Nguyên lý máy ổ lan

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

Ổ LĂN
I.

Khái niệm chung 1.1 Cấu tạo
1.2 Phân loại
1.3 Ưu nhược điểm của ổ lăn
1.4 Ký hiệu ổ lăn

II. Cơ sở tính tốn ổ lăn 2.1 Sự phân bố lực trên các con lăn
2.2 Ứng suất trong ổ lăn
2.3 Động học và động lực học ổ lăn
2.4 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính tốn
2.5 Khả năng tải của ổ lăn

III. Tính tốn lựa chọn ổ lăn 3.1 Tính tốn và chọn ổ lăn theo khả năng tải động
3.2 Tính toán và chọn ổ lăn theo khả năng tải tĩnh
1

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

I. Khái niệm chung

Vịng trong
Vịng ngồi
1.1 Cấu tạo

Con lăn
Vịng cách

2

Bộ mơn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

1


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

1.2 Phân loại

Ball bearing
(Ổ bi  Con lăn cầu)

 Shape of rolling
element

Cylindrical roller
(Ổ đũa trụ, Lr ≤ 3Dr)

(Hình dạng con lăn)

Long cylindrical roller
(Ổ đũa kim, 3Dr ≤ Lr ≤ 10Dr & Dr > 6mm)
Needle roller
(Ổ đũa kim, 3Dr ≤ Lr ≤ 10Dr & Dr ≤ 6mm)
Taper roller (Ổ đũa côn)

Roller bearing
(Ổ đũaCon lăn trụ)

Convex roller (Ổ đũa hình trống)
3

Bộ mơn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

1.2 Phân loại
Single-row
 Number rows of
rolling elements
(Theo số dãy con lăn)

Double-row
Four-row

4

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

2


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

1.2 Phân loại

Radial loads (Chịu lực hướng tâm)

 The load bearing carries
(Theo khả năng chịu lực)

Thrust (axial) load (Chịu lực dọc trục)
Radial and thrust loads (Chịu lực hướng tâm và dọc trục)

5

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

Extra light (8,9)
Light (2,5)
Diameter series

Medium (3,6)

(Theo cỡ đường kính ngồi)

Heavy (4)
Extra heavy

 Dimension series
Width series
(Theo cỡ chiều rộng ổ)

Narrow (0) - Ổ hẹp
Normal (1) - Ổ bình thường
Wide (2) - Ổ rộng
Extra wide (3) - Rất rộng

6

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

3


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

1.3 Ưu nhược điểm
 Ưu điểm + Hệ số ma sát nhỏ (minimum friction)
 Chăm sóc và bơi trơn đơn giản
 Kích thước chiều rộng nhỏ so với ổ trượt nếu cùng đường kính ngõng trục
+ Mức độ tiêu chuẩn hóa cao, giá thành rẻ.
 Nhược điểm
+ Khả năng quay nhanh, chịu va đập và chấn động kém
+ Lắp ghép khó khăn
+ Kích thước hướng kính lớn

7

Bộ mơn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

1.4 Các loại ổ lăn thông dụng
+ Ổ bi đỡ - Deep Groove Ball Bearing
+ Ổ bi đỡ chặn - Angular contact ball bearing
+ Ổ bi lòng cầu hai dãy - Self aligning ball bearing
+ Ổ bi chặn - Thrust ball bearing

8

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

4


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

1.4 Các loại ổ lăn thông dụng
+ Ổ đũa trụ ngắn - Cylindrical roller bearing
+ Ổ đũa côn - Tapered roller bearing
+ Ổ đũa kim – Needle roller bearing
+ Ổ đũa lòng cầu – Spherical roller bearing
+ Ổ đũa chặn – Thrust cylindrical roller bearing

9

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

1.4 Ký hiệu ổ lăn

10

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

5


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

Basic number
(Example 30208)

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy

11

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

II. Cơ sở tính tốn ổ lăn
2.1 Sự phân bố lực trên các con lăn

+ Lực hướng tâm Fr phân bố không đều trên các con lăn
+ Giả thiết con lăn được phân bố đối xứng
=

Điều kiện cân bằng lực

=

+2

≤

2

cos + 2

cos 2

+ ⋯+ 2

4

cos

+ Theo cơng thức tính ứng suất tiếp xúc Hetz, ta có mối quan hệ

= .

=

+ Mối quan hệ giữa lực
=

và

1+2

cos

.
=

:
cos

cos

→

cos

=
1 + 2 ∑ cos

12

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

6


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

=

=
1 + 2 ∑ cos

=

z
M
k

8
1,84
4,35

10
2,28
4,38

12
2,75
4,36

15
3,47
4,37

5

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy

13

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

2.2 Ứng suất tiếp xúc trong ổ lăn

+ Ứng suất tiếp xúc sinh ra trong vùng tiếp xúc giữa con lăn với vòng trong và vịng ngồi

+ Ứng suất tiếp xúc cực đại ổ bi:

= 0.388

+ Ứng suất thay đổi
Ứng suất tại vòng ngồi

 phá hủy mỏi
+ Độ bền mỏi phụ
thuộc vịng nào của ổ

Ứng suất tại vịng trong
Vịng quay

sẽ quay

Vịng quay
14

Bộ mơn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

7


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

2.3 Động học và động lực học ổ lăn

+ Xét chuyển động của vòng trong, con lăn và vòng cách

=

2

=

2

=

=

=

2

2

=

=

2

+ Vòng trong, con lăn và vòng cách quay với vận tốc khác nhau
+ Vận tốc vòng cách phụ thuộc vào đường kính con lăn,
đường kính vịng trong

15

Bộ mơn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

2.3 Động học và động lực học ổ lăn

+ Chuyển động của các con lăn gây ra lực ly tâm

=

2

+ Lực ly tâm không gây ảnh hưởng lớn khi ổ
quay với tốc độ nhỏ, khi tốc độ quay tăng thì
ảnh hưởng lực ly tâm tăng lên
+ Lực ly tâm ảnh hưởng xấu đến ổ chặn

 khả năng quay nhanh của ổ chặn chỉ
bằng 0.3 lần ổ bi đỡ một dãy
16

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

8


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

2.3 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính tốn

 Các dạng hỏng
+ Tróc vì mỏi bề mặt làm việc
+ Biến dạng dư bề mặt làm việc
+ Mòn vòng ổ và con lăn
+ Vỡ vòng cách
+ Vỡ vòng ổ và con lăn
17

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

2.3 Các dạng hỏng và chỉ tiêu tính tốn

 Chỉ tiêu tính tốn
+ Ổ đứng n hoặc làm việc vận tốc thấp (n ≤1 v/p)Tính theo tải tĩnh để tránh
biến dạng dư bề mặt
+ Ổ làm việc vận tốc quay trung bình và cao (n≥10 v/p) Tính theo tải
động để tránh tróc rỗ bề mặt
+ Trường hợp ổ quay (1tính tốn tuổi thọ

18

Bộ mơn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

9


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

là bậc của đường cong mỏi

III. Lựa chọn ổ lăn
3.1 Tuổi thọ của ổ lăn

N là số chu kỳ làm việc

• Phương trình đường cong mỏi
m là số mũ (m = 3; m = 10/3)

=

số vịng quay của ổ

=

• Mối quan hệ giữa tải trọng và lực tác dụng lên ổ
• Tuổi thọ của ổ:

C là khả năng tải động của ổ lăn

tải trọng quy ước tác dụng lên ổ

n là số vòng quay của ổ

=

=

60. .

10

là tuổi thọ của ổ lăn tính bằng giờ
Bộ mơn: Cơ sở Thiết kế máy

19

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Ngun lý máy – Chi tiết máy

3.2 Tính tốn ổ lăn theo khả năng tải động tải trọng động tính tốn
 Khả năng tải động của ổ lăn

= .

⁄

≤

Q là tải trọng làm việc quy ước

 Xác định tải trọng quy ước Q khi ổ chịu tải không đổi
+ Với ổ đỡ, ổ bi đỡ chặn, ổ đũa côn đỡ chặn

=

. .

+ .

.

.

+ .

.

.

+ Với ổ chặn

=

. .

Trong đó:
− lực hướng tâm (phản lực tại các ổ đã được xác định).
− lực dọc trục (tùy thuộc vào loại ổ)
, − hệ số tải trọng lực hướng tâm và lực dọc trục
− hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng động
− hệ số xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ
− hệ số phụ thuộc vào vòng quay
= 1: khi vịng trong quay.
= 1,2: khi vịng ngồi quay.
20

Bộ mơn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

10


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

21

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

Trong đó:
− lực hướng tâm (phản lực tại các ổ đã được xác định).
− lực dọc trục (tùy thuộc vào loại ổ)
, − hệ số tải trọng lực hướng tâm và lực dọc trục
− hệ số xét đến ảnh hưởng của tải trọng động
− hệ số xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ
− hệ số phụ thuộc vào vòng quay
= 1: khi vòng trong quay.
= 1,2: khi vịng ngồi quay.

22

Bộ mơn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

11


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

3.3 Tính tốn ổ lăn theo khả năng tải tĩnh

≤
=

+ Đối với ổ đỡ và ổ đỡ chặn

+ Đối với ổ chặn và ổ đỡ:

=

+

+ 2,3
23

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

3.4 Trình tự lựa chọn ổ lăn
 Thông số đầu vào:
+ Sơ đồ tính tốn và tải tác dụng lên trục
+ Tốc độ quay của ổ
+ Đường kính vịng trong d
+ Điều kiện làm việc và kết cấu
+ Thời gian làm việc của ổ

24

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

12


- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

 Các bước tính tốn lựa chọn ổ lăn
Bước 01: Tính lực hướng tâm

và lực dọc trục

Bước 02: Chọn loại ổ  dựa vào tỉ số

⁄

tác dụng lên ổ

để chọn ổ

 Chọn ổ bi đỡ một dãy để có kết cấu đơn giản, giá thành rẻ
+ Khi

⁄

≤ 0.3

 Chọn ổ đũa trụ ngắn hoặc ổ đũa côn nếu yêu cầu độ cứng cao
 Chọn ổ bi đỡ lòng cầu nếu yêu cầu tự lựa
⁄

 Dùng ổ bi đỡ chặn nếu
+ Khi

⁄

< 1.5

> 0.3

 Dùng ổ đũa côn nếu

⁄

≥ 1.5
Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy

25

Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

- Đỗ Văn Hiến -

Nguyên lý máy – Chi tiết máy

 Các bước tính tốn lựa chọn ổ lăn
Bước 03: Chọn kích thước ổ lăn
+ Chọn sơ bộ kích thước ổ lăn dựa vào đường kính trục và cỡ ổ  Tra được C và
+ Xác định tải trọng dọc trục
+ Xác định các hệ số X và Y dựa theo

⁄(

)

+ Xác định tải trọng qui ước Q tác dụng lên ổ
+ Xác định khả năng tải trọng động
+ Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh

của ổ

26

Bộ môn: Cơ sở Thiết kế máy
Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TPHCM

13