặc khó đảm bảo lắp đồng tâm 13 14 Barrel roller bearings 15 16 4 12/17/2017 Ổ đũa trụ ngắn đỡ một dãy Spherical roller bearings (Cylindrical roller bearings, single row)  Chịu tải hướng tâm lớn  Chịu va đập tốt  Không chịu lực dọc trục  Đắt hơn ổ bi đỡ một dãy 17 18 Ổ bi đỡ chặn một dãy (Angular contact ball bearings, single row) 19 20 5 12/17/2017 Angular contact ball bearings, double row Ổ kim (Needle roller bearings)  Dùng ở chỗ có yêu cầu kích thước hướng kính hạn chế 21 22 Ổ đũa đỡ chặn (Tapered roller bearings)  Dễ tháo lắp  Dễ điều chỉnh khe hở để bù lượng mòn 23 24 6 12/17/2017 Ổ bi chặn (Thrust ball bearings) Angular contact thrust ball bearings 25 26 Ổ đũa chặn (Cylindrical roller thrust bearings) Spherical roller thrust bearings 27 28 7 12/17/2017 Ký hiệu ổ lăn 8.3 Cơ sở tính toán ổ lăn  Theo TCVN 3776-83 ổ lăn được ký hiệu bởi 4 1. Sự phân bố tải trọng trên các con lăn chữ số : ví dụ 7204 2. Ứng suất và chu kỳ chịu tải  Hai chữ số cuối cùng biểu thị đường kính trong của ổ (mm) Đường kính trong của ổ 10 12 15 17 20 Ký hiệu 00 01 02 03 04  Từ 04 , mỗi giá trị cách nhau 5 mm  Số thứ 3 từ phải sang biểu thị cỡ ổ 1-> 9 ví dụ 2 là cỡ nhẹ  Số thứ 4 từ phải sang biểu thị loại ổ . Ví dụ 7 là loại ổ đũa côn 29 30 8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn 8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn Xét Ổ bi đỡ chỉ chịu lực hướng tâm F r 31 32 8 12/17/2017 8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn 8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn Phương trình cân bằng lực Fr  F0  2F1 cos  ...  2Fn cosn F Fr r   F F2 2 F F2 2 F F1 1 F F1 1 F F0 0 33 34 8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn 8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn Phương trình về quan hệ biến dạng 2 1/3   1 1   1 1    0.775F2        E E   R R    1 2   1 2  Fr   j i  CFi 1 F 0 F 2 2 C : hằng số phụ thuộc vật liệu và dạng tiếp xúc F1 Giả thiết: j : số mũ, phụ thuộc dạng tiếp xúc F1 F0 tiếp xúc điểm (con lăn là bi) j = 2/3 - Ổ không có khe hở hướng tâm tiếp xúc đường (con lăn côn) j = 1 - Các vòng ổ giữ nguyên dạng tròn 35 36 9 12/17/2017 8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn 8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn  Phương trình về quan hệ biến dạng Trường hợp tiếp xúc điểm (ổ bi)  kFr z 1 F  với k  o 0 n z 5/2 1 2cos i i1 z = 10; 15; 20 tính được k = 4.38; 4.37;4.36  Trong thực tế các giả thiết không được thỏa mãn, do đó 1 1  0 cos 0 5Fr    cos2 F0  2 0 z    cosi i 0 Trường hợp tiếp xúc đường (ổ đũa) 4.5F F  r 0 z 37 38 8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn Nhận xét  Sự phân bố tải trọng phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo  Càng nhiều con lăn thì có khả năng chịu tải hướng tâm lớn 39 40 10 12/17/2017 8.3.2 Ứng suất và chu kỳ chịu tải 8.3.2 Ứng suất và chu kỳ chịu tải Công thức Hertz 2 F E    0.383 0 H max 2 Fo  Hmax 1 1 1 Tại điểm A   A    t A 1A 2A  1 1 1 B Hmax Tại điểm B   B 1A 1B t Do đó ta có A < B HA > HB dẫn đến vòng trong nhanh hỏng hơn vòng ngoài 41 42 8.3.2 Ứng suất và chu kỳ chịu tải 8.4 Tính toán lựa chọn ổ lăn Nhận xét 1. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán 2. Khả năng tải động của ổ lăn  Vòng quay có số chu kỳ chịu tải nhỏ hơn vòng đứng yên  Vòng trong chịu ứng suất lớn hơn vòng ngoài => nên để vòng trong quay, vòng ngoài đứng yên 43 44 11 12/17/2017 8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn 8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn mH m  Dưới tác động của ứng suất thay đổi theo chu  H N  const => Q L = const kỳ nên dạng hỏng chủ yếu là hỏng vì mỏi. +m = 3 đối với ổ bi  Phương trình đường cong mỏi +m =10/3 đối với ổ đũa mH H N  const • Thực nghiệm có thể xác định tải trọng không đổi ứng với tuổi thọ L = 1 triệu vòng quay + ứng suất tiếp xúc của con lăn, tỷ lệ với tải H QmL = const = Cm trọng Q C : khả năng tải động của ổ lăn +N số chu kỳ chịu tải, tỷ lệ với tuổi thọ của con lăn L (triệu vòng quay) 45 46 8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn 8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn • Khả năng tải động là tải trọng tĩnh do ổ tiếp QmL = const nhận mà không ít hơn 90% số ổ cùng loại, Q: tải trọng tương đương cùng kích thước lấy làm thí nghiệm chưa xuất • Tải trọng tương đương đối với ổ lăn đỡ và hiện các dấu hiệu tróc mỏi sau tối thiểu 1 đỡ chặn là tải trọng hướng tâm không đổi Q, triệu chu kỳ. dưới tác dụng của tải trọng này ổ lăn có tuổi thọ bằng với tuổi thọ của ổ làm việc trong điều kiện chịu tải thực. • Với ổ lăn chặn và chặn đỡ, là tải trọng dọc trục không đổi 47 48 12 12/17/2017 8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn 8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn Tải trọng tương đương  Ý nghĩa của các hệ số – Ổ đỡ và đỡ chặn – V hệ số kể đến ảnh hưởng của vòng nào quay, khi vòng trong quay V = 1, vòng ngoài quay V = 1.2 Q = (XVFr + YFa)KđKt – Kđ hệ số kể đến ảnh hưởng của đặc tính tải trọng – Ổ chặn đỡ – Kt hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ. Kt = 1 khi t  100oC Q = (XFr + YFa)KđKt – X, Y yếu tố xét đến ảnh hưởng của tải trọng hướng – Ổ chặn tâm và dọc trục đến tuổi thọ. Tra bảng 17.1 – i : số dãy con lăn Q = FaKđKt – Fr, Fa lực hướng tâm và lực dọc trục tác dụng lên ổ – Ổ trụ ngắn đỡ Q = VFrKđKt 49 50 8.4.3 Khả năng tải tĩnh của ổ lăn 8.4.4 Chọn ổ lăn theo khả năng tải động 1/m  Khả năng tải tĩnh (C0) là tải trọng tĩnh gây Cđ = Q L nên tại vùng tiếp xúc chịu tải lớn nhất của con  Q : tải trọng tương đương. lăn và rãnh lăn biến dạng dư tổng cộng bằng  L : tuổi thọ cần thiết (triệu vòng) 0.0001 giá trị đường kính con lăn. Trường hợp tuổi thọ tính bằng giờ (Lh) thì  C0 được cho trong các bảng ổ lăn, phụ thuộc -6 lại ổ và kích thước ổ. L = 60.10 nLh  Điều kiện kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh +n n = 10 Q  C 0 0 +n chọn theo khả năng tải tĩnh Q0 là tải trọng tĩnh tương đương (KN) C0 tra trong bảng 51 52 13 12/17/2017 8.4.4 Chọn ổ lăn theo khả năng tải động 8.4.4 Chọn ổ lăn theo khả năng tải động Xác định tải trọng dọc trục tác động lên ổ  Ổ bi đỡ chặn và ổ đũa côn • Tải trọng dọc trục tác động lên ổ phụ thuộc vào loại ổ, sơ đồ lắp. • Ổ bi đỡ và ổ bi lòng cầu hai dẫy Fa = Fat Fat: ngoại lực tác động dọc trục 0 1 0 1 Fs0 Fr1 Fs0 Fs1 Fr0 Fr1 Fr0 Fr1 53 54 8.4.4 Chọn ổ lăn theo khả năng tải động 8.4.4 Chọn ổ lăn theo khả năng tải động  Fs :nội lực dọc trục do lực hướng tâm Fr gây ra  Xác định kích thước ổ lăn 1/m +Ổ bi : Fsi = e.Fri  Tính Cđ = Q L  +Ổ đũa Fsi = 0.85e.Fri Sau khi xác định được Cđ, dựa vào loại ổ, đường kính ngõng trục, tra bảng chọn loại ổ +Chiều của Fs : tác dụng lên ổ đối diện thoả mãn điều kiện Cđ ≤ Cbảng  Giá trị của e: tra bảng 17.1  Tổng lực dọc trục tác động lên ổ Fai = Fsj  Fat +Nếu Fai > Fsi  Fai = Fai +Nếu Fai < Fsi  Fai = Fsi 55 56 14 12/17/2017 8.4.5 Các bước chọn ổ lăn 1. Chọn loại ổ và sơ đồ bố trí ổ  Yêu cầu về kết cấu Trục dài, có nhiều gối tựa  dùng ổ tự lựa Trục cần dịch chuyển dọc trục  ổ tùy động  Vận tốc làm việc của ổ Vận tốc cao nên chọn ổ bi thay ổ đũa Đối với trục vít với chiều dài trục > 150 mm 57 58 2. Tính tải trọng tương đương Qi 3. Tính tải trọng động C 4. Chọn kích thước ổ lăn sao cho +dổ = dtrục +C ≤ [Cbảng] Nếu không thỏa mãn : Tăng góc  Ổ bi ko đủ bền -> ổ côn Giảm thời gian làm việc 59 15