4. í nghĩa của đề tài
2.1.1. Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng
Hệ số ma sỏt trong ổ thấp, hiệu suất sử dụng ổ lăn khỏ cao và đơn giản. khụng phải chăm súc, bụi trơn thường xuyờn. Kớch thước chiều rộng của ổ lăn nhỏ. Khoảng cỏch giữa hai gối đỡ trục ngắn hơn, trục cứng vững hơn. Ổ cú mức độ tiờu chuẩn hoỏ của ổ đỡ chặn rất cao, thuận tiện cho việc thay thế khi sửa chữa, tốn ớt cụng sức trong thiết kế.
b. Nhược điểm
Kớch thước của ổ theo hướng kớnh lớn. Vỡ vậy khi thỏo, lắp ổ lăn phức tạp và khú khăn. Làm việc với vận tốc cao cú nhiều tiếng ồn hơn. Chịu tải trọng va đập kộm. Giỏ thành của ổ tương đối cao nếu sản xuất đơn chiếc. Với ổ đỡ chặn được chế tạo bằng kim loại, do đú sẽ khụng thể làm việc được trong một số mụi trường ăn mũn kim loại.
c. Ph0m vi sử d+ng
Ổ đỡ được dựng rất nhiều trong cỏc loại mỏycụng nghiệp như: mỏy cắt kim loại, mỏy điện, mỏy bay, ụ tụ, mỏy kộo, cần trục, mỏy xõy dựng, trong cỏc hộp giảm tốc, trong cỏc cơ cấu. Đối với một số trường hợp sau đõy nờn dựng ổ trượt thay cho ổ đỡ:
- Trục quay với số vũng quay rất lớn.
- Trục cú đường kớnh quỏ lớn, hoặc quỏ bộ, khú khăn trong việc tỡm kiếm ổ đỡ. Lắp ổ vào ngừng trục giữa của trục khuỷu.
- Khi cần đảm bảo độ chớnh xỏc đồng tõm giữa trục và gối đỡ, vỡ ổ trượt cú ớt chi tiết hơn ổ lăn.
- Khi phải làm việc trong mụi trường đặc biệt, ăn mũn kim loại. - Khi ổ chịu tải trọng va đập hoặc rung động mạnh.
2.2. Kết cấu và cỏc thụng số cơ bản của ổ đỡ 2.2.1. Kết cấu ổ đỡ
Ổ đỡ là loại ổ được thiết kế lắp trờn cỏc trục, gối đỡ. Nhờ cú con lăn nờn ma sỏt trong ổ là ma sỏt lăn. Ổ lăn gồm cú vũng ngoài 1, vũng trong 2, con lăn 3 và vũng cỏch 4. Vũng trong và vũng ngoài thường cú rónh để dẫn hướng cho con lăn và để giảm ứng suất. Vũng trong lắp với ngừng trục, vũng ngoài lắp với gối trục (vỏ
mỏy, thõn mỏy). Thường thỡ vũng trong quay cựng với trục, cũn vũng ngoài thỡ đứng yờn, nhưng cũng cú khi vũng ngoài quay cựng với gối trục cũn vũng trong đứng yờn cựng với trục. Con lăn cú thể là bi hoặc đũa, lăn trờn rónh lăn. Vũng cỏch cú tỏc dụng ngăn cỏch cỏc con lăn khụng cho chỳng tiếp xỳc với nhau.
Hỡnh 2.2: Cấu tạo ổ đỡ 2.2.2. Cỏc thụng số cơ bản của ổ đỡ
Trong đú:
d là đường kớnh vũng trong Grlà khoảng hở hướng kớnh
J
r là bỏn kớnh rónh đỡ vũng trong Dw là đường kớnh con lăn
r
Glà khoảng hở hướng kớnh D là dường kớnh vũng ngoài rJlà bỏn kớnh rónh đỡ vũng trong Dpw
là đường kớnh vũng chia rAlà bỏn kớnh rónh đỡ vũng ngoài
Tiếp xỳc điểm và tiếp xỳc đường: tiếp xỳc điểm và tiếp xỳc đường được phõn biệt
theo kiểu tiếp xỳc giữa phần tử lăn và vũng quay trong trạng thỏi khụng tải. Khi đường kớnh con lăn nhỏ hơn bỏn kớnh rónh lăn thỡ 2 phần tử tiếp xỳc điểm với nhau, khi cú tải do biến dạng đàn hồi của cả 2 phần tử khi đú chỳng sẽ tiếp xỳc đường, thụng thường là dạng elip.
Gúc tiếp xỳc và đường tiếp xỳc: Cỏc con lăn tiếp xỳc với mỗi vũng bi tại một
điểm, đường nối 2 điểm này đi qua điểm tiếp xỳc và điểm tõm của mỗi phần tử lăn vuụng gúc với rónh lăn, ngoại lực tỏc dụng truyền từ vũng này qua vũng kia thụng qua đường này nờn nú được gọi là đường tiếp xỳc. Gúc tạo bởi giữa đường tiếp xỳc và mặt phẳng hướng kớnh gọi là gúc tiếp xỳc. Cần lưu ý là cú sự khỏc nhau đụi
chỳt giữa gúc tiếp xỳc tự do o khi khụng tải và gúc tiếp xỳc khi ổ lăn chịu tải.
Hỡnh 2.4: Đường tiếp xỳc và gúc tiếp xỳc (a-b-c)
Gúc tiếp xỳc tự do khi khụng tải: r r D G w A J r o ] ) [( 2 1 cos
Trờn hỡnh 2.4c, cỏc vũng quay tương đối với nhau trong khoảng hở hướng
kớnh Gr và chỳng cú khả năng dịch chuyển tương đối theo 2 hướng dọc trục một
khoảng là 2
a G
cho đến khi xảy ra ứng suất tiếp xỳc tự do với con lăn. Tổng cỏc
khoảng dịch chuyển này chớnh là dịch chuyển dọc trục Ga của ổ lăn (hỡnh 2.5)
2 ) 2 / 1 ( 1 2o r o a r G r G ; ro rJ rA Dw Hỡnh 2.5: Khoảng hở dọc trục
2.3. Đặc điểm làm việc của cỏc loại ổ lăn.
Tựy thuộc vào cấu tạo và khả năng làm việc mà ổ lăn gồm cú cỏc loại sau: - Ổ bi đỡ một dóy: Loại này được chế tạo với số lượng rất lớn, giỏ thành tương
đối rẻ so với cỏc loại khỏc. Ổ chịu được lực hướng tõm là chớnh. Cú thể chịu được một ớt lực dọc trục, bằng 70% lực hướng tõm chưa dựng đến. Ổ bi đỡ một dóy cú thể lằm việc bỡnh thường khi trục nghiờng một gúc nhỏ, khụng quỏ 15 ữ 30 .0 0
- Ổ bi lũng cầu hai dóy: Lọai này cho phộp trục xoay một gúc lớn đến 3 . Khả0
năng tải lớn hơn ổ bi đỡ một dóy cú cựng kớch thước d. Chịu được lực hướng tõm là chớnh. Chịu được một ớt lực dọc trục, bằng 20% lực hướng tõm chưa dựng đến.
- Ổ đũa trụ ngắn một dóy. Ổ chỉ chịu được lực hướng tõm. Hầu như khụng chịu lực dọc trục, Khả năng tải lớn hơn ổ bi đỡ một dóy cú cựng kớch thước d, gấp khoảng 1,7 lần đồng thời chịu va đập tốt.
- Ổ bi đỡ chặn một dóy: Ổ chịu được lực hướng tõm và cả lực dọc trục. Khả năng tải lớn hơn ổ bi đỡ một dóy cú cựng kớch thước d, gấp khoảng 1,4 lần. Ổ được chế tạo với cỏc giỏ trị gúc α = 12 , 26 và 36 . 0 0 0
- Ổ cụn đỡ chặn một dóy: Ổ chịu được lực hướng tõm và cả lực dọc trục lớn. Khả năng tải lớn hơn ổ bi đỡ một dóy cú cựng kớch thước d. Loại này được sử dụng nhiều trong cụng nghệ chế tạo mỏy vỡ thỏo lắp đơn giản, điều chỉnh khe hở và bự lượng mũn thuận tiện. Ổ được chế tạo thành hai nhúm với cỏc giỏ trị gúc α = 10 ữ 16 và α = 25 ữ 30 . 0 0 0 0
- Ổ bi chặn một dóy: Ổ chỉ chịu được lực dọc trục. Hầu như khụng chịu được lực hướng tõm. Khi làm việc với số vũng quay lớn, lực ly tõm làm ổ mũn rất nhanh.
2.4. Một số dạng sai hỏng thường gặp của ổ lăn
Cú rất nhiều dạng và nguyờn nhõn gõy ra hư hỏng, tuy nhiờn ở đõy chỉ liệt kờ cỏc vấn đề quan trọng nhất chẳng hạn như hư hỏng do mỏi, mũn, biến dạng đàn hồi của cỏc phần tử lăn, và một số dạng hư hỏng khỏc do điều kiện vận hành, lắp đặt và quỏ trỡnh bảo dưỡng…Tuy nhiờn khụng phải lỳc nào cũng cú thể tỡm ra được nguyờn nhõn gõy hư hỏng. Một ổ lăn sẽ khụng chịu được tải trọng khi vật liệu đó đến giới hạn mỏi do làm việc trong một thời gian khỏ dài. Mặc dự một số ớt hiện tượng mũn là do tự nhiờn hoặc là khụng thể trỏnh khỏi trong hầu hết cỏc ổ lăn, nhưng mũn cưỡng bức do bụi trơn khụng đủ, chất lượng chất bụi trơn kộm và bẩn cũng cần phải được xem xột để trỏnh cỏc nguyờn nhõn gõy ra hư hỏng.
Mỏi: Mọi ổ lăn quay dưới tải trọng lớn hơn giới hạn bền mỏi đều cú tuổi thọ mỏi,
được xỏc định phụ thuộc vào số chu k„ quay và tải trọng. Ổ lăn sẽ đạt tới điểm kết thỳc tuổi thọ khi mà bề mặt lăn của rónh lăn và con lăn bị phỏ hủy do vật liệu bị mỏi. Dưới đõy là một số dạng hư hỏng điển hỡnh do mỏi:
- Mỏi cổ điển: hư hỏng do mỏi bắt đầu từ khi trờn bề mặt cú xuất hiện cỏc vết rạn li ti (hỡnh 2.7). Khi tiếp tục đặt tải, vết rạn vẫn tiếp tục phỏt triển trờn toàn bề mặt, gõy nờn dạng hỏng rỗ bề mặt (hỡnh 2.8) dưới đõy.
Hỡnh 2.6: Những vết rạn li ti Hỡnh 2.7: Rỗ bề mặt
- Mỏi do bụi trơn kộm: đõy là một dạng đặc biệt mỏi xảy ra khi giữa cỏc bề mặt tiếp xỳc khụng cú màng bụi trơn đầy đủ
Mũn: Đõy là dạng hư hỏng phổ biến của ổ lăn. Mũn sinh ra chủ yếu do cỏc hạt bụi
bẩn, nước và chất làm mỏt vào ổ lăn do vũng kớn khụng đảm bảo. Mũn cũng thường do chất bụi trơn bị nhiễm bẩn. Độ mũn tăng lờn tỷ lệ với thời gian vận hành, hậu quả làm tăng khe hở hướng kớnh của ổ và làm tiền đề cho cỏc dạng hỏng tiếp theo nguy hiểm hơn. Độ mũn cú thể giảm bằng cỏch cải thiện quỏ trỡnh bụi trơn và tăng chất lượng bề mặt tiếp xỳc cỏc chi tiết trong quỏ trỡnh gia cụng.
Hỡnh 2.8: Hư hỏng do mũn
Lắp đặt khụng đỳng kỹ thuật: Vị trớ của vựng tải trọng ổ lăn được xỏc định bởi
hướng của tải trọng tỏc động và điều kiện quay. Trong hầu hết cỏc trường hợp vựng tải trọng sẽ được nhận biết sau một thời gian vận hành nhất định do vết của nú và cho biết ổ lăn được chịu tải theo đỳng thiết kế hay chưa. Trong cỏc ổ đỡ hướng tõm,
tập hợp cỏc điểm chịu tải được xỏc định một cỏch thụng thường bằng một nửa chu vi vũng quay. Đối với cỏc ổ lăn chịu tải dọc trục, quỹ đạo của nú sẽ lệch một khoảng nào đú so với đường tõm của cỏc vũng quay. Đặt tải trước quỏ mức hoặc biến dạng nội bộ cú thể cú thể nhận biết thụng qua cỏc quỹ đạo này. Tải trọng đặt trước hướng trục hoặc dọc trục là cần thiết khi cần đảm bảo một vài yờu cầu lắp đặt nào đú, cũn một vài lực tỏc động khụng mong muốn sinh ra trong quỏ trỡnh lắp đặt cú thể gõy ra hư hại đối với ổ lăn. Một tải trọng hướng trục khụng mong muốn xảy ra trong cỏc ổ lăn, do lắp chặt, ộp nhiệt, cỏc phần tử lăn sẽ lăn hết toàn bộ chu vi vũng quay. Tải trọng đặt trước hướng trục gõy nờn tiếng ồn khi chạy và nhiệt độ vận hành cao hơn. Áp suất tiếp xỳc cao hơn dẫn tới mỏi sớm và quỏ nhiệt.
Hỡnh 2.9: Rónh bi do tải trọng hướng kớnh Hỡnh 2.10: Hư hỏng vũng trong do quỏ nhiệt
Hỡnh 2.11: Trúc vảy trong vũng ngoài ổ lăn
Hỡnh 2.12: Góy vũng cỏch
Gúc tilt quỏ lớn dẫn tới lực tiếp xỳc chờnh lệch giữa bi và vũng cỏch gõy ra nứt, góy vũng cỏch.Hư hỏng do ảnh hưởng từ giỏ đỡ ổ lăn: Hai thụng số đặc biệt quan trọng trong việc bố trớ ổ lăn, đú là độ khớt giữa con lăn và ổ đỡ, độ cứng của hệ đỡ ổ lăn. Nếu khe hở quỏ lỏng lẻo làm cho cỏc vũng quay cú thể dịch chuyển, gõy nờn cỏc vết xước và mài mũn vật liệu, và khi vận hành sẽ gõy ra cỏc tiếng ồn. Nếu độ cứng ổ đỡ mà khụng đảm bảo cũng ảnh hưởng rất lớn tới tuổi thọ của ổ lăn, thụng thường người ta dựng loại giỏ đỡ hàn hoặc đỳc cú cỏc gõn tăng cứng. Hỡnh 2.14 là vũng ngoài ổ lăn bị góy và trúc vảy do thiết kế cỏc gõn tăng cứng khụng đảm bảo.
Hỡnh 2.13: Trúc vảy và góy vũng ngoài ổ lăn
bảng 2.1: Tần suất hư hỏng của cỏc chi tiết của ổ lăn
Dạng hỏng Tần suất (%) - Mài mũn - Trúc rỗ - Nứt và gẫy 25% 26% 49% Kết luận chương 2.
Chương 2 đó giới thiệu một cỏch tổng quỏt cỏc thụng số cơ bản về cấu tạo, đặc điểm làm việc của một số loại ổ lăn. Với mỗi một loại ổ khỏc nhau thỡ sẽ cú khả năng chụi tải riờng biệt vớ dụ như ổ bi đỡ chỉ chịu được tải trọng hướng tõm, ổ bi đỡ chặn chịu được cả lực hướng tõm và lực dọc trục. Mặc dự cú kết cấu, cỏch chịu tải khỏc nhau nhưng chỳng thường gặp phải một số dạng sai hỏng chủ yếu trong quỏ trỡnh làm việc như mũn, trúc rỗ bề mặt….
Đối tượng đo Đầu đo Cỏp truyền tớn hiệu
Bộ khuếch đại và bộ lọc
Số húa
Bộ chuyển đổi "Tương tự - Số"
(Analog Digital Converter - ADC)
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH TèNH TRẠNG KỸ THUẬT CỦA Ổ LĂN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH PHỔ TẦN SỐ DAO ĐỘNG
3.1. Tổng quan về hệ thống đo dao động của ổ đỡ
Hỡnh 3.1 mụ tả sơ đồ tổng quan của một hệ thống đo, đối tượng đo là nguồn rung động như vỏ mỏy, đế mỏy, trục... Cỏc tớn hiệu rung được đầu đo ghi nhận, thụng qua cỏp truyền tớn hiệu và chuyển tới mạch khuếch đại và mạch lọc. Cỏp truyền tớn hiệu cú thể là vụ tuyến, hữu tuyến, cỏp quang. Mạch khuếch đại cú tỏc dụng làm tăng biờn độ của tớn hiệu cũn mạch lọc cú tỏc dụng loại bỏ những thành phần khụng cần thiết như là nhiễu,... Sau đú, nhờ bộ chuyển đổi số - tương tự, tớn hiệu được rời rạc húa thành tớn hiệu số rồi đưa vào lưu trữ và xử lý.
Hỡnh 3.1: Sơ đồ tổng quan của một hệ thống đo
Dưới đõy ta sẽ xột tới một số thành phần chớnh trong một hệ thống đo là: - Đối tượng đo.
- Đầu đo.
Đõy là hai đối tượng sinh ra và ghi nhận tớn hiệu. Cỏp truyền tớn hiệu và cỏc mạch khuếch đại đó được nghiờn cứu rất kĩ trong cỏc tài liệu chuyờn ngành kĩ thuật đo lường nờn ta khụng xột tới ở đõy.
Bộ chuyển đổi "số - tương tự" và cỏc bộ lọc số đang ngày càng được ứng dụng rộng rói trong phõn tớch và xử lý tớn hiệu số. Do đú, chỳng sẽ được xem xột tới trong mục "Tớn hiệu số".
1. Đối tượng đo
Đối tượng đo là ổ lăn được lắp trờn cỏc gối đỡ, thõn hộp những vật gõy ra dao động trong quỏ trỡnh làm việc. Trong nội dung chẩn đoỏn rung, đối tượng đo là cỏc mỏy múc, thiết bị sản xuất, tớn hiệu rung từ cỏc bộ phận bờn trong mỏy được truyền ra vỏ mỏy, đế mỏy... Do đú, bằng cỏc đầu đo đặt trờn vỏ và đế mỏy, ta cú thể thu được cỏc tớn hiệu này. Tuy nhiờn, vị trớ đặt cỏc đầu đo cú ảnh hưởng rất lớn đến độ chớnh xỏc của tớn hiệu.
Ổ lăn Đầu đo
Hỡnh 3.2: Cỏc vị trớ đặt đỳng của đầu đo trờn đối tượng đo
Trong hỡnh 3.2 trờn đầu đo 1 được đặt trờn nắp ổ và dựng để đo cỏc tớn hiệu dao động theo phương dọc trục cũn đầu đo 2 được đặt phớa dưới cốc lút và dựng để đo cỏc tớn hiệu dao động theo phương hướng kớnh. Vị trớ đặt cỏc đầu đo 1 và 2 như trờn hỡnh là đỳng cỏch, bảo đảm cho độ tin cậy của tớn hiệu đo được.
2. Đầu đo:cú nhiều loại với nhiều chức năng đo khỏc nhau như: - Đầu đo dịch chuyển khụng tiếp xỳc
- Đầu đo vận tốc dao động - Đầu đo dao động xoắn của trục
Tuy nhiờn, được sử dụng rộng rói nhất hiện nay vẫn là đầu đo gia tốc dao động sử dụng cảm biến piezo (cũn gọi là gia tốc kế - accelerometer). Loại đầu đo này cú độ nhạy cao, ổn định, chịu được nhiệt độ lớn, khối lượng nhỏ và đặc biệt nú là dụng cụ tự phỏt, tức là khụng cần tới bất kỡ một nguồn cung cấp năng lượng nào để hoạt động. Cỏc tớn hiệu mẫu vớ dụ được sử dụng trong đồ ỏn này đều được thu từ đầu đo gia tốc, hỡnh 3.3.
Phương dao động hướng kớnh Đầu đo 2 Trục Nắp ổ Phương dao động dọc trục
Hỡnh 3.3: Đầu đo gia tốc sử dụng cảm biến piezo
Tõm của đầu đo gia tốc là cỏc miếng ỏp điện, chỳng được làm từ một loại hợp kim sắt từ đó được phõn cực nhõn tạo. Những miếng ỏp điện này cú đặc tớnh là