Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm sử dụng thiết bị đo nhiệt để phân tích tình trạng làm việc của ổ lăn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

---------------------------------------

TỐNG HẢI YẾN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM SỬ
DỤNG THIẾT BỊ ĐO NHIỆT ĐỂ PHÂN TÍCH TÌNH
TRẠNG LÀM VIỆC CỦA Ổ LĂN

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí

Thái Nguyên - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan các kết quả trình bày trong luận văn này là của bản thân
thực hiện, chƣa đƣợc sử dụng cho bất kỳ một khóa luận tốt nghiệp nào khác.
Theo hiểu biết cá nhân, chƣa có tài liệu khoa học nào tƣơng tự đƣợc công bố, trừ
những thông tin tham khảo đƣợc trích dẫn.

Tháng 04 năm 2014
Tống Hải Yến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Lời cảm ơn

Trƣớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn
khoa học của tôi, thầy giáo PGS.TS. Hoàng Vị, ngƣời đã tận tình chỉ bảo, động
viên và giúp đỡ cho tôi rất nhiều trong suốt thời gian làm luận văn tốt nghiệp.
Đồng thời tôi cũng xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu trƣờng Đại học
Kỹ thuật Công nghiệp, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí cũng nhƣ Ban chủ nhiệm
Khoa Đào tạo sau đại học trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp – Đại học Thái
nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình học tập, nghiên
cứu và thực hiện bản luận văn này.
Cuối cùng, tôi xin cảm ơn gia đình, ngƣời thân và đồng nghiệp đã động
viên giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Xin trân trọng cảm ơn!

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Mục lục
Lời cam đoan ....................................................................................................... 2
Lời cảm ơn........................................................................................................... 3
Danh mục các bảng, biểu .................................................................................... 8
MỞ ĐẦU ............................................................................................................. 9
1. Giới thiệu ......................................................................................................... 9
2. Mục tiêu của nghiên cứu ...............................................................................10
3. Kết quả dự kiến .............................................................................................10
4. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận ...............................................................10
5. Nội dung luận văn .........................................................................................11
CHƢƠNG 1: Ổ LĂN VÀ ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA Ổ

LĂN ...................................................................................................................12
1.1. Ổ lăn thƣờng dùng .................................................................................... 12
1.1.1. Giới thiệu chung ................................................................................. 12
1.1.2. Các thông số vận hành của vòng bi .................................................... 15
1.2. Các tình trạng hỏng và nguyên nhân gây hỏng ổ lăn ............................... 17
1.2.1. Các hoạt động bất thƣờng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục ..... 17
1.2.2. Các dạng hỏng thƣờng gặp của ổ lăn ................................................. 20
1.3. Một số giải pháp đánh giá tình trạng hỏng Ổ ........................................... 25
1.3.1. Theo dõi (giám sát) tình trạng làm việc của ổ lăn dựa trên yếu tố nhiệt
độ .................................................................................................................. 25
1.3.1.1. Khái quát chung............................................................................... 25
1.3.1.2. Phƣơng pháp theo dõi (giám sát) nhiệt độ ...................................... 29
1.3.1.3. Thiết bị giám sát nhiệt độ bằng phƣơng pháp không tiếp xúc ........ 30
1.3.2. Theo dõi và phân tích rung động ........................................................ 32
1.3.3. Theo dõi và phân tích dầu bôi trơn .................................................... 34
1.3.4. Kỹ thuật NDT ..................................................................................... 34
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

1.3.5. Kỹ thuật siêu âm ................................................................................. 35
1.4. Kết luận chƣơng ........................................................................................ 38
2.1. Mô hình thí nghiệm thu nhận tín hiệu nhiệt ............................................. 40
2.1.1. Sơ đồ chung của mô hình thí nghiệm .................................................... 40
2.1.2. Thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc AZ8857 ........................................ 42
2.1.3. Thiết kế, chế tạo các chi tiết của mô hình thí nghiệm ........................... 43
2.2. Lắp ghép các chi tiết để tạo thành mô hình hoàn chỉnh ........................... 44
2.3. Kết luận chƣơng ........................................................................................ 48
CHƢƠNG 3: THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ....49
3.1. Thiết lập thí nghiệm .................................................................................. 49

3.1.1. Các trang thiết bị thí nghiệm .............................................................. 49
3.1.2. Lắp đặt các thiết bị thí nghiệm ........................................................... 49
3.1.3. Trình tự thực hiện thí nghiệm............................................................. 50
3.1.3.1. Trình tự thực hiện thí nghiệm với mô hình đã thiết kế ................... 50
3.1.3.2. Trình tự thí nghiệm với mô hình máy đo ma sát - mòn .................. 52
3.2. Kết quả thí nghiệm .................................................................................... 55
3.2.1. Kết quả thí nghiệm với mô hình thiết kế ............................................ 55
3.2.2. Kết quả thí nghiệm với mô hình máy đo ma sát - mòn ...................... 58
3.3. Kết luận chƣơng ........................................................................................ 64
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN ................................................................................66
4.1 Các kết quả đã đạt đƣợc ............................................................................. 66
4.2 Đề xuất các hƣớng nghiên cứu .................................................................. 67
Tài liệu tham khảo .............................................................................................68

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Danh mục các hình ảnh
Hình 1. 1: Cấu tạo ổ lăn ................................................................................... 12
Hình 1. 2: Các loại ổ bi .................................................................................... 14
Hình 1. 3: Các loại ổ đũa.................................................................................. 14
Hình 1. 4: Rỗ và tróc ở ổ lăn ............................................................................ 20
Hình 1. 5: Một số hình ảnh rỗ vòng bi.............................................................. 21
Hình 1. 6: Một số hình ảnh mòn ổ bi ................................................................ 23
Hình 1. 7: Một số hình ảnh nứt gẫy vòng bi ..................................................... 24
Hình 1. 8: Hình ảnh bề mặt vòng bi bị biến dạng dư ....................................... 24
Hình 1. 9: Gỉ sét bám trên vòng bi ................................................................... 25
Hình 1. 10: Hình ảnh nhiệt và đồ thị nhiệt độ của B6204 ................................ 27
Hình 1. 11: Ghi nhiệt độ hồng ngoại hình ảnh của ổ bi trong chuẩn đoán lỗi 27

Hình 1. 12: Giám sát tình trạng làm việc của một số thiết bị thông qua hình ảnh
nhiệt hồng ngoại ............................................................................................... 29
Hình 1. 13: Một số loại nhiệt kế hồng ngoại. ................................................... 31
Hình 1. 14: Đo và phân tích rung động bằng phương pháp phân tích phổ FFT34
Hình 1. 15: Mô hình lấy mẫu để giám sát tình trạng dầu bôi trơn .................. 34
Hình 1. 16: Dùng kỹ thuật siêu âm để giám sát tình trạng hoạt động của thiết bị
........................................................................................................................... 36
Hình 2. 1: Mô hình thí nghiệm để đo nhiệt độ Ổ lăn trong quá trình làm việc 40
Hình 2. 2: Sơ đồ khối mô hình thực nghiệm thu nhận tín hiệu nhiệt ................ 40
Hình 2. 3: Mô hình của máy đo ma sát - mòn. ................................................. 41
Hình 2. 4: Mô hình bộ phận có lắp ổ bi côn 30304 .......................................... 41
Hình 2. 5: Thiết bị đo nhiệt độ không tiếp xúc bằng tia hồng ngoại AZ 8857 . 42
Hình 2. 6: Bản vẽ chi tiết trục ........................................................................... 43
Hình 2. 7: Hình ảnh ổ bi 6203 .......................................................................... 44
Hình 2. 8: Bản vẽ lắp mô hình thí nghiệm ........................................................ 45
Hình 2. 9: Mô hình thí nghiệm sau khi lắp ráp hoàn chỉnh ............................. 46
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Hình 2. 10: Mô hình cấu tạo của máy đo ma sát – mòn. .................................. 46
Hình 2. 11: Mô hình máy đo ma sát - mòn sau khi lắp ráp hoàn chỉnh ........... 47
Hình 2. 12: Hình ảnh ổ bi côn 30304 ............................................................... 47
Hình 3. 1: Mô hình hoàn chỉnh được đặt vào vị trí chuẩn bị thí nghiệm ......... 50
Hình 3. 2: Thiết bị đo nhiệt độ AZ 8857 được điều chỉnh đưa về thang đo oC.50
Hình 3. 3: Hình ảnh các mẫu thí nghiệm ổ bi 6203 ......................................... 50
Hình 3. 4: Đo nhiệt độ ổ bi 6203 mới ............................................................... 51
Hình 3. 5: Đo nhiệt độ của ổ bi 6203 cũ........................................................... 52
Hình 3. 6: Đo nhiệt độ của ổ bi 6203 hỏng ...................................................... 52
Hình 3. 7: Đo nhiệt độ của ổ bi côn với tải trọng m= 20kg ............................. 53

Hình 3. 8: Các hình ảnh đo khe hở và độ đảo của ổ bi côn ............................. 54
Hình 3. 9: Đo nhiệt độ của ổ bi côn với m = 20kg khi đã điều chỉnh khe hở ổ bi
........................................................................................................................... 55
Hình 3. 10: Đồ thị mô tả nhiệt độ của ổ bi khi tải trọng tương ứng m = 5kg .. 56
Hình 3. 11: Đồ thị mô tả nhiệt độ của ổ bi khi tải trọng tương ứng m = 10kg 57
Hình 3. 12: Đồ thị mô tả nhiệt độ của ổ bi khi tải trọng tương ứng m = 15kg 58
Hình 3. 13: Đồ thị mô tả nhiệt độ của ổ bi côn khi tải trọng m = 10kg ........... 59
Hình 3. 14: Đồ thị mô tả nhiệt độ của ổ bi côn khi tải trọng m = 20kg ........... 60
Hình 3. 15: Đồ thị mô tả nhiệt độ của ổ bi côn khi chạy với chế độ không tải 61
Hình 3. 16: Đồ thị mô tả nhiệt độ của ổ bi côn khi chạy với tải trọng m = 10kg
........................................................................................................................... 62
Hình 3. 17: Đồ thị mô tả nhiệt độ của ổ bi côn khi chạy với tải trọng m = 20kg
........................................................................................................................... 63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Danh mục các bảng, biểu
Bảng 1. 1: Nguyên nhân và biện pháp khắc phục các hoạt động bất thường của
ổ lăn ...................................................................................................................18
Bảng 1. 2: Tần suất hư hỏng các chi tiết của ổ lăn ..........................................24
Bảng 2. 1: Các thông số kỹ thuật của thiết bị đo nhiệt độ AZ 8857 .................42
Bảng 3. 1: Kết quả đo khe hở và độ đảo của ô bi côn với các tải trọng: Không
tải, có tải ( m = 10kg, m = 20kg) ......................................................................54
Bảng 3. 2: Kết quả đo nhiệt độ của ổ bi với tải trọng m = 5kg ........................55
Bảng 3. 3: Kết quả đo nhiệt độ của ổ bi với tải trọng tương ứng là m = 10kg 56
Bảng 3. 4: Kết quả đo nhiệt độ của ổ bi với tải trọng tương ứng là m = 15kg 57
Bảng 3. 5: Kết quả đo nhiệt độ của ổ bi côn với tải trọng m = 10kg ...............58
Bảng 3. 6: Kết quả đo nhiệt độ của ổ bi côn với tải trọng m = 20kg ...............59

Bảng 3. 7: Kết quả đo nhiệt độ của ổ bi côn với chế độ chạy không tải ..........61
Bảng 3. 8: Kết quả đo nhiệt độ của ổ bi côn với tải trọng m = 10kg ...............61
Bảng 3. 9: Kết quả đo nhiệt độ của ổ bi côn với tải trọng m = 20kg ...............62

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu
Ổ lăn là một trong những chi tiết máy đƣợc sử dụng phổ biết nhất trong
các truyền động. Độ tin cậy và độ chính xác của ổ lăn có ý nghĩa quan trọng với
hoạt động tổng thể của các thiết bị, máy móc. Việc phát hiện lỗi và chẩn đoán
tình trạng của ổ lăn trong giai đoạn đầu là cần thiết để tránh những hỏng hóc bất
chợt trong quá trình làm việc.
Trƣớc đây, hầu hết các nghiên cứu về ổ chỉ tập trung vào tăng khả năng
tải, tăng độ bền, nâng cao chất lƣợng làm việc bằng độ chính xác của ổ. Gần
đây, các nghiên cứu đã tập trung vào hƣớng nghiên cứu các nguyên nhân gây sai
hỏng ổ bi và cách khắc phục [1-3]. William H. Detweiler đã đƣa ra nguyên nhân
phổ biến và cách khắc phục cho ổ bi quá nhiệt [4].
Thông thƣờng, dự báo tình trạng làm việc của ổ thông qua các nhà sản
xuất nhƣng trên thực tế thì không đƣợc nhƣ vậy. Nếu ổ hỏng bất chợt sẽ ảnh
hƣởng rất lớn đến quá trình làm việc của hệ thống thiết bị, máy móc. Cho nên,
việc dự báo trƣớc tình trạng của ổ để có kế hoạch khắc phục kịp thời sẽ giúp an
toàn cho ngƣời và đảm bảo hệ thống thiết bị hoạt động liên tục.
Khi làm việc ổ thƣờng phát sinh rung, nhiệt, tiếng ồn,.... Các nhà nghiên
cứu cho rằng, cần phải giám sát tình trạng ổ thông qua các yếu tố này.
Cùng với rung động và tiếng ồn, nhiệt phát sinh là một yếu tố ảnh hƣởng
lớn đến chế độ làm việc của ổ cũng nhƣ hệ thống thiết bị, máy móc. Lƣợng nhiệt
phát sinh có thể đƣợc tạo ra bởi ma sát, chế độ bôi trơn làm nguội không đúng,

tải bất thƣờng,... phản ánh rất rõ tình trạng làm việc của ổ. Cho nên, cần phải
đánh giá tình trạng làm việc của ổ thông qua thông số nhiệt. Giải quyết đƣợc vấn
đề này sẽ khai thác tối đa công suất và thời gian sử dụng ổ; chủ động trong việc
kéo dài tuổi thọ ổ trục; đảm bảo hiệu suất vận hành tối đa của các thiết bị, máy
móc; giảm thiểu các sự cố đột xuất gây thiệt hại không nhỏ về chi phí bảo trì,
vận hành cũng nhƣ sút giảm năng suất sản xuất của hệ thống thiết bị.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Hiện nay, việc sử dụng thiết bị đo nhiệt để giám sát, phân tích, đánh giá
tình trạng làm việc của thiết bị đã đƣợc nhiều nhà khoa học các nƣớc quan tâm
nghiên cứu và ứng dụng nhƣ: Việc sử dụng nhiệt kế hồng ngoại để phát hiện lỗi
của ổ bi trong điều kiện tải động [5]; dùng nhiệt kế hồng ngoại để kiểm tra, giám
sát tình trạng của ổ bi trong giai đoạn tải trọng động [6]; phân tích các hiệu ứng
nhiệt (nhiệt độ) và ma sát của vòng bi [7] nhƣng ở Việt Nam có rất ít các công
trình nghiên cứu về lĩnh vực này đƣợc công bố.
Xuất phát từ những đặc điểm và tình hình trên, tác giả chọn đề tài:
"Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm sử dụng thiết bị đo nhiệt để phân
tích tình trạng làm việc của ổ lăn".
2. Mục tiêu của nghiên cứu
Dự kiến mục tiêu chung của đề tài: Dự báo đƣợc các sai hỏng của ổ lăn để
đảm bảo hiệu suất vận hành tối đa của các thiết bị, giảm các sự cố ngƣng máy
bất chợt. Việc này đƣợc thực hiện bằng cách giám sát, phân tích tình trạng làm
việc của ổ lăn với thông số chính là nhiệt.
Mục tiêu cụ thể là:
1. Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm khảo sát đánh giá tình trạng làm
việc của ổ lăn thông qua thông số nhiệt.
2. Tiến hành thí nghiệm để phân tích, đánh giá thông số nhiệt của ổ lăn,
chẩn đoán các nguyên nhân gây ra sai hỏng ổ lăn nhằm đƣa ra lời khuyên hợp

lý.
3. Kết quả dự kiến
- Mô hình thí nghiệm sử dụng thiết bị đo nhiệt để đánh giá tình trạng làm
việc của ổ lăn.
- Dữ liệu xác định tình trạng làm việc của ổ lăn thông qua thông số nhiệt
(thử nghiệm).
4. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận
- Phƣơng pháp nghiên cứu:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

+ Nghiên cứu thực nghiệm.
+ Nghiên cứu cơ sở.
- Phƣơng pháp luận: Mô hình hóa và hình thành mô hình thử nghiệm.

5. Nội dung luận văn
Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục, nội dung chính gồm các
chƣơng sau:
Chƣơng 1: Ổ lăn và đánh giá tình trạng làm việc của ổ lăn
Chƣơng này tác giả trình bày tổng quan về ổ lăn, các dạng sai hỏng và
biện pháp khắc phục của ổ lăn, một số giải pháp đánh giá tình trạng hỏng của ổ
lăn và định hƣớng nghiên cứu của đề tài.
Chƣơng 2: Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm
Xây dựng đƣợc mô hình thí nghiệm và chuẩn bị các thiết bị thí nghiệm.
Chƣơng 3: Thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm
Tiến hành thí nghiệm đo nhiệt độ ổ bi với các mẫu đã chọn ta thu đƣợc
kết quả dƣới dạng bảng biểu, xử lý và phân tích kết quả đạt đƣợc.
Chƣơng 4: Kết luận
Chƣơng này tác giả kết luận chung về kết quả của luận văn và đề xuất các

hƣớng nghiên cứu.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

CHƢƠNG 1: Ổ LĂN VÀ ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC
CỦA Ổ LĂN

1.1. Ổ lăn thƣờng dùng
1.1.1. Giới thiệu chung
Ổ lăn là một dạng của ổ đỡ trục, đây là cơ cấu cơ khí giúp giảm thiểu lực
ma sát bằng cách chuyển ma sát trƣợt của 2 bộ phận tiếp xúc nhau khi chuyển
động thành ma sát lăn giữa các con lăn hoặc viên bi đƣợc đặt cố định trong một
khung hình khuyên.
Cấu tạo ổ lăn bao gồm: Vòng trong, vòng ngoài, vòng cách và con lăn.
Vòng trong và vòng ngoài thƣờng có rãnh để dẫn hƣớng cho con lăn và để giảm
ứng suất. Vòng trong lắp với ngõng trục, vòng ngoài lắp với gối trục (vỏ máy,
thân máy). Thƣờng vòng trong quay cùng với trục, còn vòng ngoài thì đứng yên,
nhƣng cũng có khi vòng ngoài quay cùng với gối trục còn vòng trong đứng yên
cùng với trục

Hình 1. 1: Cấu tạo ổ lăn

Ổ lăn ở một số thiết bị khác còn đƣợc gọi là vòng bi hay ổ bi. Dựa vào
khả năng chịu lực hƣớng tâm hay hƣớng trục hoặc cả hai, mà ổ bi chia ra gồm:
Ổ bi đỡ một dãy; ổ bi đỡ chặn; ổ bi chặn đỡ; ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy; ổ đũa đỡ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

trụ ngắn; ổ đũa côn; ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy,... một số loại ổ lăn điển hình
đƣợc thể hiện trên Hình 1.2 và Hình 1.3.
* Ƣu nhƣợc điểm của ổ lăn
So sánh với ổ trƣợt, ổ lăn có các ƣu điểm sau:
- Hệ số ma sát nhỏ (vào khoảng 0,0012 - 0.0035 đối với ổ bi và 0.002 0.006 đối với ổ đũa), mômen cản sinh ra khi mở máy cũng ít hơn so với ổ
trƣợt; do đó dùng ổ lăn hiệu suất của máy tăng lên và nhiệt sinh ra tƣơng
đối ít. Ngoài ra hệ số ma sát tƣơng đối ổn định (ít chịu ảnh hƣởng 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 thƣớc chiều rộng ổ lăn nhỏ hơn chiều rộng ổ trƣợt có cùng đƣờng
kính ngõng trục.
- Mức độ tiêu chuẩn hoá và tính lắp lẫn cao, do đó thay thế thuận tiện, giá
thành chế tạo tƣơng đối thấp khi sản xuất loạt lớn.
- Tuy nhiên, ổ lăn có một số nhƣợc điểm sau:
- Kích thƣớc hƣớng kính lớn
- Lắp ghép tƣơng 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 tƣơng đối cao nếu sản xuất với số lƣợng ít.
Ổ lăn đƣợc dùng rất phổ biến trong nhiều loại máy: máy cắt kim loại,
máy điện, ô tô, máy bay, máy kéo, máy nông nghiệp, cần trục, máy xây dựng,
máy mỏ, trong các hộp giảm tốc, trong các cơ cấu,

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

* Các loại ổ lăn thƣờng dùng:
- Ổ bi đỡ một dãy (Hình 1.2a): Chủ yếu là để chịu lực hƣớng tâm, nhƣng
cũng có thể chịu lực dọc trục bằng 70% lực hƣớng tâm không dùng đến
(lực hƣớng tâm không dùng đến là hiệu giữa lực hƣớng tâm cho phép với
lực hƣớng tâm thực tế). Ổ bi đỡ một dãy có thể làm việc bình thƣờng khi
trục nghiêng một góc nghiêng nhỏ, không quá 15’ ÷ 20’.

Hình 1. 2: Các loại ổ bi

Hình 1. 3: Các loại ổ đũa

- Ổ bi đỡ lòng cầu hai dãy (Hình 1.2b): Chủ yếu chịu tải trọng hƣớng tâm,
nhƣng cũng có thể chịu thêm tải trọng dọc trục bằng 20% khả năng chịu
lực hƣớng tâm không dùng đến. Ổ có thể làm việc bình thƣờng khi trục
nghiêng một góc nghiêng tới 2 ÷ 30.
- Ổ đũa trụ ngắn đỡ một dãy (Hình 1.3a): Chủ yếu để chịu lực hƣớng tâm.
So với ổ bi đỡ một dãy cùng kích thƣớc loại ổ này có khả năng chịu lực
hƣớng tâm lớn hon khoảng 70%, đồng thời chịu va đập tốt hơn. Tuy nhiên
một số kiểu ổ đũa trụ ngắn đỡ không chịu đƣợc lực dọc trục (Hình 1.3a)
và cũng không cho phép nghiêng trục.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

- Ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy (Hình 1.3b): Chủ yếu để chịu lực hƣớng tâm,
khả năng chịu lực hƣớng tâm của loại này gấp hai lần so với ổ bi đỡ lòng
cầu hai dãy cùng kích thƣớc và có thể chịu đƣợc lực dọc trục bằng 20%
lực hƣớng tâm không dùng tới.
- Ổ kim (Hình 1.3c): Là ổ mà con lăn là những đũa trụ nhỏ dài – gọi là kim.
Số kim nhiều dấp mấy lần so với số đũa trong các ổ đũa thông thƣờng. Ổ

kim hay dùng ở những chỗ cần hạn chế kích thƣớc hƣớng kinh.
- Ổ đũa trụ xoắn đỡ (Hình 1.3e): Là ổ mà con lăn là hình trụ rỗng, bằng
băng thép mỏng cuốn lại (gọi là đũa trụ xoắn), ổ này không chịu đƣợc lực
dọc trục. Nhờ đũa trụ xoắn có tính đàn hồi cao nên ổ chịu tải trọng va đập
tốt, có thể làm việc bình thƣờng khi trục nghiêng tới 30’.
- Ổ bi đỡ chặn một dãy (Hình 1.2c): Chịu đƣợc cả lực hƣớng tâm và lực
dọc trục. Khả năng chịu lực hƣớng tâm của ổ này lớn hơn ổ bi đỡ một dãy
khoảng 30 ÷ 40%. Khả năng chịu lực dọc trục phụ thuộc vào góc tiếp xúc
giữa bi với vòng ngoài – góc tiếp xúc càng lớn thì khả năng chịu lực càng
lớn.
- Ổ đũa côn đỡ chặn (Hình 1.3d): Có thể chịu cả lực hƣớng tâm lẫn lực dọc
trục lớn. Ổ đũa côn đỡ chăn có thể chịu đƣợc lực hƣớng tâm bằng 170%
so với ổ bi đỡ một dãy cùng kích thƣớc. Loại này đƣợc dùng nhiều trong
chế tạo máy vì tháo lắp đơn giản, điều chỉnh khe hở và bù lƣợng mòn
thuận tiện.
1.1.2. Các thông số vận hành của vòng bi
Theo [1] các thông số vận hành chính của vòng bi là: Tiếng ồn, nhiệt độ,
rung động và tình trạng chất bôi trơn.
- Tiếng ồn của vòng bi: Trong suốt quá trình vận hành, sử dụng thiết bị theo
dõi âm thanh để đo âm lƣợng và đặc tính của tiếng ồn khi vòng bi quay.
Có thể phân biệt các hƣ hỏng của vòng bi nhƣ sự tróc vảy nhƣ dựa trên
đặc tính bất thƣờng của tiếng ồn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

- Nhiệt độ vòng bi: Nhiệt độ vòng bi có thể dự tính đƣợc từ nhiệt độ đo
đƣợc từ bên ngoài vỏ của gối đỡ và có thể đo trực tiếp từ vòng ngoài của
vòng bi bằng một đầu đo đi xuyên qua một lỗ dầu trên vỏ gối. Thông
thƣờng nhiệt độ vòng bi tăng lên từ từ sau khi khởi động máy đến khi

chạy ổn định sau khoảng 2 - 3 tiếng đồng hồ. Nhiệt độ vòng bi khi chạy
ổn định phụ thuộc vào tải, tốc độ quay và đặc tính truyền nhiệt của máy.
Sự bôi trơn không đủ hay lắp ráp không đúng có thể gây ra nhiệt độ ổ bi
tăng nhanh chóng. Những trƣờng hợp nhƣ vậy cần tạm thời ngừng máy và
có biện pháp khắc phục.
- Rung động ở vòng bi: Những bất thƣờng của vòng bi có thể đƣợc phân
tích bằng cách đo rung động của một máy đang chạy. Một thiết bị phân
tích biểu đồ tần số dạng phổ đƣợc sử dụng để đo độ lớn của rung động và
sự phân bố của các tần số. Các kết quả kiểm tra có thể xác định đƣợc
nguyên nhân của các bất thƣờng của vòng bi. Các dữ liệu đo đƣợc thay
đổi theo điều kiện vận hành của vòng bi và vị trí đo rung động. Vì vậy cần
xác định các tiêu chuẩn đánh giá cho mỗi máy đƣợc đo. Việc theo dõi
những bất thƣờng về rung động từ vòng bi trong suốt thời gian vận hành
là rất hữu ích trong việc bảo trì.
- Ảnh hƣởng của sự bôi trơn: Mục đích chính của sự bôi trơn là giảm ma
sát và giảm sự mài mòn bên trong vòng bi tránh hƣ hỏng sớm vòng bị.
Chất bôi trơn giúp ngăn ngừa sự tiếp xúc trực tiếp của các chi tiết kim loại
nhƣ bi, vòng trong, vòng ngoài và vòng cách; Giảm sự sinh nhiệt do ma
sát và tác dụng làm mát, làm kín và ngăn ngừa han gỉ, kéo dài tuổi thọ của
vòng bi.
- Lựa chọn chất bôi trơn: Có hai phƣơng pháp chính để bôi trơn vòng bi là
bôi trơn bằng mỡ và bôi trơn bằng dầu. Tùy vào điều kiện và mục đích sử
dụng lựa chọn phƣơng pháp bôi trơn hợp lí để đạt đƣợc sự vận hành tốt
nhất của vòng bi.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

1.2. Các tình trạng hỏng và nguyên nhân gây hỏng ổ lăn
Khi ổ lăn đƣợc sử dụng trong điều kiện lý tƣởng, các dạng hỏng ổ phát

sinh là các dạng hỏng do mỏi. Thông thƣờng tuổi thọ của ổ lăn đƣợc thể hiện
qua thời gian làm việc hoặc tổng số vòng quay trƣớc khi hiện tƣợng mỏi xảy ra
ở vòng trong, vòng ngoài, trên con lăn, hiện tƣợng hỏng do mỏi phát sinh do ứng
suất thay đổi theo chu kỳ.
Thỉnh thoảng, Ổ lăn xuất hiện các vết nứt sớm hơn bình thƣờng, nguyên
nhân dạng hỏng này bao gồm:
- Sử dụng ổ không đúng.
- Lắp đặt ổ sai hoặc quá trình thực hiện sai.
- Chất bôi trơn bị hỏng, phƣơng pháp bôi trơn không đúng hoặc không che
kín.
- Tốc độ và nhiệt độ làm việc không đúng.
- Chất bôi trơn bị bẩn phát sinh trong quá trình lắp đặt.
- Sử dụng tải quá nặng (quá tải).
Khi hiện tƣợng hỏng ổ bắt đầu xuất hiện, giai đoạn này rất quan trọng để
tập trung nghiên cứu xác định nguyên nhân gây ra hỏng ổ. Vào thời điểm này
không chỉ ổ lăn mà cả trục, nắp ổ và chất bôi trơn đã đƣợc sử dụng cũng cần tập
trung nghiên cứu song song với quá trình nghiên cứu ổ lăn.
1.2.1. Các hoạt động bất thƣờng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục
Nguyên nhân và biện pháp khắc phục các hoạt động bất thƣờng của ổ lăn
[1, 3, 4] đƣợc thể hiện trong bảng 1.1 dƣới đây:

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Bảng 1. 1: Nguyên nhân và biện pháp khắc phục các hoạt động bất thường của ổ lăn
Hoạt động bất
thƣờng

Biện pháp khắc phục

Nguyên nhân
1. Khe hở trong
quá mức
2. Sự biến dạng
trên vòng bi
3. Do quá tải
4. Lỗi lắp ráp
5. Khuyết tật của
vòng bi

Thay thế ổ mới
Thay thế ổ mới cẩn thận
Điều chỉnh lại gối ổ hợp lý
Điều chỉnh độ đồng tâm trục với lỗ gối và
độ chính xác lắp ráp.
Thay thế ổ mới

6. Dung lƣợng
chất bôi trơn

Dung lƣợng chất bôi trơn chính xác

không đủ
7. Dầu bôi trơn
Nhiệt độ tăng bất
thƣờng

không đúng

Thay đổi dầu bôi trơn thích hợp

8. Phƣơng pháp

Thay đổi phƣơng pháp bôi trơn bằng cách

bôi trơn không

điều chỉnh hoặc thay thế các bộ phận

đúng.

mới.

9. Dầu bôi trơn
- Bôi trơn quá

Giảm lƣợng chất bôi trơn và lựa chọn loại

mức.

mỡ rắn hơn.

- Thiếu chất bôi
trơn.

Bổ sung thêm chất bôi trơn.

- Dầu bôi trơn

Dùng đúng loại dầu bôi trơn và phƣơng

không đúng

pháp bôi trơn hợp lý,

10. Sự tiếp xúc bất
thƣờng với đệm

Làm kín hợp lý, chế độ lắp và phƣơng

kín khuất khúc và

pháp lắp hợp lý.

các bộ phận khác.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

Tải bất thƣờng

Chế độ lắp, khe hở trong, tải đặt trƣớc, vị
trí vai thân gối không hợp lý
Độ chính xác gia công và độ đồng tâm

Tiếng ồn Lắp ráp sai

chƣa hợp lý.

lớn của
kim loại

Bôi trơn không đủ

Bổ sung chất bôi trơn hay lựa chọn chất

hoặc không đúng

bôi trơn khác.

Cọ xát của các chi
tiết quay

Tiếng
ồn lạ

trục với lỗ gối và độ chính xác lắp ráp

Thay đổi thiết kế vòng làm khuất khúc.

Vết nứt, ăn mòn

Thay mới hay làm sạch vòng bi cẩn thận,

hay vết xƣớc trên

cải thiện sự làm kín và sử dụng chất bôi

Tiếng ồn rãnh lăn

trơn sạch.

lớn đều

Thay mới vòng bi cẩn thận

Có vết lõm
Sự tróc vảy trên
rãnh lăn
Khe hở quá mức

Tiếng ồn
lớn
không
đều

Sự thâm nhập
phần tử bên ngoài

Thay mới vòng bi
Thay đổi chế độ lắp, khe hở và tải đặt
trƣớc
Thay mới hay làm sạch vòng bi cẩn thận,
cải thiện sự làm kín và sử dụng chất bôi
trơn sạch.

Có vết nứt hoặc
tạo vảy trên các

Thay mới vòng bi

viên bi

Rung động quá

Có vết lõm

Thay mới vòng bi cẩn thận

Sự tạo vảy

Thay mới vòng bi

Lỗi lắp ráp

mức
Sự thâm nhập
phần tử bên ngoài

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

Đảm bảo sự vuông góc giữa trục và vai lỗ
gối.
Thay mới hay làm sạch vòng bi cẩn thận,
cải thiện sự làm kín và sử dụng chất bôi
trơn sạch.

/>

Quá nhiều chất bôi
Sự rò rỉ hay biến
mầu chất bôi trơn

trơn. Sự thâm nhập
của các phần tử
bên ngoài hay các
hạt mài.

Giảm lƣợng chất bôi trơn và lựa chọn loại
mỡ rắn hơn. Thay vòng bi hay chất bôi
trơn. Vệ sinh buồng gối và các bộ phận
bên trong.

1.2.2. Các dạng hỏng thƣờng gặp của ổ lăn
Trong quá trình làm việc, thông thƣờng trên các bề mặt làm việc của ổ lăn
xuất hiện một số dạng hƣ hỏng chính [4] sau:
* Tróc, rỗ vì mỏi bề mặt làm việc
Hiện tƣợng rỗ và tróc thƣờng gặp phải trên bề mặt làm việc của các chi
tiết nhƣ: Vòng trong, vòng ngoài, viên bi. Nguyên nhân sinh ra của hiện tƣợng
này là do mòn nghiêm trọng, ứng suất tiếp xúc vƣợt quá giới hạn cho phép.
Dạng hỏng này thƣờng tập trung cục bộ ở một số điểm trên bề mặt trƣợt, hậu
quả của chúng là khi các vết tróc và rỗ phát triển trên diện tích lớn sẽ dẫn đến
gây hỏng đột ngột các chi tiết làm việc và làm đình trệ sự hoạt động của toàn bộ
thiết bị nhƣ Hình 1.4. Do đó việc chuẩn đoán và phát hiện sớm dạng hỏng này
đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc đảm bảo hoạt động thiết bị.

Hình 1. 4: Rỗ và tróc ở ổ lăn

Tróc, rỗ xuất hiện sớm trong thời gian làm việc của ổ lăn trong các điều

kiện nhƣ: Trong quá trình làm việc, dung sai trong của ổ lăn trở nên hẹp hơn so
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

với ban đầu; Các vòng ổ lăn bị nghiêng do lắp đặt sai; vết nứt xuất hiện trong
quá trình lắp đặt, gỉ sét xuất hiện trên bề mặt rãnh lăn hoặc trên con lăn; hình
dạng của trục, vòng trong của ổ không chính xác.

a. Rỗ vòng trong Ổ bi chặn rãnh sâu

b. Rỗ vòng trong Ổ bi đũa trụ

c. Rỗ vòng ngoài Ổ bi đũa trụ 2 dãy

d. Rỗ vòng trong Ổ bi đũa côn

e. Rỗ vòng trong Ổ bi cầu tự lựa 2 dãy
Hình 1. 5: Một số hình ảnh rỗ vòng bi

* Mòn vòng ổ và con lăn
Quá trình mòn xuất hiện do ma sát của các bề mặt trƣợt (mặt đầu của các
con lăn với cạnh bên, bề mặt vòng cách với bề mặt con lăn). Nguyên nhân chủ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

yếu ở đây là do bôi trơn không đầy đủ và đúng quy cách, chịu sự tác động của
các nhân tố bên ngoài. Độ mòn tăng lên tỷ lệ với thời gian vận hành. Hậu quả
của dạng hỏng này là tăng khe hở hƣớng kính của ổ và làm tiền đề cho các dạng

hỏng tiếp theo nguy hiểm hơn. Độ mòn có thể giảm bằng cách cải thiện quá
trình bôi trơn và tăng chất lƣợng bề mặt tiếp xúc của các chi tiết trong quá trình
gia công.

a. Mòn giữa con lăn và bề mặt Ổ bi đũa

b. Mòn mặt lăn của vòng ngoài Ổ bi đũa

trụ

trụ 2 dãy

c. Mòn do ma sát với lỗ vòng trong Ổ bi

d. Mòn do ma sát với trục vòng ngoài Ổ

đũa côn

bi chặn rãnh sâu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

e. Mòn do ma sát với tải nhẹ tại mặt lăn vòng trong Ổ bi chặn rãnh sâu
Hình 1. 6: Một số hình ảnh mòn ổ bi

* Nứt và gẫy các chi tiết
Quá trình hình thành các vết nứt trên bề mặt các chi tiết của ổ có nguyên
nhân từ tróc và rỗ bề mặt do ứng suất mỏi sinh ra vƣợt quá giới hạn cho phép.

Các vết nứt hình thành ban đầu thƣờng rất nhỏ (cỡ vài µm) và sau thời gian hoạt
động tƣơng đối ngắn vết nứt này sẽ phát triển rất nhanh và gây nên gẫy hỏng chi
tiết, hình 1.7. Dạng hỏng này là hƣ hỏng cục bộ và cũng đóng vai trò hết sức
quan trọng, nhƣ là một đối tƣợng cần phát hiện của chuẩn đoán.

a. Nứt và vỡ trên Ổ bi cầu tự lựa 2 dãy

b. Nứt vòng ngoài của Ổ bi đũa trụ 2 dãy

c. Nứt trên vòng ngoài ổ bi tiếp xúc 4 điểm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

d. Vỡ gờ vòng ngoài Ổ bi đũa trụ

e. Vỡ gờ thuộc vòng ngoài Ổ bi đũa trụ

Hình 1. 7: Một số hình ảnh nứt gẫy vòng bi

Tần suất hƣ hỏng các chi tiết của ổ lăn đƣợc cho trong bảng 1.2.
Bảng 1. 2: Tần suất hư hỏng các chi tiết của ổ lăn
Dạng hỏng
- Mài mòn
- Tróc rỗ
- Nứt và gẫy

Tần suất (%)
25%

26%
49%

* Biến dạng dư bề mặt làm việc: Do chịu tải trọng va đập hoặc tải trọng tĩnh quá
lớn khi ổ không quay hoặc quay rất chậm (n nhỏ hơn 1 vòng/phút).

a. Biến dạng dư trên vòng ngoài mặt lăn

b. Biến dạng dư trên mặt lăn vòng

của Ổ bi chặn rãnh sâu

trong của ổ bi đũa côn

Hình 1. 8: Hình ảnh bề mặt vòng bi bị biến dạng dư

* Gỉ sét và ăn mòn:
Gỉ sét là một màng oxide, hydroxide, hoặc carbonate sinh ra trên bề mặt
vật liệu bởi hoạt động hóa học. Khi thiết bị dừng lại và nhiệt độ của chúng giảm
tới nhiệt độ ngƣng tụ, độ ẩm ngƣng tụ thành những giọt nƣớc và rơi xuống.
Nƣớc rơi xuống thƣờng kèm theo dầu bôi trơn, kết quả là gỉ sét sinh ra trên bề

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>

mặt ổ lăn. Khi ổ lăn đƣợc đặt vào nơi ẩm trong một thời gian dài, gỉ sét sinh ra
trên rãnh lăn tại vùng trống giữa các con lăn.

a. Gỉ vòng ngoài mặt lăn ổ đỡ chặn

b. Gỉ trên Vòng ngoài Mặt lăn Ổ bi đũa trụ 2 dãy

Hình 1. 9: Gỉ sét bám trên vòng bi

Ăn mòn là hiện tƣợng của quá trình oxi hóa sinh ra trên bề mặt bởi hoạt
động hóa học với acid hoặc alkali. Ăn mòn sinh ra khi hợp chất của lƣu huỳnh
hoặc clo tồn tại trong các chất phụ gia và dầu bôi trơn bị phân hủy dƣới nhiệt độ
cao. Ăn mòn cũng xảy ra khi nƣớc xâm nhập vào trong ổ lăn.
1.3. Một số giải pháp đánh giá tình trạng hỏng Ổ
Để khai thác tối đa công suất và thời gian sử dụng ổ; chủ động trong việc
kéo dài tuổi thọ ổ trục; đảm bảo hiệu suất vận hành tối đa của các thiết bị, máy
móc; giảm thiểu các sự cố đột xuất gây thiệt hại không nhỏ về chi phí bảo trì,
vận hành cũng nhƣ sút giảm năng suất sản xuất của hệ thống thiết bị thì phải
theo dõi tình trạng làm việc của vòng bi trong quá trình vận hành để phát hiện
sớm hƣ hỏng và xử lý trƣớc khi nó phát triển. Điều này sẽ không chỉ làm giảm
khả năng hƣ hỏng mà còn cho phép lên kế hoạch vật tƣ, nhân lực, kế hoạch sửa
chữa hạng mục có liên quan trong suốt thời gian ngừng máy.
1.3.1. Theo dõi (giám sát) tình trạng làm việc của ổ lăn dựa trên yếu tố nhiệt
độ
1.3.1.1. Khái quát chung
Tất cả các hệ thống cơ khí nói chung và ổ lăn nói riêng trong quá trình
hoạt động bình thƣờng tạo ra nhiệt năng nên việc theo dõi bức xạ nhiệt để đánh
giá tình trạng hoạt động của chúng là rất cần thiết. Theo [7, 8] các tác giả đã tiến
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

/>