Cách tính tải trọng vòng bi

Cách tính tải trọng vòng bi – Hotline  0961 363 181 tư vấn hỗ trợ

– Nhà nhập khẩu và phân phối bạc đạn hàng đầu khu vực với lượng hàng tồn kho nhiều

5.2 Tải trọng tính toán danh nghĩa và tuổi thọ mỏi

5.2.1 Tải trọng tính toán danh nghĩa

Tải trọng tính toán danh nghĩa là tải không đổi đặt lên vòng bi có vòng ngoài tĩnh,

vòng trong quay, và làm cho tuổi thọ mỏi tương ứng là một triệu vòng quay (10⁶ vòng).

Tải trọng tính toán danh nghĩa của vòng bi đỡ là tải trọng tập trung, hướng kính với độ lớn và hướng không đổi.

Còn tải trọng tính toán danh nghĩa của vòng bi chặn là tải hướng trục với độ lớn không đổi

trên cùng một hướng với trục chính. Tải trọng danh nghĩa được kí hiệu là Cr đối với vòng bi đỡ và Ca đối với vòng bi chặn.

5.2.2 Liên quan giữa Tuổi thọ thiết kế của thiết bị có sử dụng vòng bi và tuổi thọ của vòng bi

Các yếu tố khác cũng cần quan tâm khi lựa chọn vòng bi là tuổi thọ thiết kế của thiết bị,

ví dụ như: độ bền, độ cứng vững, độ tin cậy của thiết bị.

Vòng bi được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau và tuổi thọ dự kiến cũng khác nhau

tuỳ theo ứng dụng và điều kiện hoạt động cụ thể (Thiết bị)

Bảng 5.1 cung cấp hệ số tuổi thọ dựa trên kinh nghiệm thực tế đối với các loại máy khác nhau. Xem thêm bảng 5.2.

Bảng 5.1 Hệ số tuổi thọ mỏi f_h, đối với các ứng dụng khác nhau của vòng bi, Cách tính tải trọng vòng bi bạc đạn

Thời kỳ hoạt động	Hệ số tuổi thọ fn
	~3	2~4	3~5	4~7	6~
Sử dụng không thường xuyên hoặc chỉ trong thời gian ngắn	• Động cơ mô tô nhỏ hoặc đồ gia dụng như máy hút bụi và máy rửa bát • Máy công cụ điện	• Dụng cụ nông nghiệp
Sử dụng không thường xuyên nhưng độ tin cậy là yếu tố quan trọng		• Động cơ cho máy sưởi gia đình và máy điều hoà • Thiết bị xây dựng	• Băng tải • Ròng rọc của cáp treo
Sử dụng không liên tục, nhưng kéo dài	• Máy cán, cổ trục cán	• Động cơ mô tô nhỏ • Cần trục tàu • Cần trục hàng thông thường • Giá đỡ bánh răng chuyền • Ô tô chở khách	• Động cơ điện của nhà máy • Sàng rung • Băng chuyền • Máy nghiền • Máy gia công	• Ròng rọc của cần trục • Máy ép • Băng chuyền chuyên dụng
Sử dụng không liên tục, nhưng hơn 8h/ngày		• Thang cuốn	• Máy tách ly tâm Thiết bị điều hoà không khí • Quạt gió • Máy cưa • Động cơ cỡ lớn Hộp trục trên vòng bi đỡ lăn của đường ray	• Cần trục hầm mỏ • Bánh đà máy dập • Động cơ kéo trên đường ray • Hộp vòng bi trục đầu máy	• Máy sản xuất giấy
Sử dụng liên tục và yêu cầu độ tin cậy cao					• Máy bơm nước • Nhà máy điện • Máy bơm tháo nước hầm mỏ

5.2.3 Lựa chọn kích cỡ vòng bi dựa trên tải trọng tính toán danh nghĩa

Giữa tải trọng của vòng bi và tuổi thọ tính toán danh nghĩa có mối quan hệ sau :

Đối với vòng bi cầu L = (C/P)³ (5.1)

Đối với vòng bi đũa L = (C/P)^10/3 (5.2)

Trong đó L: tuổi thọ tính toán danh nghĩa (10⁶ vòng)

P : Tải trọng vòng bi (tải tương đương) (N),{kgf}

C : Tải trọng tính toán danh nghĩa (N), {kgf}

Đối với vòng bi đỡ, C được viết là Cr

Đối với vòng bi chặn, C được viết là Ca

Nếu vòng bi chuyển động với vận tốc không đổi thì nên thể hiện tuổi thọ theo đơn vị giờ.

Nói chung, tuổi thọ của vòng bi được sử dụng trong phương tiện cơ giới được cho theo quãng đường đi được.

Nếu biết tải trọng là P và vận tốc n, hệ số tuổi thọ f_h, được lựa chọn theo bảng 5.1

phù hợp với tuổi thọ dự kiến của máy, sau đó tính toán được công suất tải C bằng phương trình sau:

C = (f_h.P)/f_n (5.3)

Từ giá trị này của C, ta chọn vòng bi thoả mãn giá trị C trong các bảng tra cứu vòng bi (phần B)

5.2.4 Điều chỉnh nhiệt độ đối với Tải trọng tính toán danh nghĩa

Nếu vòng bi được sử dụng ở nhiệt độ cao, độ cứng của thép sẽ giảm.

Do đó, tải trọng tính toán danh nghĩa, đại lượng phụ thuộc vào cơ lý tính của vật liệu cũng sẽ giảm xuống.

Vì vậy, nên điều chỉnh tải trọng tính toán danh nghĩa đối với trường hợp nhiệt độ cao theo phương trình sau

C_t = f_t .C (5.4)

Trong đó: C_t: Tải trọng tính toán danh nghĩa sau khi điều chỉnh lại nhiệt độ (N), {kgf}

F_t: Hệ số nhiệt

C: tải trọng tính toán danh nghĩa trước khi điều chỉnh nhiệt độ (N), {kgf}

Nếu sử dụng vòng bi có kích thước lớn ở nhiệt độ cao hơn 120°C,

cần phải có phương pháp xử lý nhiệt để ổn định kích thước ổ,

ngăn ngừa kích thước bị thay đổi quá lớn do ảnh hưởng của nhiệt độ cao.

Tải trọng tính toán danh nghĩa của ổ sau khi xử lý nhiệt ổn định

về kích thước có thể sẽ thấp hơn tải trọng tính toán danh nghĩa liệt kê trong bảng tính năng vòng bi.

5.2.5 Hiệu chỉnh tuổi thọ tính toán danh nghĩa

Như đã nói, phương trình cơ bản để tính toán tuổi thọ tính toán danh nghĩa như sau:

Đối với vòng bi cầu L₁₀ = (C/P)³ (5.5)

Đối với vòng bi đũa L₁₀ = (C/P)^10/3 (5.6)

Tuổi thọ L₁₀ là tuổi thọ tính toán danh nghĩa với độ xác xuất chính xác 90%.

Tùy theo các máy móc sử dụng vòng bi , đôi khi người ta yêu cầu độ chính xác cao hơn 90%.

Tuy nhiên, những tiến bộ gần đây về vật liệu làm vòng bi đã làm tăng tuổi thọ lên đáng kể.

Ngoài ra, lý thuyết bôi trơn Thuỷ động – đàn hồi

đã chứng minh rằng độ dày của màng bôi trơn trong vùng tiếp xúc giữa các vòng trong/ngoài

và con lăn có ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ vòng bi.

Để thể hiện những tiến bộ đó trong việc tính toán tuổi thọ, tuổi thọ tính toán danh nghĩa được hiệu chỉnh bằng những hệ số hiệu chỉnh sau:

L_na = a₁ a₂ a₃ L₁₀ (5.7)

với L_na: giá trị L₁₀ được hiệu chỉnh trong đó có tính đến độ tin cậy, nguyên vật liệu mới, điều kiện bôi trơn,…

L₁₀: Tuổi thọ tính toán danh nghĩa với độ chính xác đạt 90%

a₁: hệ số hiệu chỉnh tuổi thọ cho độ tin cậy

a₂: hệ số điều chỉnh tuổi thọ đối với các tính năng đặc biệt của vòng bi

a₃: hệ số hiệu chỉnh tuổi thọ cho các điều kiện vận hành

Hệ số hiệu chỉnh tuổi thọ cho độ tin cậy a1 được liệt kê trong bảng 5.4 đối với độ tin cậy đạt hơn 90%.

Hệ số hiệu chỉnh tuổi thọ đối với các đặc tính riêng của vòng bi a2 dùng để phản ánh những tiến bộ về thép làm vòng bi.

NSK hiện giờ sử dụng thép vòng bi khử khí chân không (vacuum degassed steel) và kết quả các cuộc kiểm tra do NSK thực hiện đều cho thấy tuổi thọ tăng lên đáng kể khi so sánh với các vật liệu trước đó.

Các giá trị tải Cr và Ca liệt kê trong bảng tính năng vòng bi đã được tính toán hiệu chỉnh lại dựa trên tuổi thọ tăng thêm nhờ có sự tiến bộ về vật liệu và công nghệ sản xuất.

Do đó, khi ước tính tuổi thọ bằng phương trình (5.7), cần phải công nhận nó lớn hơn 1.

Hệ số hiệu chỉnh tuổi thọ đối với các điều kiện vận hành a3 được dùng để hiệu chỉnh cho các điều kiện khác nhau,

đặc biệt là việc bôi trơn.

Nếu vòng trong và vòng ngoài không bị lệch tâm/trục và màng bôi trơn tại vùng tiếp xúc của vòng bi đủ dày thì a3 có thể lớn hơn 1;

tuy nhiên, a3 sẽ nhỏ hơn 1 trong các trường hợp sau:

• Khi vận tốc dài của con lăn rất thấp (tốc độ quay nhỏ)

• Khi nhiệt độ làm việc của vòng bi cao

• Khi chất bôi trơn bị nước hoặc các chất bên ngoài thâm nhập

• Khi độ lệch tâm/trục giữa vòng đệm ngoài và trong quá lớn.

Cách tính tải trọng vòng bi , Rất khó để quyết định giá trị a3 chính xác trong điều kiện vận hành

cụ thể bởi vì vẫn còn nhiều yếu tố chưa biết.

Vì hệ số đặc tính a2 cũng bị điều kiện vận hành ảnh hưởng nên có một cách làm là kết hợp giữa a2 và a3 ( a2 * a3 ) làm một và không xét chúng riêng lẻ.

Trong trường hợp này, với điều kiện bôi trơn và vận hành thông thường, tích số ( a2 * a3 ) nên được coi là bằng 1.

Tuy nhiên nếu độ nhớt của chất bôi trơn quá thấp thì giá trị sẽ giảm xuống 0.2.

Nếu không có độ lệch tâm/trục và chất bôi trơn có độ nhớt đủ cao thì độ dày của màng dầu sẽ được đảm bảo đủ lớn, tích số (a2 * a3 ) có thể bằng 2.

Khi lựa chọn vòng bi dựa trên tải trọng tính toán danh nghĩa, Cách tính tải trọng vòng bi .

tốt nhất nên chọn hệ số tin cậy a1 phù hợp với tuổi thọ dự kiến và giá trị C/P hay fn được xác định theo phương pháp thực nghiệm,

như là kết quả tương tác qua lại giữa ảnh hưởng của bôi trơn, nhiệt độ, điều kiện lắp đặt,… trong các máy móc tương tự.

Các phương trình tuổi thọ tính toán danh nghĩa (5.1), (5.2), (5.5) và (5.6)

cho kết quả thoả mãn nhiều mức độ tải trọng khác nhau của vòng bi .

Tuy nhiên, tải trọng lớn quá mức có thể dẫn đến sự biến dạng vĩnh cửu của vật liệu,

không có lợi ở các điểm tiếp xúc mặt lăn và con lăn.

Khi Pr vượt quá COr (tải trọng tĩnh danh nghĩa) hay 0.5 Cr, bất cứ cái nào nhỏ hơn,

đối với vòng bi đỡ, hoặc Pa vượt quá 0.5Ca đối với vòng bi chặn thì xin vui lòng liên hệ với NSK để được tư vấn thêm.