bài giảng chi tiết máy ổ lăn

bài giảng chi tiết máy được soạn bởi thầy Nguyễn Hữu Nam đại học Bách Khoa Hà Nội. bài giảng giới thiệu về lịch sử phát triển ổ lăn. các thông số ổ lắn. so sánh ổ lăn với ổ trượt...cách tính toán và chọn loại ổ lăn. hỗ trỡ cho việc làm đồ án chi tiết máy

CHƯƠNG 8 Ổ LĂN

NỘI DUNG

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

5 So sánh ổ lăn và ổ trượt

2

4

8.1 Khái niệm chung

• Đỡ trục

• Giữ trục có vị trí xác định trong không gian

• Tiếp nhận tải

Lịch sử phát triển

 Leonardo da Vinci is said to have described a type of ball bearing around the year 1500 One of the issues with ball bearings is that they can rub against each

other, causing additional friction, but this can be

prevented by enclosing the balls in a cage The

captured, or caged, ball bearing was originally

described by Galileo in the 1600s The first patent for

a ball race was by Philip Vaughan of Carmarthen in

1794

 The modern, self-aligning design of ball bearing is

attributed to Sven Wingquist of the SKF ball-bearing manufacturer in 1907

 Henry Timken , a 19th century visionary and innovator

in carriage manufacturing, patented the tapered roller bearing, in 1898

6

8.1 Khái niệm chung

8.1 Khái niệm chung

a Cấu tạo

8

1

2 3 4

4 3

8.1 Khái niệm chung

8.1 Khái niệm chung

b Phân loại

Theo khả năng tiếp nhận tải trọng

 Ổ đỡ : chịu lực hướng tâm Fr, không chịu hoặc chỉ chịu được một phần nhỏ lực dọc trục Fa

 Ổ đỡ chặn: chịu được đồng thời cả lực hướng

tâm Fr và lực dọc trục Fa

 Ổ chặn: chỉ chịu được dọc trục Fa , không

chịu được lực hướng tâm

 Ổ chặn đỡ: chịu lực dọc trục Fa và một ít lực hướng tâm Fr

10

8.1 Khái niệm chung

8.1 Khái niệm chung

8.1 Khái niệm chung

b Phân loại

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

8.1 Khái niệm chung

b Phân loại

Ngoài ra còn phân ổ thành hai loại

Ổ tự lựa và ổ không tự lựa

14

8.2 Một số ổ lăn thông dụng

Ký hiệu

Ổ bi đỡ một dãy (Deep groove ball bearings)

Four-point bearings

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

Barrel roller bearings

Spherical roller bearings

22

Ổ đũa trụ ngắn đỡ một dãy

(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

Ổ bi đỡ chặn một dãy

(Angular contact ball bearings, single row)

Angular contact ball bearings, double row

26

Ổ kim (Needle roller bearings)

 Dùng ở chỗ có yêu cầu kích thước hướng kính hạn chế

Ổ đũa đỡ chặn (Tapered roller bearings)

 Dễ tháo lắp

 Dễ điều chỉnh khe hở để bù lượng mòn

28

Ổ bi chặn (Thrust ball bearings)

30

Angular contact thrust ball bearings

Ổ đũa chặn (Cylindrical roller thrust bearings)

32

Spherical roller thrust bearings

 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

34

8.3 Cơ sở tính toán ổ lăn

1. Sự phân bố tải trọng trên các con lăn

2. Ứng suất và chu kỳ chịu tải

8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn

Xét Ổ bi đỡ chỉ chịu lực hướng tâm

36

F

r

8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn

8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn

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

2

2 1

2

R

1 R

1 E

1 E

1 F

775

i  CF



C : hằng số phụ thuộc vật liệu và dạng tiếp xúc

j : số mũ, phụ thuộc dạng tiếp xúc tiếp xúc điểm (con lăn là bi) j = 2/3 tiếp xúc đường (con lăn côn) j = 1

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

8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn

Trường hợp tiếp xúc điểm (ổ bi)

2 / 5

i cos 2

1

z k

8.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn

8.3.2 Ứng suất và chu kỳ chịu tải

H

E F 38 0

1 A

1 1

1 B

1 1

8.3.2 Ứng suất và chu kỳ chịu tải

8.3.2 Ứng suất và chu kỳ chịu tải

Nhận xét

 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

48

8.4 Tính toán lựa chọn ổ lăn

1. Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính toán

2. Khả năng tải động của ổ lăn

50

52

 Mòn

54

 Biến dạng

8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn

 Dưới tác động của ứng suất thay đổi theo chu

kỳ nên dạng hỏng chủ yếu là hỏng vì mỏi

 Phương trình đường cong mỏi

+H ứng suất tiếp xúc của con lăn, tỷ lệ với tải trọng Q

+N số chu kỳ chịu tải, tỷ lệ với tuổi thọ của con lăn L (triệu vòng quay)

56

const N

H

m



8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn

 => QmL = const

+m = 3 đối với ổ bi

+m =10/3 đối với ổ đũa

• Thực nghiệm có thể xác định tải trọng không

đổi ứng với tuổi thọ L = 1 triệu vòng quay

QmL = const = Cm

C : khả năng tải động của ổ lăn

const N

H

m



8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn

• Khả năng tải động là tải trọng tĩnh 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 tối thiểu 1

triệu chu kỳ

58

8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn

QmL = const

Q: tải trọng tương đương

• Tải trọng tương đương đối với ổ lăn đỡ và

đỡ chặn là tải trọng hướng tâm không đổi Q,

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

8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn

Tải trọng tương đương

8.4.2 Khả năng tải động của ổ lăn

 Ý nghĩa của các hệ số

– V hệ số kể đến ảnh hưởng của vòng nào quay, khi vòng trong quay V = 1, vòng ngoài quay V = 1.2

– Kđ hệ số kể đến ảnh hưởng của đặc tính tải trọng

– Kt hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ Kt = 1 khi

t  100 o C

– X, Y yếu tố xét đến ảnh hưởng của tải trọng hướng tâm và dọc trục đến tuổi thọ Tra bảng 17.1

– i : số dãy con lăn

– Fr, Fa lực hướng tâm và lực dọc trục tác dụng lên ổ

8.4.3 Khả năng tải tĩnh của ổ lăn

 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

 C0 được cho trong các bảng ổ lăn, phụ thuộc lại ổ và kích thước ổ

 Điều kiện kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

Q0  C0

Q0 là tải trọng tĩnh tương đương (KN)

C0 tra trong bảng

62

8.4.4 Chọn ổ lăn theo khả năng tải động

Cđ = Q L1/m

 Q : tải trọng tương đương

 L : tuổi thọ cần thiết (triệu vòng)

Trường hợp tuổi thọ tính bằng giờ (Lh) thì

L = 60.10-6nLh

+n < 10 v/ph -> n = 10

+n < 1 v/ph -> chọn theo khả năng tải tĩnh

8.4.4 Chọn ổ lăn theo khả năng tải động

Xác định tải trọng dọc trục tác động lên ổ

• 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

64

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

+Ổ bi : Fsi = e.Fri

+Ổ đũa Fsi = 0.85e.Fri

+Chiều của Fs : tác dụng lên ổ đối diện

 Giá trị của e: tra bảng 17.1

8.4.4 Chọn ổ lăn theo khả năng tải động

 Xác định kích thước ổ lăn

 Tính Cđ = Q L1/m

 Sau khi xác định được Cđ, dựa vào loại ổ,

đường kính ngõng trục, tra bảng chọn loại ổ thoả mãn điều kiện Cđ ≤ Cbảng

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

68

2 Tính tải trọng tương đương Qi

Câu hỏi ôn tập

 Các loại ổ lăn và phạm vi sử dụng của chúng

 Nêu ý nghĩa, viết và giải thích công thức tính tải trọng tương đương trong tính toán khả

năng tải động của ổ lăn Trình bày cách xác

định tải trọng dọc trục trong ổ đỡ - chặn

 So sánh ưu nhược điểm của ổ lăn so với ổ

trượt Những trường hợp nào dùng ổ trượt tốt hơn ổ lăn

Câu hỏi ôn tập

 Các dạng ma sát trong ổ trượt và nguyên lý

bôi trơn thuỷ động Chứng minh rằng trong ổ trượt đỡ có khả năng hình thành chế độ ma sát ướt

 Tính toán ổ trượt bôi trơn ma sát ướt Nêu các giải pháp khi ổ không đảm bảo chế độ bôi

trơn ma sát ướt

 Mục đích và phương pháp tính ổ trượt bôi trơn

ma sát ướt theo áp suất p và tích số pv

72