Tính toán thiết kế dẫn động cơ khí Ổ Lăn

CHƯƠNG 6: TÍNH TỐN Ổ LĂN
6.1 Tìm hiểu và chọn loại ổ lăn
Có nhiều loại ổ lăn. Theo hướng tác dụng của tải trọng do ổ tiếp nhận, chia ra: ổ
đỡ, ổ chặn, ổ đỡ - chặn và ổ chặn - đỡ; theo dạng con lăn: ổ bi và ổ đũa; theo số dãy
con lăn: ổ lăn một dãy, 2 dãy và nhiều dãy; theo đặc điểm kết cấu: ổ tự lựa và khơng tự
lựa, vịng trong lắp lên mặt trụ hoặc mặt côn v.v...
Để dễ dàng hơn trong việc chọn loại ổ, có thể dựa vào những gợi ý sau đây:
Bảng 6.1. Lựa chọn ổ lăn theo tỷ lệ.
< 0,3

> 0,3

Ổ bi đỡ một dãy

Ổ đỡ
chặn

Tỷ số Fa/Fr
Loại ổ

Ổ đũa trụ ngắn
đỡ

Ổ đũa côn

≥ 1,5
Ổ đũa
côn

Đối với điều kiện đề bài đặt ra:
- Cấu tạo bộ truyền là hai cặp bánh răng trụ răng nghiêng, do vậy cả 3 trục lắp

bánh răng đều có lực dọc trục tác dụng.
- Ta chọn ổ lăn theo 2 chỉ tiêu:
+ Khả năng tải động nhằm đề phịng tróc rỗ các bề mặt làm việc.
+ Khả năng tải tĩnh nhằm đề phong biến dạng dư.
Nhận thấy, do ổ làm việc với số vòng quay lớn nên không chọn tĩnh mà chọn ổ
theo khả năng tải động.
6.2 Tính tốn ổ lăn trên trục I
6.2.1 Tính tốn và chọn ổ lăn
Thời gian làm việc Lh 9.300.2.8 43200( h)
3
Tuổi thọ: do thời gian làm việc của hộp giảm tốc lớn ( (10...25).10 giờ) nên ta chọn

tuổi thọ ổ phù hợp. Chọn thời gian làm việc của ổ trục I là 3 năm.
Lh 

43200
14400(h)
9/3

Số vòng quay: n1 1740(vg / ph)
Đường kính trục: d B d D 25(mm)
Tải trọng tác dụng lên các ổ:
1|Thiết kế Hệ thống dẫn động băng tải


- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ B:
2
2
FrB  RBx
 RBy

 1816,792  590,57 2 1910,36( N )

- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ D:
2
2
FrD  RDx
 RDy
 551,382  197,54 2 585,70( N )

- Lực dọc trục:
FaB 409,51( N )

Vì tải trọng dọc trục Fa tương đối lớn:
B
D
Ta thấy Fr  Fr , xét tỷ số:

FaB
409,51

0, 2144  0,3
B
Fr
1910,36
Dựa vào bảng 6.1 của tài liệu này, ta chọn ổ bi đỡ một dãy.
Dựa vào bảng P2.7 [1], ta chọn ổ bi đỡ một dãy, cỡ nặng (theo GOST 8338-75).

Hình 6.1. Thơng số kích thước ổ bi đỡ một dãy (theo gost 8338-75).
Bảng 6.2. Thông số ổ bi đỡ một dãy, trục I.
Ký hiệu

ổ
405

d (mm) D (mm) B (mm) r (mm)
25

80

21

Đường kính bi
(mm)

C (N)

Co (N)

16,67

2920
0

20800

2,5

Tải trọng động quy ước theo (11.3) [1]:
Q ( XVFr  YFa )kt kđ
Trong đó:


Fa : Lực dọc trục ngồi;
2|Thiết kế Hệ thống dẫn động băng tải




Fr : Lực hướng tâm;
i 1;

iFa
0,02
C0
);



e 0, 2 : Hệ số tra theo bảng 11.4 (số dãy



V 1 : hệ số tính đến vịng nào quay (vịng trong quay);



kđ 1,3 : hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng đến tuổi thọ ổ (Chọn

theo bảng 11.3);


kt 1 : hệ số xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ đến tuổi thọ ổ.



Hệ số X, Y theo bảng 11.4 [1], ta được:

FaB
0, 2144  e 0, 2 
VFrB

 X B 0,56

YB 2,17

Tải trọng động quy ước:

QB ( X BVFrB  YB Fa )kt kđ (0,56.1.1910,36  2,17.409,51).1.1,3 2545,99( N )
2

Q

i

Q tđ m

m

.Li
QB

i 1

2

L

i

m

 Ti 


 Tmax 

m

Li
40
20
2545,99. 3 13.  0, 73.
2344, 62  N 
60
60
 Li

i 1

Với m 3 (đối với ổ bi) - Bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn.
Tuổi thọ làm việc tính bằng triệu vịng quay:

L

60.Lh .n1 60.14400.1740

1503,36
106
106
(triệu vịng)

Khả năng tải động tính toán:

Cd Qtd m L 2344,62. 3 1503,36 26859, 2527 ( N )
Với m 3 (đối với ổ bi) - Bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn.
Xét thấy:

Cd   C  29200 N

Từ đó, chọn ổ bi đỡ một dãy – cỡ nặng với ký hiệu 405 ứng với d = 25 mm là hợp lí.
6.2.2 Kiểm nghiệm theo khả năng tải tĩnh
Theo công thức (11.18) [1], khả năng tải tĩnh của ổ được kiểm nghiệm theo điều kiện:
Qt C0
Trong đó:
3|Thiết kế Hệ thống dẫn động băng tải




C0 - khả năng tải tĩnh của ổ, dựa theo ổ 405 được chọn, C0 20800 N ;



Qt - giá trị lớn nhất trong hai giá trị Qt1 và Qt 2 , cụ thể:
Qt1  X 0 Fr  Y0 Fa 1350,98( N )
 Với các hệ số: X 0 0,6; Y0 0,5 , chọn từ bảng 11.6 [1].
Qt 2 FrB 1910,36 ( N )

Chọn Qt Qt 2 1910,36( N )
Do Qt 1910,36( N )  C0 20800( N ), ta dễ dàng nhận thấy được khả năng tải tĩnh của
ổ đã được đảm bảo.

6.3 Tính tốn ổ lăn trên trục II – Tương tự trên trục I
6.3.1 Tính tốn và chọn ổ lăn
Số vòng quay: n2 268,52 (vg / ph)
Đường kính trục: d A d D 40(mm)
Tải trọng tác dụng lên các ổ:
- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A:
2
2
FrA  RAx
 RAy
3376,27 ( N )

- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ D:
2
2
FrD  RDx
 RDy
4949,81( N )

- Lực dọc trục:

FaA Fa3  Fa2 870,39  409,51 460,88( N )
Vì tải trọng dọc trục Fa tương đối lớn:
Ta thấy

FrD  FrA xét tỷ số:
FaA
0,0931 0,3
FrD

Dựa vào bảng 6.1 của tài liệu này, ta chọn ổ bi đỡ một dãy.
Dựa vào bảng P2.7 [1], ta chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ nặng (theo GOST 8338-75).

4|Thiết kế Hệ thống dẫn động băng tải


Hình 6.2. Thơng số kích thước ổ bi đỡ một dãy (theo gost 8338-75).
Bảng 6.3. Thông số ổ bi đỡ một dãy, cỡ nặng, trục II.
Ký hiệu
ổ
408

d (mm) D (mm) B (mm) r (mm)
40

110

27

Đường kính bi

(mm)

C (N)

Co (N)

22,23

5030
0

37000

3,0

Tải trọng động quy ước theo (11.3) [1]:
Q ( XVFr  YFa )kt kđ
Trong đó:


Fa : Lực dọc trục ngồi;



Fr : Lực hướng tâm;
i 1;

iFa
0,0125
C0

);



e 0,1868 : Hệ số tra theo bảng 11.4 (số dãy



V 1 : hệ số tính đến vịng nào quay (vòng trong quay);



kđ 1,3 : hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng đến tuổi thọ ổ (Chọn

theo bảng 11.3);


kt 1 : hệ số xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ đến tuổi thọ ổ.



Hệ số X, Y theo bảng 11.4 [1], ta được:

FaA
0,0931  e 0,1868 
VFrD

 X D 1

YD 0

Tải trọng động quy ước:

QD ( X DVFrD  YD Fa )kt kđ (1.1.4949,81  0.460,88).1.1,3 6434,75( N )

5|Thiết kế Hệ thống dẫn động băng tải


2

Q

m

i

Qtđ m

.Li

i 1

2

L

i

 T 
QD m  i 

 Tmax 

m

Li
40
20
6434, 75. 3 13.  0, 7 3.
5925,83  N 
60
60
 Li

i 1

Với m 3 (đối với ổ bi) - Bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn.
Tuổi thọ làm việc tính bằng triệu vịng quay:
L

60.Lh .n2 60.14400.268,52

232
106
106
(triệu vịng)

Khả năng tải động tính tốn:

Cd Qtd m L 5925,83. 3 232 36412,03( N )
Với m 3 (đối với ổ bi) - Bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn.

Xét thấy:

Cd   C  50300 N

Từ đó, chọn ổ bi đỡ một dãy, cỡ nặng với ký hiệu 408 ứng với d = 40 mm là hợp lí.
6.2.2 Kiểm nghiệm theo khả năng tải tĩnh
Điều kiện: Qt C0 theo cơng thức (11.18) [1]:
Trong đó:


C0 - khả năng tải tĩnh của ổ, dựa theo ổ 408 được chọn, C0 37000 N ;



Qt - giá trị lớn nhất trong hai giá trị Qt1 và Qt 2 , cụ thể:
Qt1  X 0 Fr  Y0 Fa 3200,32( N )
 Với các hệ số: X 0 0,6; Y0 0,5 , chọn từ bảng 11.6 [1].
Qt 2 FrD 4949,81( N )

Chọn Qt Qt 2 4949,81( N )
Do Qt 4949,81( N )  C0 37000( N ), ta dễ dàng nhận thấy được khả năng tải tĩnh của
ổ đã được đảm bảo.

6.4 Tính tốn ổ lăn trên trục III – Tương tự trên trục I
6.4.1 Tính tốn và chọn ổ lăn
Số vịng quay: n3 79, 21(vg / ph)
Đường kính trục: d A dC 60( mm)
Tải trọng tác dụng lên các ổ:
6|Thiết kế Hệ thống dẫn động băng tải

- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ A:
2
2
FrA  RAx
 RAy
5177,76( N )

- Tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ C:
2
2
FrC  RCx
 RCy
6897,84( N )

- Lực dọc trục:
FaC Fa 4 870,39( N )

Vì tải trọng dọc trục Fa tương đối lớn:
A
C
Ta thấy FR  FR xét tỷ số:

FaC
0,1262  0,3
FrC
Dựa vào bảng 6.1 của tài liệu này, ta chọn ổ bi đỡ một dãy.
Dựa vào bảng P2.7 [1], ta chọn ổ bi đỡ một dãy cỡ nhẹ (theo GOST 8338-75).

Hình 6.3. Thơng số kích thước ổ bi đỡ một dãy (theo gost 8338-75).

Bảng 6.4. Thông số ổ bi đỡ một dãy, cỡ nhẹ, trục III.
Ký hiệu
ổ
212

d (mm) D (mm) B (mm) r (mm)
60

110

22

Đường kính bi
(mm)

C (N)

Co (N)

15,88

4110
0

31500

2,5

Tải trọng động quy ước theo (11.3) [1]:
Q ( XVFr  YFa )kt kđ

Trong đó:


Fa : Lực dọc trục ngồi;
7|Thiết kế Hệ thống dẫn động băng tải




Fr : Lực hướng tâm;
i 1;

iFa
0,0276
C0
);



e 0, 22 : Hệ số tra theo bảng 11.4 (số dãy



V 1 : hệ số tính đến vịng nào quay (vịng trong quay);



kđ 1,3 : hệ số xét đến ảnh hưởng đặc tính tải trọng đến tuổi thọ ổ (Chọn

theo bảng 11.3);



kt 1 : hệ số xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ đến tuổi thọ ổ.



Hệ số X, Y theo bảng 11.4 [1], ta được:

FaC
0,1243  e 0, 22 
VFrC

 X C 1

YC 0

Tải trọng động quy ước:

QC ( X CVFrC  YC Fa )kt kđ (1.1.6897,84  0.870,39).1.1,3 8967,19( N )
2

Q

i

Qtđ m

m

.Li

QC

i 1

2

L

i

m

 Ti 


 Tmax 

m

Li
40
20
8967,19. 3 13.  0, 73.
8257,97  N 
60
60
 Li

i 1

Với m 3 (đối với ổ bi) - Bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn.
Tuổi thọ làm việc tính bằng triệu vịng quay:
L

60.Lh .n3 60.14400.79, 21

68, 44
106
106
(triệu vịng)

Khả năng tải động tính tốn:

Cd Qtd m L 8257,97. 3 68, 44 33778,16( N )
Với m 3 (đối với ổ bi) - Bậc của đường cong mỏi khi thử về ổ lăn.
Xét thấy:

Cd   C  41100 N

Từ đó, chọn ổ bi đỡ một dãy, cỡ nhẹ với ký hiệu 212 ứng với d = 60 mm là hợp lí.
6.2.2 Kiểm nghiệm theo khả năng tải tĩnh
Điều kiện: Qt C0 theo công thức (11.18) [1]:
Trong đó:


C0 - khả năng tải tĩnh của ổ, dựa theo ổ 212 được chọn, C0 31500 N ;
8|Thiết kế Hệ thống dẫn động băng tải




Qt - giá trị lớn nhất trong hai giá trị Qt1 và Qt 2 , cụ thể:
Qt1  X 0 Fr  Y0 Fa 4573,90( N )
 Với các hệ số: X 0 0,6; Y0 0,5 , chọn từ bảng 11.6 [1].
Qt 2 FrC 6897,84( N )

Chọn Qt Qt 2 6897,84( N )
Do Qt 6897,84( N )  C0 31500( N ), ta dễ dàng nhận thấy được khả năng tải tĩnh của
ổ đã được đảm bảo.

9|Thiết kế Hệ thống dẫn động băng tải