chương 8 ổ lăn

Chi tieát maùy Chương VIII

101

CHƯƠNG 8

OÅ TRUÏC

8A. OÅ LAÊN

8A.1. KHÁI NIỆM

a. Các bộ phận chính của ổ lăn

Cấu tạo ổ lăn gồm vòng ngoài, vòng trong, con lăn. Giữa các con lăn còn

có vòng cách

Nhờ có con lăn nên ma sát trong ổ là ma sát lăn. Hệ số ma sát lăn f =

0,0015…0,006

Chế độ bôi trơn khá đơn giản. Kết cấu cho phép chế tạo hàng loạt nên giá

thành thấp

b. Phân loại

Theo hình dạng con lăn: bi, đũa trụ ngắn, đũa trụ dài, đũa côn, đũa hình

trống đối xứng hoặc không đối xứng, đũa kim, đũa xoắn …

Theo khả năng chịu tải trọng:

o Ổ đỡ: chỉ chịu tải trọng hướng tâm và một phần lực dọc trục (ổ bi

đỡ) hoặc chỉ chịu được tải trọng hướng tâm (ổ đũa trụ ngắn)

o Ổ đỡ chặn: chịu tải trọng hướng tâm và dọc trục (ổ bi đỡ chặn, ổ

đũa côn đỡ chặn)

o Ổ chặn đỡ: chủ yếu chịu tải trọng dọc trục, đồng thời một phần

tải trọng hướng tâm

o Ổ chặn: chỉ chịu tải trọng dọc trục

Theo số dãy con lăn: ổ một dãy, ổ hai dãy, ổ bốn dãy…

Theo kích thước ổ: siêu nhẹ, đặc biệt nhẹ, nhẹ, nhẹ rộng, trung, trung rộng,

nặng…

Theo khả năng tự lựa: có hoặc không có khả năng tự lựa


102

c. Ký hiệu ổ lăn:

Ổ lăn được ký hiệu như sau:

Hai số đầu tiên từ bên phải ký hiệu đường kính vòng trong d và có giá trị

d/5 nếu d 20mm. Nếu d < 20mm thì ký hiệu như sau:

- d = 10mm ký hiệu 00




Chữ thứ 3 từ bên phải ký hiệu cỡ ổ:

o 8,9 – siêu nhẹ

o 1,7 – đặc biệt nhẹ

o 2,5 – nhẹ

o 6 – trung

o 4 – nặng

Chữ số thứ tư từ phải sang biểu thị loại ổ:

o 0 – ổ bi đỡ một dãy

o 1 – ổ bi đỡ lồng cầu một dãy

o 2 – ổ đũa trụ ngắn đỡ

o 3 – ổ đũa lồng cầu hai dãy

o 4 – ổ kim

o 5 – ổ đũa trụ xoắn

o 6 – ổ bi đỡ chặn

o 7 – ổ đũa côn

o 8 – ổ bi chặn

o 9 – ổ đũa chặn

Số thứ 5 và 6 từ bên phải sang biểu thị đặc điểm kết cấu

Số thứ 7 ký hiệu loạt chiều rộng ổ

d. Ưu nhược điểm

Ưu:

Giá thành thấp do sản xuất hàng loạt

Mất mát công suất do ma sát thấp

Tính lắp lẫn cao, thậun tiện khi sửa chữa

Chăm sóc và bôi trơn đơn giản

So với ổ trượt thì kích thước dọc trục nhỏ hơn

Nhược điểm:

Khả năng quay nhanh, chịu va dập kém

Kích thước hướng kính tương đối lớn

Độ tin cậy thấp khi làm việc với vận tốc cao (do ổ bị nóng lên, vỡ vòng

cách do lưc ly tâm của con lăn)

Ồn khi làm việc với vận tốc cao


103

8A.2. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC Ổ LĂN

8A.2.1. Phân bố lực trên các con lăn

Phương trình cân bằng lực:

ncosF2...3cosF22cosF2cosF2FF n3210r (8.1)

với : Fi – lực tác dụng lên con lăn thứ i. Max{Fi} = F0

z

3600

- góc giữa các con lăn

F2

F1

F0

F1

F2

Trong phương trình (10.1) thì n < 90

0 vì chỉ có số con lăn dưới chịu tải

trọng. Bỏ qua độ uốn vòng trong ổ và giả sử không có khe hở hướng tâm thì

điểm tiếp xúc giữa con lăn và ổ sẽ bị biết dạng. Các đại lượng biến dạng có

thể xác định theo độ biến dạng lớn nhất 0 như sau:

ncos,...,2cos,cos 0n0201 (8.2)

Giữa độ biến dạng và tải trọng có mối liên hệ sau:

- Đối với ổ bi: 3/2cF

- Đối với ổ đũa: cF (8.3)

Do đó:

ncosFF,...,2cosFF,cosFF 2/30n

2/302

2/301 (8.4)

)ncos2...3cos22cos2cos21(

FF

2/52/52/52/5

r0

(8.5)

Mặt khác:

37,4)ncos2...3cos22cos2cos21(

z2/52/52/52/5

(8.6)

nên:

z

F5F r

0 (8.7)

Khi tính đến khe hở hướng tâm và độ không chính xác của các chi tiết

trong ổ, có thể tính giá trị F0 như sau:


104

z

F5F r

0 và z

ncosF5F

2/3r

n

(8.8)

8A.2.2. Ứng suất tiếp xúc sinh ra trong các chi tiết ổ:

Khi xác định được các giá trị F0, F1, F2,…, Fn. Có thể tính toán được ứng

suất tiếp xúc tại vi trí tiếp xúc của con lăn như sau:

32

2n

H

EF388,0

(8.9)

Trong đó: 21

21

; 1, 2 : bán kính cong con lăn và vòng ổ tại điểm tiếp xúc.

Vòng trong và con lăn tiếp xúc ngoài: 21

21

. Vòng ngoài ổ và con lăn tiếp

trong : 21

21

.Thường ứng suất tiếp xúc giữa vòng trong ổ và con lăn lớn

hơn ứng suất tiếp giữa vòng ngoài và con lăn. Do đó, thông thường đối với ổ

lăn thì vòng trong là vòng quay

8A.2.3. Động học ổ lăn

Con lăn trong ổ thực hiện chuyển động hành tinh

2

Dv 1

1

và

2

vv 1

0 (8.10)

Với D1 – đường kính ngoài vòng trong

Vận tốc góc con lăn góc con lăn quay quanh trục trục của nó:

w

1

w

01w

D

D5,0

D

)vv(2

(8.11)

Vận tốc góc con lăn quay quanh trục lắp ổ (vận tốc vòng cách)

5,0

DD

D5,0

D

v2

1w

1

pw

0C (8.12)

Hay chính là bằng ½ vận tốc trục

Theo công thức (10.12), vận tốc con lăn phụ thuộc vào đường kính con lăn

Dw. khi Dw lớn thì c nhỏ. Khi gia con con lăn không chính xác thì con lăn

lớn làm giảm vận tốc vòng cách, con lăn nhỏ làm tăng vận tốc vòng cách.

Giữa con lăn và vòng cách sinh ra áp lực lớn và ma sát, là nguyên nhân phá

vỡ vòng cách, mòn con lăn, mát mát công suất trong ổ.


105

8A.2.4. Động lực học ổ lăn

Khi quay con lăn sẽ sinh ra một lực ly tâm tác dụng lên vòng ngoài của ổ:

2

DmF

pw2cw

c

(8.13)

mw – khối lượng con lăn

Vì ứng suất tiếp xúc trên vòng ngoài nhỏ hơn rãnh vòng trong, nên khi làm

việc với số vòng quay nhỏ thì lực ly tâm không làm ảnh hưởng đến khả năng

làm việc của ổ. Nhưng khi làm việc với vận tốc cao thì lực ly tâm có ảnh

hưởng đáng kể đặc biệt là trên ổ chặn. Khi đó có thể bị kẹt bi, làm tăng sự mài

mòn vòng cách.

8A.3. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH

Các dạng hỏng bao gồm:

Tróc rỗ bề mặt do mỏi: do sự thay đổi ứng suất tiếp xúc, sau một thời

gian làm việc, các vết nứt tế vi phát triển thành tróc trên rãnh vòng và trên

con lăn

Mòn con lăn và vòng ổ: thường xảy ra với ổ bôi trơn không tốt có các

hạt kim loại rơi vào ổ

Vỡ vòng cách: thường xảy ra đối với các ổ quay nhanh

Biến dạng dư bề mặt rãnh vòng và con lăn: xảy ra đối với các ổ của

máy chịu tải trọng nặng và quay chậm.

Vỡ vòng ổ và con lăn: do tải trọng rung và va đập, do lắp ráp và vận

hành không đúng, do kẹt con lăn…

Hiện nay tính toán ổ theo kha năng tải mà không theo ứng suất theo hai

tiêu chuẩn:

- Theo khả năng tải tĩnh: tránh biến dạng dư đ/v ổ làm việc có số vòng

quay thấp (< 1v/p)

- Theo kha năng tải động: để tránh tróc rỗ bề mặt

8A.4. TUỔI THỌ VÀ ĐỘ TIN CẬY ỔLĂN

Ứng suất tiếp H sinh ra ra trong ổ lăn có chu kỳ thay đổi theo phương

trình đường cong mõi:

constNHmH (8.14)

Trong đó: N – số chu kỳ làm việc

mH – bậc của đường cong mỏi

Số chu kỳ làm việc N tỉ lệ bậc nhất với số vòng quay L. Nếu đơn vị tính L

là triệu vòng thì (10.14) có thể viết: constLHm

H


106

H tỉ lệ theo căn bậc 3 với tải trọng. Do đó có thể biểu diễn công thức trên

dưới dạng sau mm CLQ (8.15)

Trong đó:

Q – tải trọng quy ước tác dụng lên ổ

m = mH/3 – chỉ số mũ. m = 3 đối với ổ bi, m = 10/3 đối với ổ đũa

C – khả năng tải của ổ (là tải trọng mà khi đó 90% số ổ cùng loại làm

việc không xuất hiện dấu hiệu mỏi sau 1 triệu vòng quay). Giá trị này thu

đượctừ con đường thực nghiệm

Tuổi thọ ổ lăn theo độ bền mỏi được xác định theo công thức: m

Q

CL

(8.16)

Nếu tính đến xác suất làm việc không hỏng, vật liệu chế tạo, điều kiện vận

hành thì tuổi thọ được xác định theo công thức: m

231Q

CaaL

(8.17)

trong đó:

a1 – hệ số phụ thuộc vào xác suất làm việc không hỏng R(t):

R(t) 0.9 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99

a1 1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21

a23 – hệ số xét đến ảnh hưởng của vật liệu chế tạo và điều kiện vận hành

các loại ổ. Có thể tra các giá trị này trên bảng 8a.1[1]

Tuổi thọ ổ được tính bằng giờ như sau:

n60

L10L

6

h (8.18)

8A.5. LỰA CHỌN Ổ THEO KHẢ NĂNG TẢI ĐỘNG

Từ công thức (10.17), có thể tính được khả năng tải động tính toán theo

thời gian làm việc L(triệu vòng quay) và tải trong quy ước Q(kH) m

1

tt QLC (8.19)

Chọn ổ lăn theo điều kiện tải động như sau:

CC tt (8.20)

trong đó C – là giá trị tra cứu trong sổ tay

Tải trọng quy ước được xác định như sau:

Đối với ổ đỡ và ổ đỡ chặn Q là tải trọng hướng tâm không đổi Qr

Đối với ổ chặn và ổ chặn đỡ Q là tải trọng dọc trục Qa

arr YFXVFQQ (8.21)


107

ara YFXFQQ (8.22)

trong đó:

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

X, Y – hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục

V – hệ số tính đến vòng nào quay, V = 1 nếu vòng trong quay và V =

1,2 nếu vòng ngoài quay.

Các hệ số X, Y tra bảng (8a.2)[1] trang 322

Nếu tải trọng thay đổi theo bậc thì tải trọng quy ước tương đương QE theo

tải trọng qui ước Qi như sau:

3

i

i3i

EL

LQQ

(8.24)

Li – số triệu vòng quay làm việc ở chế độ thứ i với tải trọng Qi

Nếu tải trọng thay đổi liên tục thì tuổi thọ tương đương được xác định theo

công thức sau:

hHEhE LKL (8.25)

trong đó: ihtL - tổng số giờ làm việc

KHE – hệ số chế độ tải trọng (tra bảng 5.11[1]trang 233)

a. Xác định lực hướng tâm Fr 2ry

2rxr FFF (8.26)

Frx, Fry – tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ theo hai mặt phẳng vuông góc

với nhau.

b. Xác định Fa

Đối với ổ bi, ổ đũa trụ ngắn, ổ bi lồng cầu hai dãy thì Fa là tổng các lực

dọc trục ngàoi tác dụng lên ổ

Đối với các ổ đỡ chặn thì ngoài lực tác dụng ngoài tác dụng lên ổ còn

lực tác dụng phụ Si do lực hướng tâm Fri tác dụng gây nên

Đối với ổ bi đỡ chặn:

rii eFS (8.27a)

Đối với ổ đũa côn:

rii eF83,0S (8.27b)

Để xác định lực Fa1ù và Fa2 tại hai ổ ta có phương trình cân bằng sau:

0FFF 2a1aa (8.28)

Vì Fa1 và Fa2 không bằng nhau nên cần thêm một phương trình phụ.

Lực dọc trụ phụ Si do lực hướng tâm gây nên có tác dụng làm tách các vòng ổ

ra khỏi ô lăn theo phương dọc trục. Hiện tượng này không xãy ra khi các lực

thõa mãn điều kiện:

11a SF và 22a SF


108

Ngoài ra một trong hai ổ phải có giá trị Fai = Si. Ta có phương pháp xác định

lực như sau:

Sơ đồ lực Tỉ lệ giữa các lực Lực dọc trục

a

S2

S1

Fa

0F

SS

a

21

12a

21

SSF

SS

11a SF

a12a FSF

a

S1

S2F

a

21 SS

12a SSF a21a FSF

22a SF

8A.6. LỰA CHỌN Ổ THEO KHẢ NĂNG TẢI TĨNH

Khả năng tải tĩnh sử dụng để chọn ổ lăn khi số vòng quay n < 1 vòng/phút.

Ngoài ra, còn dùng để kiểm tra ổ lăn sau khi chọn theo khả năng tải động.

Điều kiện chọn và kiểm tra ổ:

00 CQ (8.29)

Q0 – tải trọng quy ước

C0 – là khả năng tải tĩnh (là tải trọng tĩnh gây nên tại vùng tiếp xúc chịu tải lớn

nhất giữa con lăn và rãnh với biến biến dạng dư tổng cộng bằng 0,0001 đường

kính con lăn. Ứng suất lớn nhất sinh ra tại điểm tiếp xúc:

Đối với ổ bi là 3000Mpa

Đối với ổ đũa là 500Mpa

Tải trọng tĩnh quy ước Q0 xác định theo công thức;

Đối với ổ đỡ và ổ đỡ chặn: chọn giá trị lớn trong hai giá trị sau:

a0r00 FYFXQ và r0 FQ (8.30)

Đối với ổ chặn và ổ chặn đỡ:

tgF3,2FQ ra0 (8.31)

Khi = 900 (ổ chặn) a0 FQ

Hệ số X0 và Y0 được chọn như sau:

Ổ bi đỡ một dãy và hai dãy : X0 = 0,6 và Y0 = 0,5

Ổ bi đỡ chặn ( = 12..360) : X0 = 0,5 và Y0 = 0,47..0,28

Ổ côn và ổ lồng cầu : X0 = 0,5 và Y0 = 0,22ctg


109

8A.7. TRÌNH TỰ LỰA CHỌN Ổ LĂN

Tiến hành chọn ổ lăn có số vòng quay n > 1v/p theo trình tự sau:

Chọn loại ổ theo khả năng tải trọng

Chọn kích thước ổ theo trình tự sau:

Xác định Fr, Fa

Tính tải trọng quy ước Q

Tính Ctt

Chọn kích thước theo điều kiện Ctt < C Kiểm tra khả năng tải tĩnh của ổ


110

8B.OÅ TRÖÔÏT

8B.1. KHÁI NIỆM CHUNG

* Công dụng

Dùng để đỡ các chi tiết quay. Thông thường trục quay còn ổ đứng yên

nên khi làm việc bề của ngõng trục trượt lên bề mặt ổ trượt.

* Phân loại

- Theo hình dạng bề mặt làm việc : mặt trụ, mặt nón, mặt cầu, mặt phẳng Fr Fa Fr

Fr

Fa

- Theo khả năng chịu tải trọng: ổ đỡ, ổ đỡ chặn và ổ chặn

- Theo phương pháp bôi trơn: ổ bôi trơn thuỷ (động hoặc tĩnh), ổ bôi trơn

khí, bôi trơn từ

* Kết cấu ổ

- Lót ổ:

- Thân ổ:


111

* Ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng

Ưu điểm:

- Làm việc có độ tin cậy cao khi vận tốc lớn mà khi đó ổ lăn có tuổi thọ

thấp

- Chịu được tải trọng độngvà va đập nhở vào khả năng giảm chấn của

màng dầu bôi trơn

- Kích thước hướng kính tương đối nhỏ

- Làm việc êm

Nhược điểm

- Yêu cầu chăm sóx bảo dưỡng thường xuyên, chi phí lớn về dầu bôi trơn

- Tổn thất về ma sát khi mở máy, dừng máy

- Kích thướv dọc trục tương đối lớn

Phạm vi sử dụng

- Khi kết cấu làm việc với vận tốc tương đối lớn (v.30m/s)

- 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 nước, môi trường ăn mòn

- Ổ quay chậm, không quan trọng, rẻ tiền

- Đường kính ngõng trục quá lớn

8B.2. CÁC DẠNG BÔI TRƠN VÀ MA SÁT

8B.2.1.Các dạng bôi trơn

Bao gồm: bôi trơn thủy động, bôi trơn thủy động đàn hồi, bôi trơn màng

mỏng, bôi trơn từng phần

* Bôi trơn thủy động

Bôi trơn thủy là đặc trưng chủ yếu khi bôi trơn các bề mặt thích hợp (bề

mặt khi làm việc có diện tích tiếp xúc lớn) với bôi trơn màng chất lỏng. Các

bề mặt tiếp xúc trong ổ bị tách nhờ vào áp suất dương phát triển trong khe hở

giữa các bề mặt quay tương đối, khi đó các bề mặt không trực tiếp tiếp xúc

với nhau mà trượt tương đối với nhau trên lớp dầu bôi trơn. Bề dày lớp dầu

nhỏ nhất phụ thuộc vào tải trọng pháp tuyến Fr, vận tốc v, độ nhớt động lực

0 và độ nhấp nhô bề mặt. Trong đó, yếu tố độ nhớt động lực của dầu là một

tính chất quan trọng nhất quyết định đến điều kiện bôi trơn thuỷ động.

* Bôi trơn thuỷ động đàn hồi

Bôi trơn thuỷ động đàn hồi là một dạng bôi trơn thủy động mà khi đó

các bề mặt bôi trơn bị biến dạng đàn hồi. Có hai dạng là bôi trơn thủy động

đàn hồi cứng và bôi trơn thủy động đàn hồi mềm:


112

- Bôi trơn thuỷ động đàn hồi cứng: liên quan đến vật liệu có modun đàn hồi

cao như kim loại. Khi đó, chiều dày lớp dầu bôi trơn nhỏ nhất phụ thuộc

vào

các tham số như bôi trơn thuỷ động nhưng thêm vào mođun đàn hồi tương

đương và hệ số nhớt – áp suất . Mođun đàn hồi tương đương xác định

theo công thức sau:

2

22

1

21

E

1

E

1

2E

- Bôi trơn thủy động đàn hồi mềm: liên quan đến vật liệu có mođun đàn hồi

thấp như cao su

* Bôi trơn màng mỏng

Khi chiều dày lớp dầu bôi trơn nhỏ hơn 0,1m. Thường xảy ra trong các

chi tiết máy có tải trọng nặng, vận tốc thấp.

* Bôi trơn nửa ướt (bôi trơn hỗn hợp)

Chiều dày lớp dầu bôi trơn nằm trong khoảng từ 0,01 đến 1m. Khi đó, các

nhấp nhô bề mặt tiếp xúc nhau.

8B.2.2. Các dạng ma sát

- Tuỳ thuộc vào điều kiện bôi trơn, ta có các dạng ma sát sau.

Ma sát ướt: được hình thành khi bề mặt ngõng trục và lót ổ được ngăn

cách bằng lớp dầu bôi trơn có chiều dày lớn hơn tổng số các nhấp nhô

bề mặt. Hệ số ma sát f = 0,001…0,008

Ma sát nửa ướt: Hình thành khi điều kiện ma sát ướt không thỏa, hệ

số ma sát không những phụ thuộc độ nhớt dầu bôi trơn mà còn phụ

thuộc cặp vật liệu chế tạo lót ổ và ngõng trục. Hệ số ma sát f = 0,008

… 0,1

Ma sát khô: là ma sát giữa các bề mặt tuyết đối sạch tiếp xúc nhau

Ma sát nửa khô: bề mặt làm việc luôn có màng mỏng khí, hơi

ẩm,hoặc mỡ hấp thu từ mô trường chung quanh. Hệ số ma sát

f=0,1..0,4

- Như vậy, để tăng tuổi thọ ổ và giảm mất mát công suất thì phải đảm bảo chế

độ bôi trơn ma sát ướt. Có thể thực hiện được điều này bằng biện pháp bôi

trơn thủy tĩnh hoặc thuỷ động.

- Mối quan hệ giữa hệ số ma sát và tích n/p trong điều kiện bôi trơn thuỷ

động thể hiện trên đồ thị bên dưới. Trong đó, - độ nhớt động lực, n – số

vòng quay của trục trong một phút, p – áp lực dầu (MPa)


113

f

C B A

O Vùng C: tương ứng với điều kiện là tải trọng lớn, vận tốc thấp và dầu

không cung cấp đầy đủ. Khi đó chiều dày lớp dầu không thỏa điều kiện bôi

trơn ma sát ướt. Trên đoạn này ta có bôi trơn màng mỏng

Vùng B: Điều kiện bôi trơn ma sát ướt được thỏa, tuy nhiên do tác động

của tải trọng thì thỉnh thoảng bề mặt lót ổ và trục co sát nhau. Trên đoạn

này, ta có bôi trơn hỗn hợp

Vùng A: hệ số ma sát chủ yếu phụ thuộc vào độ nhớt của dầu và không

phụ thuộc vào độ nhấp nhô của các bề mặt. Trên đoạn này ta có bôi trơn ma

sát ướt

8B.3. ĐỘ NHỚT

- Là khả năng cản trượt của lớp này đối với lớp khác trong chất lỏng.

Trong điều kiện ma sát ướt thì độ nhớt là nhân tố quan trọng nhất, quyết định

khả năng tải của lớp dầu

- Trong các tính toán về bộ trơn thủy động thường dùng độ nhớt động lực

học (Ns/m2). Ns/m

2 là độ nhớt động lực của một chất đồng tính, đẳng hướng,

chảy tầng khi giữ hai lớp phẳng song song cới dòng chảy cách nhau một mét

có hiệu vận tốc là 1m/s và trên bề mặt các lớp đó xuất hiện ứng suất tiếp

1N/m2. 1/10 Ns/m

2 gọi là poazơ (ký hiệu P). Trong thực tế thường dùng

centipoazơ (cP)

- Trong sản xuất dầu bôi trơn thừơng dùng độ nhớt động học , xác định

theo thời gian chảy của một lượng dầu nhất định qua ống nhỏ giọt. Độ nhớt

động học phụ thuộc vào mật độ (khối lượng riêng). Đơn vị tính độ nhớt

động học là m2/s. Trong thực tế gọi 10

-4m

2/s là stốc và hay dùng centistoc

( s/m10St100

1cSt1 26 )

- Giũa độ nhớt động học và động lực học có mồi liên hệ: t

- Khi nhiệt độ thay đổi thì độ nhớt cũng thay đổi. Nếu nhiệt độ càng tăng

thì độ nhớt càng giảm. Có thể tính độ nhớt t ở nhiệt độ t khi đã biết độ nhớt

t0 ờ nhiệt độ t0


114

m

00tt

t

t

trong đó số mũ m = 2,6 ..3

- Khi áp suất p tăng thì độ nhớt cũng tăng theo hệ thức gần đúng sau: P

0p e

Trong đó

0 – độ nhớt động lực khi chịu áp suất không khí bình thường

- hằng số, đối với dầu khoáng = (13..35)10-4

8B.4. ĐỊNH LUẬT PETROFF

Khi lớp dầu hình thành giữa hai bề mặt lớn hơn tổng chiếu cao nhấp nhô, khi

đó ma sát ngoài giữa các bề mặt vật rắn sẽ biến thành ma sát trong giữa các

lớp dầu bôi trơn. Sử dụng định luật Newton đối với ma sát chất lỏng ta có:

v2AFms

với - chiều dày lớp dầu bôi trơn

Fms – lực ma sát

- độ nhớt động lực

v – vận tốc trượt

A = ld – diện tích mặt ma sát

Suy ra:

dlv2fFr

Hệ số ma sát :

v

F

dlv2f

r

Áp suất trên bề mặt làm việc xác dịnh theo công thức

dl

Fp r

p

v2f

p

v2f

Trong trường hợp ổ trượt: v = dn

d – đường kính ổ trượt, n – số vòng quay của ổ

p

nd2f

2

Công thức trên gọi là định luật Petroff. Tích số p

n gọi là đặc tính chế độ ma

sát trong ổ

Mô ment ma sát: 2

dfFT r

ms

Công suất mất mát: 6

ms

10.55,9

nTP


115

8B.5. NGUYÊN LÝ BÔI TRƠN THUỶ ĐỘNG

hm

pmax

y

x

h

F

- Giả sử có hai tấm phẳng nghiêng với nhau một góc nào đó chuyển động

với vận tốc v. lớp bôi trơn nằm giữa hai tấm có độ nhớt động lực

- Ban đầu hai tấm ép chặt vào nhau. Khi tấm 1 chuyển động so với tấm 2,

lớp dầu dính vào mặt tấm 1 bị kéo theo và nhờ có độ nhớt, các lớp dầu bên

dưới chuyển động theo. Dầu bị dồn vào phần hẹp của khe hở và bị nén lại tạo

nên áp suất dư. Khi vận tốc đủ lớn thì tấm 1 được nâng lên.

- Sự thay đổi áp suất trong lớp dầu nằm giữa hai tấm được xác định theo

phương trình Reynolds:

3

m

h

)hh(v6

dx

dp

Trong đó:

- độ nhớt động lực của dầu bôi trơn (cP)

v – vận tốc tấm 1 so với tấm 2

hm – trị số khoảng hở tại tiết diện có áp suất lớn nhất

h – trị số khe hở tại tiết diện có toạ độ x

- Từ đây ta suy ra điều kiện để hình thành chế độ bôi trơn ma sát ướt bằng

phương pháp bôi trơn thuỷ động :

Giữa hai bề mặt có khe hở hình chêm

Dầu phải có độ nhớt nhất định và chảy vào khe hở

Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt phải có phương chiều thích hợp và trị

số đủ lớn để áp suất sinh ra cân bằng với tải trọng ngoài

8B.6. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH

Các dạng hỏng chủ yếu của ổ trượt: mòn, dính và mỏi rỗ bề mặt..

Mòn: xảy ra khi giữa ổ và ngõng trục không hình thành lớp dầu bôi trơn,

hoặc khi có lớp dầu bôi trơn nhưng không đủ dày để ngăn cách sự tiếp xúc

Dính: thường xảy ra do áp suất và nhiệt cục bộ trong ổ lớn lớp dầu bôi

trơn không hình thành được khiến ngõng trục và lót ổ trực tiếp tiếp xúc

nhau. Khi khe hở giữa ngõng trục và ổ nhỏ thì ổ trượt có thể bị hỏng do

biến dạng nhiệt làm ngõng trục kẹt chặt vào trong ổ

Mỏi rỗ: xảy ra trên lớp bề mặt khi ngõng trục chịu tải trọng thay đổi lớn


116

Tính toán chủ yếu của ổ trượt là tính toán ma sát ướt. Tuy nhiên không

phải lúc nào ta cũng tạo được điều kiện ổ làm việc ở chế độ ma sát ướt, thông

thường là chế độ bôi trơn ma sát nửa ướt hoặc nửa khô vì cho dù đk ma sát

ướt được thoả nhưng khi đóng mở máy hay khi tải trọng thay đổi đột ngột thì

vẫn xảy ra nửa ướt. Do đó tính toán cho ổ trượt cần phải tính theo ma sát nửa

ướt. Tính toán này gọi là tính toán quy ướt ổ trượt. Ngoài ra do hai bề mặt tiếp

xúc nhau nên cần tính toán nhiệt cho ổ

8B.7. TÍNH TOÁN Ổ TRƯỢT

8B.7.1. Tính toán quy ướt ổ trượt khi bôi trơn ma sát nửa ướt

Tính toán cho các ổ làm việc với số vòng quay thấp, thường xuyên đóng mở

máy, máy làm việc ở chế độ không ổ định, bôi trơn không tốt….

a. Tính theo áp suất cho phép

Tính trong trường hợp ổ quay chậm, bôi trơn gián đoạn:

]p[ld

Fp r (11.5)

trong trường hợp tỉ số = l/d có thể dùng công thức này thiết kế ổ trượt:

]p[

Fd r

(11.6)

b. Tính theo tích số pv

Trong trường hợp ổ trượt làm việc với vận tốc trong bình:

]pv[pv (11.7)

vì p = F/(ld) và v = d/2 nên :

]pv[l2

Fpv

Đối với lót ổ làm bằng gang và đồng thanh:

[p] = 2..6Mpa; [pv] = 4..8Mpa.m/s

Vật liệu là babit:

[p] = 5..15Mpa; [pv] = 5..15Mpa.m/s

Các giá trị này có thể tham khảo thêm trên [4]

8B.7.2. Tính toán bôi trơn ma sát ướt

Để ổ trượt làm việc trong chế độ bôi trơn ma sát ướt thì chiều dày lớp dầu phải

lớn hơn tông độ nhấp nhô bề mặt ngõng trục và lót ổ. Ngoài ra, do sai số khi

chế tạo và do biến dạng đàn hồi trục ta đưa vào hệ số an toàn quy ước S. Do

đó, điều kiện để ổ được bôi trơn ma sát ướt là: )RR(Sh 2z1zmin

Tính toán ổ trượt theo điều kiện bôi trơn ma sát ướt có thể tiến hành theo trình

tự sau:

1. Chọn trước 1...5,0d

l . Tiến hành kiểm tra điều kiện (11.5) và (11.7)


117

2. Chọn độ hở tương đối d

dd 12 theo công thức thực nghiệm (d2 – đường

kính lót ổ, d1 – đường kính ngõng trục, d – đường kính danh nghĩa): 25,03 v10.8,0

Đối với trục có đường kính nhỏ hơn 250mm thì mối lắp giữa trục và lót

ổ được chọn theo các mối lắp tiêu chuẩn sau: H7/f7, H9/e8, H7/e8, H9/đ

3. Lựa chọn dầu và nhiệt độ làm việc trung bình của dầu có giá trị từ

45..750C. Mối quan hệ giữa độ nhớt động lực và nhiệt theo phương

trình (11.2)

4. Tính hệ số khả năng tải theo công thức:

dl

Fp 2r

2

- Xác định độ lệch tâm tương đối theo theo công thức sau:

1

mm

1

m

Với m xác định theo tỉ số l/d

l/d 0.8 0.9 1 1.2 1.5

m 0.66 0.75 0.85 1 1.1

- Xác định độ hở đường kính theo công thức sau: d

- Giá trị khe hở nhỏ nhất xác định theo công thức;

2

)1(e

2h min

5. Xác định giá trị tới hạn của chiều dày lớp dầu mà khi đó đk bôi trơn ma

sát ướt bị phá vỡ

2z1zth RRh

6. Xác định hệ số an toàn quy ước

2]S[h

hS

th

min

8B.7.3. Tính toán nhiệt

Nhiệt độ tăng lên làm giảm độ nhớt động lực của dầau bôi trơn, dẫn đến

khả năng tải của lớp dầu bôi trơn giảm đi. Tính toán nhiệt xuất phát từ phương

trình can bằng nhiệt:

2t1t QQQ

Q – nhiệt lượng sinh ra trong một giây, xác định theo công thức )kW(10vfFQ 3

r

trong đó:

Fr – lực hứơng tâm (N)

v – vận tốc vòng (m/s)

f – hệ số ma sát

Qt1 – nhiệt lượng thoát ra theo dầu chảy qua ổ trong thời gian 1 giây tqCQ 01t


118

trong đó;

C – nhiệt dung riêng dầu C = 1,7…2,1 kJ/kg0C

0 – Khối lượng riêng dầu; 0 = 850…900kg/m3

q – lưu lượng dầu chảy qua ổ trong 1 giây, m3/s

t – sự thay đổi nhiệt độ của dầu, 0C

Qt2 – nhiệt thoát qua trục và thân ổ trong 1 giây AKldKtAKtldKQ TTTT2t

Trong đó:

KT = 0,04…0,08 – hệ số thoát nhiệt qua trục và thân ổ, kW/m2.0C

Từ phương trình cân bằng nhiệt ta có:

)AKldKqC(1000

vfFttt

TT

rvr

Nhiệt độ trung bình của dầu:

2

tt

2

ttt v

rv

Nhiệt độ dầu ở cửa ra: ttt vr

Thông thường tv = 35…450C; tr = 80..100

0C và t = 45..75

0C

chương 8 ổ lăn

Engineering