Lựa chọn kích cỡ ổ lăn B Phương pháp khảo sát lựa chọn ổ lăn 62 Tuổi thọ hệ thống ổ lăn 62 Tuổi thọ ổ lăn tải trọng danh định Định nghĩa tuổi thọ ổ lăn Tải trọng danh định Tải trọng động danh định Tải trọng tĩnh danh định 63 63 63 63 64 Lựa chọn kích cỡ ổ lăn theo cơng thức tính tuổi thọ 64 Tuổi thọ danh định 64 Tuổi thọ danh định theo SKF 64 Hệ số điều chỉnh tuổi thọ SKF aSKF 65 Các điều kiện bôi trơn – tỷ số độ nhờn k 71 Sự cần thiết phụ gia EP 73 Hệ số hc mức độ nhiễm bẩn (Hệ số nhiễm bẩn) 74 Tính tốn tuổi thọ điều kiện làm việc thay đổi 81 Ảnh hưởng nhiệt độ làm việc 82 Tuổi thọ danh định yêu cầu 82 Tải trọng động ổ lăn Tính tốn tải trọng động ổ lăn Tải trọng tương đương ổ lăn Tải trọng tối thiểu yêu cầu Chọn kích cỡ ổ lăn theo khả chịu tải trọng tĩnh Tải trọng tĩnh tương đương Tải trọng tĩnh danh định cần thiết Kiểm tra khả chịu tải trọng tĩnh Các cơng cụ tính tốn SKF Các cơng cụ tính tốn cung cấp mạng internet skf.com/bearingcalculator SKF Bearing Beacon Orpheus Beast Các chương trình khác 92 92 93 93 93 93 Dịch vụ tư vấn kỹ thuật SKF 94 Các phần mềm máy tính tiên tiến 94 Kiểm nghiệm tuổi thọ ổ lăn SKF 95 84 84 85 86 87 88 88 89 Thí dụ tính tốn 90 61 Lựa chọn kích cỡ ổ lăn Phương pháp khảo sát lựa chọn ổ lăn Trong công thức tính tuổi thọ ổ lăn SKF, ứng suất phát sinh ổ lăn tác động tải trọng bên xem xét với ứng suất phát sinh ma sát khu vực tiếp xúc bề mặt lăn Hiểu ảnh hưởng tạo ứng suất tổng hợp tuổi thọ ổ lăn cho khả dự đốn xác khả làm việc ổ lăn ứng dụng cụ thể Vì độ phức tạp nó, diễn giải chi tiết lý thuyết không nêu tài liệu Do đo, phương pháp tính tốn đơn giản trình bày mục tuổi thọ danh định theo SKF († trang 64) Công thức cho phép người sử dụng thác tối đa tuổi thọ tiềm ổ lăn, thực việc giảm kích cỡ ổ lăn hiểu ảnh hưởng bôi trơn nhiễm bẩn tuổi thọ làm việc ổ lăn để chọn lựa định cỡ ổ lăn cho ứng dụng Các tiêu chuẩn quốc tế ISO 281 dựa sở độ mỏi vật liệu bề mặt tiếp xúc nguyên nhân gây hư hỏng phổ biến ổ lăn xem hệ thống tuổi thọ thành phần, lăn, rãnh lăn, vòng cách, chất bơi trơn phớt chặn,nếu có, đóng góp vài trường hợp, có ảnh hưởng lớn đến độ bền ổ lăn († hình 1) Trong nhiều phần khác tài liệu này, tham khảo nêu cho ta thấy khía cạnh tầm quan trọng độ phù hợp thành phần ổ lăn, xem hệ thống, cần kiểm tra để đảm bảo khả làm việc tốt Tuổi thọ hệ thống ổ lăn Hiện tượng mỏi vật liệu bề mặt tiếp xúc rãnh lăn thường nguyên nhân chủ yếu gây hư hỏng cho phần lớn ổ lăn Mỏi vật liệu gây nhiều yếu tố, bao gồm không giới hạn, nhiệt ma sát,các điều kiện bôi trơn bị nhiễm bẩn, tải trọng lớn và/hoặc tải trọng không xác định Do đó, tiêu chí lựa chọn dựa sở mỏi vật liệu rãnh lăn thông thường đủ Hình Hệ thống tuổi thọ ổ lăn Lổ lăn = f (Lrãnh lăn, Lcon lăn, Lvòng cách, Lchất bôi trơn, Lphớt chặn) 62 Tuổi thọ ổ lăn tải trọng danh định Tuổi thọ ổ lăn tải trọng danh định Định nghĩa tuổi thọ ổ lăn Tuổi thọ làm việc ổ lăn định nghĩa số vòng quay số làm việc tốc độ mà ổ lăn thực trước xuất dấu hiệu mỏi vật liệu (vật liệu bị tróc) rãnh lăn vòng vòng ngồi lăn Trong điều kiện kiểm sốt phòng thí nghiệm, ổ lăn giống nhau, làm việc nhiên, điều kiện có tuổi thọ khác Do đó, định nghĩa rõ ràng “tuổi thọ ổ lăn” để tính tốn kích cỡ ổ lăn Tất thơng tin SKF trình bày liên quan đến tải trọng danh định dựa tuổi thọ kỳ vọng đạt hay vượt 90% số ổ lăn nhóm lớn ổ lăn giống Tuổi thọ ổ lăn biểu thị số vòng quay thời gian làm việc tốc độ mà ổ lăn hoạt động trước có dấu hiệu tượng mỏi kim loại (vết tróc) xuất rãnh lăn vòng hay vòng ngồi lăn Bảng († trang 70) cung cấp hệ số quy đổi thường sử dụng cho đơn vị tính tuổi thọ ổ lăn ngồi đơn vị triệu vòng quay Tuổi thọ danh định dựa định nghĩa nêu phải đáp ứng kỳ vọng tuổi thọ cần thiết ứng dụng ổ lăn Trong trường hợp khơng có kinh nghiệm trước đó, trị số tham khảo liên quan đến tuổi thọ đặc trưng ứng dụng khác nêu trong, bảng 10 († trang 83) Do chất tuổi thọ ổ lăn mang tính thống kê, cần phải nêu rõ thời gian hư hỏng ổ lăn sử dụng ứng dụng liên quan đến tuổi thọ danh định xác suất hỏng ổ lăn xác định tương quan với lượng ổ lăn tổng thể làm việc điều kiện Giả sử, ổ lăn lắp cụm quạt bị hư tổng số 200 ổ lăn lắp ứng dụng làm việc điều kiện cho xác suất hỏng 0,5% (tuổi thọ khảo sát L0,5), độ tin cậy ứng dụng 99,5% Trong nhiều năm qua, nhiều khảo sát hư hỏng ổ lăn sử dụng nhiều ứng dụng khác thực lượng lớn ổ lăn (nhiều triệu ổ lăn) cho thấy hư hỏng tượng xảy không trực tiếp liên quan đến vết tróc rãnh lăn Điều cho thấy quy tắc thiết kế dựa độ tin cậy (xác suất) 90% việc sử dụng hệ số an tồn tĩnh động đem lại giải pháp “gia cường” cho ổ lăn giúp tránh hư hỏng đặc trưng tượng mỏi kim loại gây Thực vậy, hư hỏng khảo sát trường phần lớn liên quan đến là hậu mài mòn, ẩm ướt, gỉ sét, lắp đặt không kỹ thuật, mối lắp với trục/gối không phù hợp, lăn bị trượt, nhiễm bẩn hư hỏng vòng cách, phớt hệ thống bôi trơn bị hỏng gây Tải trọng danh định Một ổ lăn thông thường chọn dựa sở tải trọng danh định tương ưng với tải trọng thực tế yêu cầu tuổi thọ ổ lăn độ tin cậy Các trị số tải trọng động danh định C tải trọng tĩnh danh định C0 kê bảng thông số kỹ thuật Cả hai điều kiện tải động tĩnh cần khảo sát, kiểm tra riêng rẽ phải tính đến xung tải có cường độ lớn, có thời gian xuất ngắn có, xảy Tải trọng động danh định Tải trọng động danh định C sử dụng để tính tuổi thọ bao gồm ứng suất ổ lăn, thí dụ ổ lăn quay chịu tải Đó tải trọng tác dụng lên ổ lăn để có tuổi thọ danh định theo ISO 281 000 000 vòng Giả sử tải trọng khơng đổi chiều độ lớn, tải hướng kính ổ đỡ tải dọc trục tác động tâm ổ chặn Tải trọng động danh định ổ lăn SKF xác định theo tiêu chuẩn ISO 281 Tải trọng danh định nêu tài liệu áp dụng cho ổ lăn 63 B Lựa chọn kích cỡ ổ lăn thép crơm, nhiệt luyện để có độ cứng tối thiểu 58 HRC, hoạt động điều kiện bình thường Một ngoại lệ điều ổ lăn polymer († trang 1247) Ổ lăn SKF Explorer nhóm đặc biệt khác, nhờ áp dụng cải tiến vật liệu công nghệ sản xuất nên phải có hệ số điều chỉnh để tính tốn tải trọng động cơ bản theo tiêu chuẩn ISO 281 Tải trọng tĩnh danh định thông tin chi tiết trị số tham khảo hệ số an toàn cách tính, xin xem mục Lựa chọn kích cỡ ổ lăn dựa theo khả chịu tải trọng tĩnh († trang 87) Lựa chọn kích cỡ ổ lăn theo cơng thức tính tuổi thọ Tuổi thọ danh định Tuổi thọ danh định theo tiêu chuẩn ISO 281 tính theo cơng thức Tải trọng tĩnh danh định định nghĩa theo ISO 76 tính tốn tương ứng với ứng suất tiếp xúc tâm vùng tiếp xúc lăn / rãnh lăn chịu tải lớn Các trị số ứng suất tiếp xúc là: q C w p L10 = — < P z • 600 MPa ổ bi tự lựa • 200 MPa loại ổ bi khác • 000 MPa tất loại ổ lăn Nếu tốc độ không thay đổi, thơng thường tuổi thọ tính theo số hoạt động, sử dụng công thức Ứng suất tạo độ biến dạng tổng thường trực lăn rãnh lăn, khoảng 0,0001 đường kính lăn Tải trọng tải túy hướng kính ổ đỡ tải dọc trục tạ động tâm ổ chặn Tải trọng tĩnh danh định C0 sử dụngtrong trường hợp sau: 106 L10h = —— L10 60 n • Tốc độ quay thấp (n < 10 v/ph) • Chuyển động lắc có tốc độ chậm • Ổ lăn đứng yên chịu tác dụng tải thời gian dài Việc kiểm tra tải trọng tĩnh thực cách kiểm tra hệ số an toàn tĩnh ứng dụng, định nghĩa sau: C0 s0 = — P0 Trong s0 = hệ số an toàn tĩnh C0 = tải trọng tĩnh danh định [kN] P0 = tải trọng tĩnh tương đương tác dụng lên ổ lăn [kN] Tải trọng tối đa tác dụng lên ổ lăn cần sử dụng tính tải trọng tĩnh tương đương tác dụng lên ổ lăn Để có 64 Trong L10 = tuổi thọ danh định (với độ tin cậy 90%) [triệu vòng quay] L10h = tuổi thọ danh định (với độ tin cậy 90%) [giờ hoạt động] C = tải trọng động danh định [kN] P = tải trọng động tương đượng tác dụng lên ổ lăn [kN] († trang 85) n = tốc độ [v/ph] p = số mũ cơng thức tính tuổi thọ –– Đối với ổ bi, p = –– Đối với ổ lăn, p = 10/3 Tuổi thọ danh định theo SKF Đối với ổ lăn đại có chất lượng cao, tuổi thọ danh định có chênh lệch đáng kể so với tuổi thọ làm việc thực tế trong ứng dụng Tuổi thọ làm việc ứng dụng cụ thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác bôi trơn, độ nhiễm bẩn, kỹ thuật lắp ráp điều kiện mơi trường Do đó, tiêu chuẩn ISO 281 sử dụng hệ số điều chỉnh tuổi thọ để bổ sung cho tuổi thọ danh định Hệ số điều chỉnh Lựa chọn kích cỡ ổ lăn theo cơng thức tính tuổi thọ tuổi thọ SKF aSKF sử dụng khái niệm tương tự tải giới hạn mỏi Pu tiêu chuẩn ISO 281 Các giá trị Pu kê bảng thông số kỹ thuật Giống tiêu chuẩn ISO 281, hệ số điều chỉnh tuổi thọ SKF aSKF có tính đến yếu tố điều kiện bôi trơn (tỷ số độ nhờn k, † trang 71) hệ số hc († trang 74) độ nhiễm bẩn để phản ánh điều kiện làm việc ứng dụng công thức q C w p Lnm = a1 aSKF L10 = a1 aSKF — < P z Nếu tốc độ không thay đổi, tuổi thọ tính theo số hoạt động công thức 106 Lnmh = —–– Lnm 60 n Trong Lnm = tuổi thọ danh định theo SKF (với 100 – n1) % độ tin cậy) [triệu vòng quay] Lnmh = tuổi thọ danh định theo SKF (với 100 – n1) % độ tin cậy) [giờ hoạt động] L10 = tuổi thọ danh định (với 90% độ tin cậy) [triệu vòng quay] a1 = hệ số điều chỉnh tuổi thọ với độ tin cậy († bảng 1, giá trị theo tiêu chuẩn ISO 281) aSKF = hệ số điều chỉnh tuổi thọ SKF († giản đồ đến 4) C = tải trọng động danh định [kN] P = tải trọng động tương đương lên ổ lăn [kN] n = tốc độ vòng quay [v/ph] p = số mũ cơng thức tính tuổi thọ –– Đối với ổ bi, p = –– Đối với ổ lăn, p = 10/3 Bảng († trang 70) cho hệ số quy đổi thông dụng tuổi thọ ổ lăn đơn vị tính khác đơn vị tính triệu vòng quay Hệ số điều chỉnh tuổi thọ SKF aSKF Hệ số cho thấy liên hệ tỷ số tải giới hạn mỏi (Pu/P), điều kiện bôi trơn (tỷ số độ nhờn k) mức độ nhiễm bẩn bên ổ lăn (hc) Các giá trị hệ số aSKF tra từ bốn giản đồ, tùy thuộc loại ổ lăn, hàm hc (Pu/P) ổ lăn tiêu chuẩn SKF ổ lăn SKF Explorer giá trị khác tỷ số độ nhờn k Các giản đồ sử dụng sau • Cho ổ bi đỡ († giản đồ 1, trang 66) • cho ổ lăn đỡ († giản đồ 2, trang 67) • Cho ổ bi chặn († giản đồ 3, trang 68) • Cho ổ lăn chặn († giản đồ 4, trang 69) giản đồ vẽ với giá trị hệ số an toàn tiêu biểu kết hợp với tải giới hạn mỏi phận khí khác Do tính đơn giản cơng thức tính tuổi thọ danh định SKF, cho dù điều kiện vận hành xác định xác, việc sử dụng giá trị aSKF lớn 50 khơng có ý nghĩa Bảng Các trị số hệ số điều chỉnh tuổi thọ a1 Độ tin cậy Xác suất hỏng n Tuổi thọ danh định theo SKF Lnm a1 Hệ số % % Triệu vòng quay – 90 95 96 10 L10m L5m L4m 0,64 0,55 97 98 99 L3m L2m L1m 0,47 0,37 0,25 1) Hệ số n biểu thị xác suất hỏng, khác biệt độ tin cậy theo yêu cầu độ tin 100% 65 B Lựa chọn kích cỡ ổ lăn Giản đồ Hệ số aSKF cho ổ bi aSKF 50,0 20,0 0,5 0,6 0,8 5,0 k= 10,0 0,4 2,0 0, 1,0 0,5 0,2 0,2 0,15 0,1 0,1 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0 5,0 Pu hc –– P Các loại ổ lăn tiêu chuẩn khác SKF Ổ lăn SKF Explorer 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0 Nếu k > 4, sử dụng đường biểu diển k = Do giá trị hc (Pu/P) có xu hướng tiến đến 0, aSKF có xu hướng tiến đến 0,1 tất gía trị k 66 P hc ––u P Lựa chọn kích cỡ ổ lăn theo cơng thức tính tuổi thọ Giản đồ Hệ số aSKF cho ổ lăn aSKF 50,0 B 20,0 10,0 k= 5,0 0,6 0,8 2,0 0, 1,0 0, 0,5 0,3 0,2 0,2 0,15 0,1 0,1 0,05 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0 5,0 Pu ––– P hc 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 Các loại ổ lăn tiêu chuẩn khác SKF Ổ lăn SKF Explorer 2,0 Pu hc ––– P Nếu k > 4, sử dụng đường biểu diễn k = Do giá trị hc (Pu/P) có xu hướng tiến đến 0, aSKF có xu hướng tiến đến 0,1 tất giá trị k 67 Lựa chọn kích cỡ ổ lăn Giản đồ Hệ số aSKF cho ổ bi chặn aSKF 50,0 20,0 10,0 k= 5,0 0, 0,6 0,8 2,0 1,0 0, 0,5 0, 0,2 0,2 0,15 0,1 0,1 0,05 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0 Nếu k > 4, sử dụng đường biểu diễn k = Do giá trị hc (Pu/P) có xu hướng tiến đến 0, aSKF có xu hướng tiến đến 0,1 tất giá trị k 68 5,0 u hc P –– P Các loại ổ lăn tiêu chuẩn SKF Lựa chọn kích cỡ ổ lăn theo cơng thức tính tuổi thọ Giản đồ Hệ số aSKF cho ổ lăn chặn aSKF 50,0 B 20,0 10,0 5,0 k= 2,0 0, 1,0 0, 0,5 0, 0,4 0,3 0,2 0,2 0,15 0,1 0,05 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 0,1 2,0 5,0 P hc ––u P 0,005 0,01 0,02 0,05 0,1 0,2 0,5 1,0 2,0 Các loại ổ lăn tiêu chuẩn khác SKF Ổ lăn SKF Explorer P hc ––u P Nếu k > 4, sử dụng đường biểu diễn k = Do giá trị hc (Pu/P) có xu hướng tiến đến 0, aSKF có xu hướng tiến đến 0,1 tất giá trị k 69 Lựa chọn kích cỡ ổ lăn Tính tốn hệ số điều chỉnh tuổi thọ aSKF Các chương trình tính tốn lựa chọn ổ lăn SKF, mạng internet skf.com/bearingselect sử dụng để tính tốn hệ số aSKF Ngồi ra, SKF triển khai chương trình phần mềm chun sâu kết hợp với cơng thức tính tuổi thọ danh định SKF để khảo sát trực tiếp ứng suất tiếp xúc lăn, cho khả xét đến yếu tố khác ảnh hưởng đến tuổi thọ ổ lăn lêch trục, võng trục, gối đỡ bị biến dạng († cơng cụ tính toán SKF, trang 92) Bảng Hệ số quy đổi đơn vị tuổi thọ g Dao động hoàn chỉnh = g (= từ vị trí đến vị trí 4) Đơn vị chuẩn Hệ số quy đổi Triệu vòng quay triệu vòng quay Giờ hoạt động Triệu km di chuyển Triệu chu kỳ dao động1) 106 —— 60 n p D —–3 10 80 —— g hoạt động 0n —— 10 0npD ———— 10 80 ¥ 60 n ————— g 10 triệu km 103 —– p D 109 ———– 60 n p D 180 ¥ 103 ————– 2gpD triệu chu kỳ dao động1) g —— 180 g 106 ———––– 180 ¥ 60 n 2gpD ————–3 180 ¥ 10 D = đường kính bánh xe [m] n = tốc độ quay [v/ph] g = biên độ dao động (góc quay tối đa tính từ vị trí trung tâm) [°] 1) Không 70 áp dụng biên độ nhỏ (g < 10°) Lựa chọn kích cỡ ổ lăn Tải trọng động ổ lăn Tính tốn tải trọng động ổ lăn Tải tác động lên ổ lăn tính theo định luật học biết tính tốn ngoại lực lực truyền động, lực công tác lực quán tính Khi tính tốn thành phần tải ổ lăn đơn chiếc, để đơn giản tính tốn, trục xem đà tựa gối đỡ cứng vững, không bị ảnh hưởng mô men Các biến dạng đàn hồi bên ổ lăn, gối đỡ khung bệ máy mô men phát sinh ổ lăn trục bị võng bỏ qua Cần có đơn giản hố tính tốn phải tính kết cấu ổ lăn mà khơng có hỗ trợ máy tính Các phương pháp tiêu chuẩn để tính tải trọng danh dịnh tải trọng tương đượng ổ lăn dựa giả thiết tương tự Cũng thực tính tốn tải trọng ổ lăn dựa lý thuyết đàn hồi, không sử dụng giả thiết việc đòi hỏi phải sử dụng chương trình máy tính phức tạp Trong chương trình này, ổ lăn, trục gối đỡ xem thành phần đàn hồi hệ thống Có thể tính khơng biết lực tải trọng ngoại lực tải trọng khác lực quán tính lực phát sinh từ trọng lượng trục lượng thành phần khác Tuy nhiên, xác định lực công tác tải trọng lực cán, mô men, tải cân xung tải, cần phải ước đốn dựa kinh nghiệm có từ thiết bi kết cầu ổ lăn tương tự Truyền động bánh Với truyền bánh răng, theo lý thuyết, lực tác động lên tính dựa vào công suất truyền động đặc điểm thiết kế bánh Tuy nhiên, phải lưu ý đến lực động học bổ sung khác, phát sinh từ bánh răng, từ trục sơ cấp (dẫn động) hay trục thứ cấp (công tác) Các lực động học bổ sung từ bánh phát sinh từ sai sót biên dạng từ độ cân thành phần quay khác Do yêu cầu làm việc êm, bánh gia công với độ xác cao 84 nên lực thường đựoc bỏ qua khơng xét đến tính toán về ổ lăn Các lực bổ sung phát sinh từ phương thức chế độ vận hành thiết bị kết nối với truyền động xác định biết điều kiện hoạt động Ảnh hưởng chúng đến tuổi thọ danh định ổ lăn tính hệ số “làm việc”, có tính đến yếu tố xung tải hiệu suất bánh Các trị số hệ số cho điều kiện làm việc khác thơng thường tìm tài liệu nhà sản xuất bánh cung cấp Truyền động đai Đối với truyền động đai, tính tải trọng ổ lăn, “lực kéo” (belt pull) đai cần lưu ý Lực kéo đai loại lực tác dụng lên chu vi, tùy thuộc vào mô men truyền Lực kéo phải nhân với hệ số tùy thuộc vào loại đai, lực căng đai lực phụ khác Thông thường hệ số nhà sản xuất đai cung cấp Tuy nhiên, khơng có thơng tin từ nhà sản xuất, sử dụng trị số sau: • Đai đồng = 1,1 đến 1,3 • Đai thang = 1,2 đến 2,5 • Đai dẹt = 1,5 đến 4,5 Trị số lớn sử dụng khoảng cách trục nhỏ, tải nặng có xung tải hoặc lực căng đai lớn Tải trọng động ổ lăn Tải trọng tương đương (của) ổ lăn Thơng tin sử dụng để tính tải trọng F ổ lăn Khi tải trọng ổ lăn đáp ứng điều kiện tải trọng động danh định C, nghĩa tải không đổi chiều độ lớn, tác dụng hướng kính ổ đỡ tác dụng dọc trục tâm trục ổ chặn, lúc P = F tải trọng sử dụng trực tiếp công thức tính tuổi thọ Trong tất trường hợp, tải trọng động tương đương ổ lăn phải tính Tải trọng động tương đương ổ lăn tải giả định, không đổi chiều độ lớn, tác dụng hướng kính ổ đỡ tác dụng hướng trục tâm trục ổ chặn, áp dụng, tác động đến tuổi thọ ổ lăn tải trọng thực tế mà ổ lăn phải chịu († fig 2) Ổ đỡ thường phải chịu đồngthời tải hướng kính lẫn tải dọc trục Nếu tải tổng hợp không đổi chiều độ lớn, tải trọng động tương đương P ổ lăn tính theo cơng thức P = X Fr + Y F a Với P = tải trọng động tương đương ổ lăn [kN] Fr = tải trọng hướng kính ổ lăn [kN] Fa = tải trọng dọc trục ổ lăn [kN] X = hệ số tải trọng hướng kính ổ lăn Y = hệ số tải trọng dọc trục ổ lăn Hình Tải trọng phụ dọc trục ảnh hưởng đến tải trọng động tương đương P ổ đỡ dãy tỷ số Fa/Fr lớn trị số e Với ổ lăn hai dãy tải trọng dọc trục nhỏ có ảnh hưởng đáng kể Công thức tổng quát áp dụng cho ổ tang trống chặn, loại ổ lăn chịu tải dọc trục lẫn tải hướng kính Các loại ổ chặn khác ổ bi chặn, ổ đũa ổ kim chặn chịu tải trọng dọc trục mà Đối với loại ổ lăn này, tải trọng tác dụng tâm cơng thức đơn giản hóa P = Fa Thơng tin thơng số cần thiết để tính tải trọng động tương đương ổ lăn nêu chương sản phẩm tương ứng Tải trọng ổ lăn thay đổi Trong nhiều trường hợp, độ lớn tải trọng thay đổi Cơng thức tính tải trọng thay đổi nêu phần Tính tốn tuổi thọ điều kiện làm việc thay đổi († trang 81) Tải trọng trung bình khoảng thời gian chịu tải Điều kiện làm việc thay đổi khoảng thời gian chịu tải Giả sử điều kiện làm việc tốc độ, chiều tải trọng gần không đổi độ lớn tải trọng thay đổi khoảng trị số nhỏ Fmin trị số lớn Fmax († giản đồ 13, trang 86), Fmin + Fmax Fm = —————––– Fa Fr P 85 B Lựa chọn kích cỡ ổ lăn Giản đồ 13 F Fm Fmax Fmin U Giản đồ 14 F1 F2 Giản đồ 15 Tải xoay fm 1,00 0,95 0,90 0,85 0,80 0,75 86 0,2 0,4 0,6 0,8 Fm = fm (F1 + F2) Các trị số hệ số fm cho giản đồ 15 Tải trọng tối thiểu yêu cầu Tải xoay 0,70 Tải xoay Nếu, minh hoạ giản đồ 14, ổ lăn chịu tải trọng F1 không đổi chiều độ lớn, thí dụ trọng lượng rơ to tải xoay khơng đổi F2, thí dụ lực cân tải trọng trung bình tính sau Tải bình qn 1,0 F1 F1 + F2 Mối tương quan tải trọng tuổi thọ làm việc quan trọng ứng dụng có tải trọng nhỏ Khi hư hỏng nguyên nhân cấu mang tính định mỏi vật liệu Để ổ lăn hoạt động cách hiệu quả, ổ bi ổ lăn phải chịu tải trọng tối thiểu Kinh nghiệm thực tế cho thấy phải có tải trọng tối thiểu 0,02 C cho ổ lăn 0,01 C cho ổ bi Sự quan trọng việc có tải trọng tối thiểu tăng lên ứng dụng mà ổ lăn phải tăng tốc nhanh tăng tốc nhanh ngừng đột ngột trường hợp tốc độ quay lớn 50% tốc độ giới hạn cho bảng thông số kỹ thuật († Tốc độ, trang 117) Nếu không đảm bảo tải trọng tối thiểu, nên xem xét sử dụng ổ lăn NoWear († trang 1241) Hướng dẫn tính tốn tải trọng tối thiểu loại ổ lăn khác nêu chương sản phẩm tương ứng Chọn kích cỡ ổ lăn theo khả chịu tải trọng tĩnh Chọn kích cỡ ổ lăn theo khả chịu tải trọng tĩnh Kích cỡ ổ lăn chọn dựa vào khả chịu tải trọng tĩnh C0 thay tuổi thọ ổ lăn điều kiện sau: • Ổ lăn đứng yên chịu tải liên tục xung tải gián đoạn • Ổ lăn có chuyển động lắc chậm có chuyển động đồng tâm chịu tải • Ổ lăn quay chậm chịu tải (n < 10 v/ph) yêu cầu tuổi thọ ngắn Nói cách khác, cơng thức tính tuổi thọ trường hợp này, với tải trọng tương đương P, cho tải trọng động danh định C nhỏ, đó ổ lăn chọn dựa theo tuổi thọ sẽ bị tải trầm trọng làm việc • Ổ lăn quay ngồi điều kiện tải bình thường phải chịu xung tải nặng Tác hại thay đổi khả làm việc ổ lăn tùy thuộc vào yêu cầu đặt ứng dụng Do cần đảm bảo không để xảy biến dạng vĩnh viễn xảy giới hạn nhỏ cách chọn ổ lăn có đủ khả chịu tải trọng tĩnh cần phải đạt yêu cầu sau: • Có độ tin cậy cao • Làm việc êm động điện • Làm việc khơng có độ rung động máy cơng cụ • Mơ men ma sát ổn định thiết bị đo kiểm • Ma sát thấp khởi động có tải cần trục Trong tất trường hợp này, tải trọng cho phép ổ lăn tải trọng lớn ổ lăn chịu mà khơng làm lăn rãnh lăn bị biến dạng vĩnh viễn Thông thường ngyên nhân gây ra biến dạng vĩnh viễn là: • Tải trọng nặng tác dụng ổ lăn đứng n có chuyển động lắc chậm • Xung tải nặng tác dụng lên ổ lăn quay Tùy theo điều kiện làm việc tải trọng, hư hỏng gây vùng bị dàn phẳng lăn vết lõm xuất rãnh lăn Các vết lõm rãnh lăn có khoảng cách khơng cách tưong ứng với khoảng cách lăn Biến dạng vĩnh viễn thường làm cho ổ lăn có độ rung động cao và/hoặc phát tiếng ồn lớn tăng độ ma sát Có thể khe hở tăng lên thay đổi đặc tính mối lắp 87 B Lựa chọn kích cỡ ổ lăn Tải trọng tĩnh tương đương Tải trọng tĩnh danh định cần thiết Tải trọng tĩnh gồm hai thành phần hướng kính dọc trục phải quy đổi thành tải trọng tĩnh tương đương Tải trọng định nghĩa tải giả định (tác dụng hướng kính ổ đỡ tác dụng dọc trục ổ chặn), áp dụng, tạo tải trọng lớn lên lăn ổ lăn tải trọng thực tế mà ổ lăn phải chịu Nó xác định cơng thức Khi xác định kích cỡ ổ lăn dựa vào khả chịu tải trọng tĩnh, hệ số an toàn s0, biểu thị mối tương quan tải trọng tĩnh danh định C0 tải trọng tĩnh tương đượng ổ lăn P0, sử dụng để tính tải trọng tĩnh danh định cần thiết Tải trọng tĩnh danh định cần thiết C0 xác định P0 = X0 Fr + Y0 Fa C0 = s0 P0 Với P0 = tải trọng tĩnh tương đương [kN] Fr = tải trọng hướng kính ổ lăn (xem bên dưới) [kN] Fa = tải trọng dọc trục ổ lăn (xem bên dưới) [kN] X0 = hệ số tải trọng hướng kính ổ lăn Y0 = hệ số tải trọng dọc trục ổ lăn Với C0 = tải trọng tĩnh danh định [kN] P0 = tải trọng tĩnh tương đượng ổ lăn [kN] s0 = hệ số an tồn tĩnh Thơng tin thơng số cần thiết để tính tải trọng tĩnh tương đương ổ lăn nêu chương sản phẩm tương ứng Giá trị tham khảo hệ số an toàn tĩnh s0 dựa theo kinh nghiệm nêu bảng 11 Khả chịu tải trọng tĩnh giảm nhiệt độ cao Vui lòng liên hệ Bộ phận dịch vụ kỹ thuât SKF để có thêm thơng tin Khi tính P0, cần sử dụng tải trọng lớn xảy thành phần hướng kính dọc trục († hình 3) để đưa vào công thức Nếu tải tĩnh tác dụng lên ổ lăn theo nhiều chiều khác nhau, độ lớn thành phần thay đổi Trong trường hợp này, sử dụng thành phần tải tạo trị số tải trọng tĩnh tương đương ổ lăn P0 lớn Hình Fa Fr 88 P0 Chọn kích cỡ ổ lăn theo khả chịu tải trọng tĩnh Kiểm tra khả chịu tải trọng tĩnh Đối với ổ lăn chịu tải trọng động, biết tải trọng tĩnh tương đương P0 ổ lăn, nên kiểm tra để biết khả chịu tải trọng tĩnh có phù hợp khơng cơng thức B C s0 = —0 P0 Nếu trị số s0 có nhỏ giá trị tham khảo († bảng 11), nên chọn ổ lăn có tải trọng tĩnh danh định lớn Bảng 11 Giá trị tham khảo hệ số an toàn tĩnh s0 Loại hoạt động ổ lăn quay Yêu cầu khả làm việc (thí dụ làm việc êm khơng có rung động) Khơng quan trọng Bình thường Cao ổ lăn đứng n ổ bi ổ lăn ổ bi ổ lăn ổ bi ổ lăn ổ bi ổ lăn Êm, không rung 0,5 1 1,5 0,4 0,8 Bình thường 0,5 1 1,5 3,5 0,5 Có xung tải1) ≥ 1,5 ≥ 2,5 ≥ 1,5 ≥3 ≥2 ≥4 ≥1 ≥2 Đối với ổ tang trống chặn, nên sử dụng s0 ≥ 1) Khi độ lớn xung tải, nên sử dụng giá trị tối thiểu s0 giá trị lớn nêu Nếu biết độ lớn xung tải, sử dụng giá trị nhỏ s0 89 Lựa chọn kích cỡ ổ lăn Thí dụ tính tốn Thí dụ 1: Tuổi thọ danh định tuổi thọ danh định theo SKF Một ổ bi đỡ SKF Explorer 6309 quay 000 v/ph với tải trọng hướng kính Fr không đổi = 10 kN Bôi trơn dầu có độ nhờn động học thực tế n = 20 mm2/gi nhiệt độ làm việc bình thường Độ tin cậy hoạt động mong muốn 90% giả sử ổ bi hoạt động điều kiện Tính tuổi thọ danh định tuổi thọ danh định theo SKF? a) Tuổi thọ danh định với độ tin cậy 90% q C w 3 L10 = — s0 yêu cầu Trị số chứng tỏ độ an toàn tĩnh ứng dụng đạt yêu cầu Do tải trọng tĩnh tính cách xác nên không cần quan tâm đến độ chênh lệch nhỏ hệ số an tồn tĩnh tính hệ số an tồn tĩnh u cầu Các cơng cụ dễ sử dụng để chọn lựa tính tốn ổ lăn cung cấp mạng internet skf.com/bearingcalculator Có thể tìm kiếm ổ lăn dựa vào ký hiệu hay kích thước đánh giá kết cấu ổ lăn đơn giản Những cơng thức tính tốn sử dụng công cụ nêu dựa theo tài liệu Thí dụ 3/2 Các giá trị tính toán Độ nhờn Độ nhờn làm k1) danh định việc Khoảng Tải trọng thời gian động tương chịu tải đương P n1 n – kN mm2/gi mm2/gi – 200 120 120 Tuổi thọ danh định L10h aSKF – h 0,8 136 hc Tuổi thọ danh định theo SKF Khoảng thời gian L10mh U Tuổi thọ danh định theo SKF có L10mh – h – h 1,2 11 050 0,05 125 25 60 2,3 0,8 295 7,8 57 260 0,40 75 20 60 0,8 30 030 43 318 000 0,45 50 36 75 0,8 232 040 50 11 600 000 0,10 1) mỡ 92 bơi trơn có phụ gia EP r s s f s s c 84 300 Các cơng cụ tính tốn SKF Các cơng cụ tính tốn tương tác SKF cho phép tạo vẽ CAD để vẽ ổ lăn gối đỡ SKF đồng thời sử dụng kết hợp với đa số phần mềm CAD có thị trường SKF Bearing Beacon SKF Bearing Beacon phần mềm cho ứng dụng ổ lăn chủ yếu kỹ sư SKF sử dụng để tìm giải pháp tốt kết cấu ổ lăn cho khách hàng Làm việc môi trường mô phỏng, kỹ sư SKF kết hợp hệ thống khí gồm trục, bánh gối đỡ với mơ hình ổ lăn xác để nghiên cứu sâu hoạt động máy móc thực tế Phần mềm nghiên cứu, phân tích tượng mỏi ổ lăn phương pháp xác định tuổi thọ danh định SKF SKF Bearing Beacon thành nhiều năm nghiên cứu phát triển SKF Orpheus Công cụ kỹ thuật số Orpheus sử dụng để nghiên cứu tối ưu hố đặc tính độ ồn độ rung động ứng dụng ổ lăn quan trọng động điện, hộp giảm tốc Cũng sử dụng cơng cụ để giải tồn cơng thức khơng tuyến tính hệ thống ổ lăn phận chung quanh bánh răng, trục gối đỡ Orpheus cung cấp hiểu biết sâu sắc trạng thái động ứng dụng bao gồm ổ lăn, để tính tác động sai lệch hình dạng (độ dơn sóng) độ lêch trục Điều cho phép kỹ sư SKF khả xác định loại cỡ ổ lăn phù hợp phương pháp lắp ráp điều kiện dự ứng lực phù hợp úng dụng nhanh chóng thu nhiều thông tin so với phương pháp thử nghiệm truyền thống Các chương trình khác Bên cạnh chương trình nêu trên, SKF phát triển phần mềm chuyên dụng cho phép nhà khoa học SKF cung cấp cho khách hàng ổ lăn có bề mặt lăn tối ưu để kéo dài tuổi thọ điều kiện làm việc khắc nghiệt Các chương trình tính tốn bề dày lớp màng dầu điều kiện bôi trơn biến dạng thủy động khu vực tiếp xúc Ngoài ra, bề dày lớp màng dầu cục biến dạng bề mặt ba chiều bên khu vực tiếp xúc tính tốn cách chi tiết hệ giúp giảm độ mỏi vật liệu ổ lăn Kỹ sư SKF sử dụng cơng cụ có sẵn để thực nghiên cứu phân tích phần tử hữu hạn phân tích hệ thống động học, v.v … Các công cụ tích hợp với hệ thống thuộc quyền sở hữu SKF cho phép liên kết với thông số mơ hình khách hàng nhanh hữu hiệu Beast Beast phần mềm mô cho kỹ sư SKF khả mô trạng thái động bên ổ lăn cách chi tiết Chương trình xem thiết bị thử nghiệm ảo để nghiên cứu tác động lực, mô men, v.v bên ổ lăn điều kiện tải trọng Khả cho phép “thử nghiệm” khái niệm thiết kế cách 93 B Lựa chọn kích cỡ ổ lăn Dịch vụ tư vấn kỹ thuật SKF Những thông tin cần thiết để thiết kế tính tốn kết cấu ổ lăn nêu tài liệu Tuy nhiên, có ứng dụng u cầu dự đốn tuổi thọ ổ lăn xác tốt, khơng có đủ kinh nghiệm với kết cấu tương lý kinh tế và/hoặc độ tin cậy hoạt động quan trọng Trong trường hợp này, nên sử dụng Dịch vụ Tư vấn Kỹ thuật SKF Dịch vụ cung cấp tính tốn mơ phần mềm kỹ thuật cao, kết hợp với kỷ tích lũy kinh nghiệm lãnh vực linh kiện thiết bị có chuyển động quay Dịch vụ cung cấp hỗ trợ tồn bí ứng dụng SKF Các chuyên viên ứng dụng SKF thực hiện: • Phân tích cố kỹ thuật • Đề nghị giải pháp phù hợp • Lựa chọn chất bôi trơn phương pháp bôi trơn phù hợp chương trình bảo trì tối ưu Dịch vụ tư vấn kỹ thuật SKF mở hướng dịch vụ liên quan đến máy móc lắp đặt cho nhà sản xuất máy OEMs người sử dụng Một số lợi ích dịch vụ là: • Q trình phát triển sản phẩm nhanh giảm thời gian đưa sản phẩm thị trường • Giảm chi phí thực thử nghiệm mơ trước đưa vào sản xuất • Cải tiến kết cấu ổ lăn để giảm độ ồn độ rung động • Hiệu suất sử dụng lượng cao nhờ nâng cấp thiết bị • Nâng cao tuổi thọ hoạt động nhờ cải tiến hệ thống bơi trơn hệ thống làm kín 94 Các phần mềm máy tính tiên tiến Dịch vụ Tư vấn Kỹ thuật SKF sử dụng phần mềm máy tính đại để: • Phân tích mơ hình kết cấu ổ lăn, bao gồm trục, gối đỡ, bánh răng,khớp nối, v.v … • Phân tích tĩnh để xác định biến dạng đàn hồi ứng suất phận hệ thống khí • Phân tích động để xác định độ rung động hệ thống điều kiện làm việc khác • Thực trình bày dạng nghe nhìn hoạt ảnh độ võng kết cấu phận • Tối ưu hố chi phí hệ thống, tuổi thọ làm việc, độ ồn độ rung động Những phần mềm máy tính thường phận Dịch vụ Tư vấn Kỹ thuật SKF sử dụng để tính tốn thực mơ mơ tả khái qt mục Các cơng cụ tính tốn SKF († trang 92) Để biết thêm thông tin Dịch vụ Tư vấn Kỹ thuật SKF, vui lòng liên hệ chi nhánh công ty SKF địa phương Kiểm nghiệm tuổi thọ ổ lăn SKF Kiểm nghiệm tuổi thọ ổ lăn SKF Những hoạt động thử nghiệm độ bền ổ lăn SKF tập trung thử nghiệm Trung tâm Nghiên cứu Kỹ thuật SKF đặt Hà Lan với phương tiện thử nghiệm độc đáo ngành công nghiệp ổ lăn mặt chuyên môn mặt số lượng thiết bị, thiết bị phù hợp với tiêu chuẩn ISO 17025 Trung tâm hỗ trợ cho nghiên cứu nhà máy chủ yếu SKF SKF thử nghiệm tuổi thọ làm việc ổ lăn nhằm mục đích liên tục cải tiến thiết kế, vật liệu quy trình cơng nghệ ổ lăn Điều quan trọng phát triển liên tục cải tiến mơ hình kỹ thuật theo u cầu thiết kế ứng dụng ổ lăn Các hoạt động thử nghiệm tiêu biểu độ bền gồm thử nghiệm với số lượng mẫu trong: B • Các điều kiện bơi trơn đủ • Trong điều kiện bơi trơn thiếu • xác định điều kiện nhiễm bẩn chất bôi trơn SKF thực thử nghiệm độ bền để: • Kiểm tra khả hoạt động ổ lăn nêu tài liệu sản phẩm • Kiểm tra, đánh giá chất lượng tiêu chuẩn ổ lăn sản xuất • Nghiên cứu tác động chất bôi trơn điều kiện bôi trơn tuổi thọ ổ lăn • Giúp phát triển lý thuyết tượng mỏi khu vực tiếp xúc mặt lăn • So sánh với sản phẩm cạnh tranh Những kiểm tra tuổi thọ kiểm tra chặt chẽ kết hợp với nghiên cứu sau kiểm tra thiết bị chuyên dùng đại cho khả nghiên cứu thông số ảnh hưởng đến tuổi thọ ổ lăn cách có hệ thống Ổ lăn SKF Explorer ổ lăn SKF tiết kiệm lượng thí dụ tối ưu hoá yếu tố tác động dựa sở phân tích mơ hình mơ kiểm tra thực nghiệm thành phần toàn ổ lăn 95 Ma sát Ước lượng mômen ma sát 98 C Tính tốn mơmen ma sát theo SKF 99 Mômen ma sát lăn 100 Hệ số “dòng chảy ngược” 101 Hệ số ảnh hưởng thiếu/bổ sung động học 102 Mômen ma sát trượt 103 Ảnh hưởng chất bôi trơn ma sát trượt 103 Mômen ma sát phớt 109 Tổn thất ngâm dầu 110 Tổn thất lực cản dầu trường hợp bôi trơn phương pháp ngâm dầu 110 Tổn thất ngâm dầu trường hợp bôi trơn phương pháp phun dầu 112 Các ảnh hưởng khác đến mômen ma sát 113 Ảnh hưởng khe hở lệch trục ma sát 113 Ảnh hưởng lượng mỡ bôi trơn ma sát 113 Các thông tin bổ sung vài hệ ổ lăn hiệu suất cao ổ lăn đặc chủng 113 Ổ lăn Hybrid 113 Ổ lăn tiết kiệm lượng SKF (Energy Efficient E2) 113 Ổ bi Y 113 Ổ kim 113 Mômen khởi động 114 Thất thoát lượng nhiệt độ ổ lăn 114 97