CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ Ổ TRỤC Ổ trục là một chi tiết máy được dùng phổ biến trong nhiều loại máy móc, thiết bị, hệ thống sản xuất,… Các ổ trục giúp cho các trục có thể thực hiện chuyển động quay hoặc tịnh tiến một cách dễ dàng nhờ giảm thiểu được ma sát, qua đó nâng cao hiệu suất sử dụng của máy móc, thiết bị. Ổ trục có nhiều loại như ổ cơ, ổ từ, ổ thuỷ, ổ khí và các loại ổ kết hợp,….1 Ổ cơ Ổ cơ là một loại ổ trục với các phần tử truyền động là các phần tử cơ khí. Ổ cơ là một bộ phận của gối trục có nhiệm vụ tiếp nhận các tải trọng từ nhiều hướng tác động tới và giữ cho trục quay hoăc tịnh tiến một cách ổn định.
Ổ cơ thường được phân loại theo đặc tính hoạt động hoặc theo dạng ma sát,… Trong thực tế thường được phân loại theo dạng ma sát và được chia thành các loại như: ổ lăn, ổ trượt.1: Một số ổ cơ điển hình 1.1 Ổ lăn (Rolling Bearing) Ổ lăn là một dạng của ổ cơ (hình 2.2), đây là cơ cấu cơ khí giúp giảm thiểu lực ma sát bằng cách chuyển ma sát trượt của hai bộ phận tiếp xúc nhau khi chuyển động -4- thành ma sát lăn giữa các con lăn hoặc viên bi được đặt cố định trong một khung hình khuyên. Ổ lăn ở một số thiết bị khác còn được gọi là vòng bi hay ổ bi [1]. Trong ổ lăn, tải trọng từ trục truyền tới gối phải qua các con lăn. nhờ có con lăn cho nên ma sát sinh ra trong ổ là ma sát lăn.2: Hình ảnh thực tế của ổ lăn 1.1 Kết cấu Ổ lăn thường gồm bốn bộ phận chính: vòng ngoài (1), vòng trong (2), con lăn (3), và vòng cách (4) (hình 2.
1-Vành ngoài; 2-Vòng trong; 3-Con lăn; 4-Vòng cách Hình 1. Thường chỉ vòng trong (2) -5- cùng quay với trục còn vòng ngoài (1) đứng yên, nhưng cũng có khi vòng ngoài (1) quay cùng trục còn vòng trong (2) đứng yên (như ổ lăn trong bánh xe của các loại ô tô – máy kéo). Con lăn (3) có thể là bi hoặc đũa lăn trên rãnh lăn. Rãnh có tác dụng giảm bớt ứng suất tiếp xúc của bi, hạn chế bi di động dọc trục.
Vòng cách (4) giữ cho hai con lăn kề nhau cách nhau một khoảng cố định, nếu không chúng có thể tiếp xúc nhau và làm cho con lăn bị mài mòn rất nhanh.2 Phân loại ổ lăn Ổ lăn chủ yếu được chia thành các nhóm theo các tiêu chí sau [3]: - Dựa vào khả năng chịu lực hướng tâm hay hướng trục hoặc cả hai: ổ đỡ, ổ đỡ chặn, ổ chặn, ổ chặn đỡ (hình 2. - Theo hình dạng con lăn có thể chia thành ổ bi và ổ đũa (hình 2. - Theo số dãy con lăn có thể chia thành ổ một dãy, hai dãy, bốn dãy (hình 2. - Theo cỡ đường kính ngoài của ổ lăn (có cùng đường kính trong) chia ra các loại ổ lăn cỡ đặc biệt nhẹ, rất nhẹ, nhẹ, trung bình và nặng.
- Theo cỡ chiều rộng ổ lăn được chia ra: ổ hẹp, ổ bình thường, ổ rộng, ổ rất rộng. a) Ổ chặn và ổ đỡ b) Ổ bi, ổ đũa -6- c) Ổ hai dãy và ổ bốn dãy d) Ổ kim và ổ tự lựa Hình 1.3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng Ổ lăn có rất nhiều ưu điểm như: Hệ số ma sát nhỏ, mô men cản sinh ra khi mở máy cũng ít hơn so với ổ trượt do đó hiệu suất tăng lên và nhiệt sinh ra ít. Ngoài ra hệ số ma sát tương đối ổn định (ít chịu ảnh hưởng của vận tốc) cho nên có thể dùng ổ lăn làm việc với vận tốc rất thấp. Chăm sóc và bôi trơn đơn giản, ít tốn vật liệu bôi trơn, có thể dùng mỡ bôi trơn.
Kích thước chiều rộng ổ lăn nhỏ hơn chiều rộng ổ trượt có cùng đường kính ngõng trục. Mức độ tiêu chuẩn hóa và tính lắp lẫn cao, do đó thay thế thuận tiện, giá thành chế tạo tương đối thấp khi sản xuất loạt lớn [3]. Tuy nhiên ổ lăn cũng có nhược điểm như: Kích thước hướng kính lớn. Lắp ghép tương đối khó khăn.
Làm việc có nhiều tiếng ồn, khả năng giảm chấn kém. Lực quán tính tác dụng lên các con lăn khá lớn khi làm việc với vận tốc cao. Giá thành tương đối cao nếu sản xuất với số lượng ít -7- Ổ lăn được dùng phổ biến trong rất nhiều loại máy: máy cắt kim loại, máy điện, ô tô, máy bay, máy kéo, máy nông nghiệp, cần trục, máy xây dựng, trong hộp giảm tốc, trong các cơ cấu máy,… 1.2 Ổ trượt (Plain Bearing) Ổ trượt, tương tự như ổ lăn, là một dạng của ổ trục dùng để đỡ các chi tiết quay. Thông thường thì trục quay còn ổ đứng yên nên khi làm việc bề mặt ngõng trục trượt trên bề mặt của ổ trượt và ma sát sinh ra trên bề mặt làm việc là ma sát trượt [2].5 : Một số loại ổ trượt thường dùng 1.1 Kết cấu Kết cấu ổ trượt khá đơn giản bao gồm: thân ổ (1), lót ổ (2) và rãnh chứa dầu (3) (hình 2.
1-Thân ổ; 2-Lót ổ; 3-Rãnh chứa dầu; 4-Lót ổ phía trên; 5-Lót ổ phía dưới; a) Ổ nguyên khối b) Ổ rời Hình 1.6: Kết cấu ổ trượt [2] -8- Thân ổ có thể liền với thân máy. Tùy vào kết cấu của thân ổ có thể chia ra ổ nguyên khối (hình 2.6 a) hoặc ổ rời (hình 2. Ổ nguyên khối có thân ổ và ống lót là các chi tiết nguyên; ổ rời (hình 2.6 b) có thân ổ và ống lót là hai chi tiết rời: thân ổ (1) được nối với nắp ổ (2) bằng mối ghép bulông (3). Lót ổ gồm hai phần: phần dưới (5) và phần trên (4).
Cũng có thể sử dụng lót ổ gồm nhiều mảnh rời ghép lại.2 Phân loại ổ trượt Ổ trượt chủ yếu được phân loại theo các tiêu chí sau: Theo khả năng chịu tải bao gồm các loại: ổ trượt đỡ (hình 2.7a, c), ổ trượt chặn (hình 2.7e), ổ trượt đỡ chặn (hình 2. Theo hình dạng bề mặt làm việc gồm: mặt trụ (hình 2.7a), mặt cầu (hình 2.7c) , mặt phẳng (hình 2. Theo kết cấu chia ra ổ nguyên khối và ổ ghép (hình 2.7: Các dạng ổ trượt [4] 1.3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng So với ổ lăn thì ổ trượt có những ưu điểm: -9- Làm việc có độ tin cậy cao khi vận tốc lớn mà khi đó ổ lăn sẽ có tuổi thọ thấp. Chịu được tải trọng động và va đập nhờ vào khả năng giảm chấn của màng dầu bôi trơn.
Kích thước hướng kính tương đối nhỏ. Làm việc êm. Khi trục quay chậm có kết cấu đơn giản. Tuy nhiên ổ trượt cũng có những nhược điểm như: Yêu cầu chăm sóc bảo dưỡng thường xuyên, chi phí lớn về dầu bôi trơn.
Tổn thất lớn về ma sát khi mở máy, dừng máy và khi bôi trơn không tốt [2]. Hiện nay trong ngành chế tạo máy ổ trượt ít được sử dụng hơn ổ lăn, tuy nhiên trong một số trường hợp dưới đây dùng ổ trượt có nhiều ưu điểm hơn: Khi trục quay với vận tốc rất cao, nếu dùng ổ lăn, tuổi thọ của ổ sẽ thấp. Khi yêu cầu phương của trục phải rất chính xác. Ổ trượt gồm ít chi tiết nên dễ chế tạo chính xác cao và có thể điều chỉnh được khe hở.
Trục có đường kính khá lớn (đường kính ≥ 1m), trong trường hợp này nếu dùng ổ lăn, việc chế tạo sẽ rất khó khăn. Khi cần phải dùng ổ ghép để dễ tháo lắp. Khi ổ phải làm việc trong những điều kiện đặc biệt (trong nước, trong các môi trường ăn mòn mạnh,…), vì có thể ổ trượt có thể được chế tạo bằng các vật liệu như cao su, gỗ, chất dẻo,… thích hợp với môi trường làm việc. Khi có tải trọng va đập và dao động, ổ trượt làm việc tốt nhờ khả năng giảm chấn của màng dầu.
Trong các cơ cấu có vận tốc thấp, không quan trọng, rẻ tiền.2 Ổ từ (Magnetic Bearing) Ổ từ (hình 2.8) là một loại ổ trục có khả năng nâng không tiếp xúc, các trục - 10 - chuyển động nhờ vào lực từ trường [1].8 : Hình dạng của ổ từ trong thực tế 1.1 Kết cấu Ổ từ có cấu tạo tương tự như một động cơ điện, tuy nhiên thay vì tạo ra mômen xoắn để quay rotor nó lại tạo ra một lực để nâng rotor [1]. Cảm biến khoảng cách Stator Rotor Hệ thống điều khiển Nguồn dòng Hình 1.9: Kết cấu của ổ từ [1] Ổ từ có kết cấu gồm 3 bộ phận chính: Vòng ngoài và các cuộn dây (stator); Hệ thống các cảm biến; Hệ thống điều khiển.2 Nguyên lý hoạt động Khi cấp điện vào các cuộn dây của stator, thì các cuộn dây sẽ sinh ra một lực điện từ, và chính lực điện từ này nâng ngõng trục (rotor) quay không tiếp xúc với stator. Khe hở tạo thành khi nâng rotor cách stator một khoảng thông thường là 0,5 – 2 mm. Các cảm biến không tiếp xúc sẽ đo độ sai lệch giữa vị trí ta mong muốn với vị trí thực của rotor và cung cấp tín hiệu tới bộ điều khiền để hiệu chỉnh khe hở theo mong muốn bằng cách điều chỉnh điện áp vào từng cuộn dây [1].3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng Do giữa trục quay và phần tĩnh không tiếp xúc với nhau nên ổ từ có nhiều ưu điểm mà ổ cơ không có được như: Không có hao mòn khi vận hành do phần quay không tiếp xúc với bất kỳ bộ phận nào.
Tăng hiệu suất của truyền động nhờ chuyển động không có ma sát. Thân thiện với môi trường do không có bộ phận bôi trơn. Khả năng làm việc với tốc độ cao. Khả năng loại bỏ các rung động khi chuyển động.
Khả năng làm việc trong các môi trường khắc nghiệt. Tuy nhiên ổ từ cũng có nhược điểm là bộ điều khiển phức tạp, giá thành cao. Ổ từ thường được dùng trong các hệ thống truyền động và máy phát điện,… Yêu cầu bảo dưỡng ổ trục thường xuyên. Trong các dây chuyền chế biến thực phẩm và dược phẩm, các thiết bị làm việc trong các điều kiện môi trường đặc biệt như là nhiệt độ rất cao và rất thấp cũng như là trong điều kiện chân không, bôi trơn ổ cơ luôn là vấn đề khó khăn [1].3 Ổ thủy (Fluid Bearing) Ổ thủy dùng áp lực của lớp dung dịch bôi trơn (thường là dầu) để ngăn cách sự tiếp xúc của trục và ổ nhằm làm giảm ma sát trong ổ, ổ thuỷ thường được chia thành 2 - 12 - loại: ổ thuỷ tĩnh và ổ thuỷ động.
Các loại ổ thuỷ thường được sử dụng trong các máy đòi hỏi truyền động chính xác cao, vận tốc lớn.