Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn ổ lăn ứng dụng trong ngành dầu khí trên cơ sở tiêu chuẩn ISO 1997

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

Nguyễn Trọng Hùng

Nghiên cứu xây dựng tiêuchuẩn ổ lăn ứng dụng
trong ngành Dầu Khí trên cơ sở
tiêu chuẩn ISO 1997

Chuyên ngành :

Chế tạo máy

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Chế tạo máy

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :
PGS-TS Phạm Văn Hùng


MỤC LỤC
Trang

MỤC LỤC ..................................................................................................................4
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................8
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ............................................................................9
PHẦN MỞ ĐẦU ......................................................................................................10
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DẦU KHÍ VIỆT NAM VÀ NHU
CẦU SỬ DỤNG – THAY THẾ Ổ LĂN ................................................................12

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của ngành Dầu khí Việt Nam. ....................12
1.1.1 Vai trò của Dầu mỏ và Khí đốt trong nền kinh tế quốc dân.......................12
1.1.1.1 Vài nét về Dầu mỏ và Khí đốt. ..............................................................12
1.1.1.2 Vai trò của Dầu khí trong nền kinh tế quốc dân...................................13
1.1.2 Khái niệm về ngành công nghiệp Dầu Khí: ...............................................15
1.2 NHU CẦU THAY THẾ Ổ LĂN TRONG NGÀNH DẦU KHÍ ...................18
1.2.1 Cấu tạo và phân loại ổ lăn: .........................................................................18
1.2.1.1 Cấu tạo: Ổ lăn có cấu tạo như sau .......................................................18
1.2.1.2 Phân loại: Căn cứ vào khả năng làm việc và tiêu chí, người ta phân
loại như sau: .....................................................................................................19
1.2.2 Ưu, nhược điểm của ổ lăn: Nếu so sánh với ổ trượt, ổ lăn có các ưu
điểm sau: .............................................................................................................19
1.2.3 Độ chính xác chế tạo và vật liệu ổ lăn. .......................................................20
1.2.4 Các loại ổ lăn chính: ...................................................................................21
1.2.5 Ký hiệu của ổ lăn: .......................................................................................23
1.2.6 Lực và ứng suất trong ổ lăn: .......................................................................24
1.2.7 Động học và động lực học ổ lăn. ................................................................25
1.2.8 Tính toán ổ lăn. ...........................................................................................26
1.2.9 Kết cấu gối đỡ ổ lăn: ..................................................................................31
Kết luận: .................................................................................................................34

4


CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG VÀ ỨNG DỤNG TIÊU CHUẨN Ổ
LĂN THEO ISO TRONG NGÀNH DẦU KHÍ VIỆT NAM ..............................35
2.1 Tổng qua về cấu tạo và hoạt động của ổ lăn theo tiêu chuẩn ISO. ................35
2.1.1 Khái niệm chung: .......................................................................................35
2.1.2 Giới thiệu hệ thống TCVN .........................................................................35
2.1.3 Tiêu chuẩn ISO 1997..................................................................................36

2.2 TẢI TRỌNG ĐỘNG VÀ TUỔI THỌ DANH ĐỊNH Ổ LĂN TCVN
4173:2008; ISO 281:2007 ......................................................................................76
2.2.1 Phạm vi áp dụng .........................................................................................76
2.2.2 Tài liệu viện dẫn .........................................................................................76
2.2.3 Thuật ngữ và định nghĩa: ............................................................................77
2.2.4 Ký hiệu: ......................................................................................................80
2.2.5 Ổ bi đỡ. .......................................................................................................82
2.5.6 Ổ bi chặn. ....................................................................................................90
2.2.7 Ổ đũa đỡ. ....................................................................................................95
2.2.8 Tuổi thọ cơ bản danh định ..........................................................................99
2.2.9 Ổ đũa chặn ................................................................................................100
2.2.10 Tuổi thọ cơ bản danh định ......................................................................103
2.2.11 Tuổi thọ sửa đổi danh định .....................................................................104
2.2.12 Hệ số tuổi thọ sửa đổi đối với phương pháp tính toán tuổi thọ theo mỏi ......106
2.2.13 Phương pháp thực hành để đánh giá hệ số tuổi thọ sửa đổi ...................108
2.3 BẢNG TỔNG HỢP CÁC LOẠI Ổ LĂN ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG TẠI XÍ
NGHIỆP LIÊN DOANH DẦU KHÍ VIETSOVPETRO .....................................117
Kết luận: ...............................................................................................................120
CHƯƠNG III: TIÊU CHUẨN Ổ LĂN VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH
DẦU KHÍ TRÊN CƠ SỞ TIÊU CHUẨN ISO ...................................................121
3.1 Tuổi thọ cơ bản danh định L10, tuổi thọ điều chỉnh danh định Lnm:...............121
3.2 Tính toán tuổi thọ cơ bản danh định L10 và tuổi thọ điều chỉnh danh định Lnm:......122
3.2.1 Tính toán tuổi thọ danh định L10. ................................................................122

5


3.2.2 Tính tuổi thọ sửa đổi danh định...................................................................123
3.3 Khảo sát ổ lăn theo tiêu chuẩn ISO hiệu chỉnh: .............................................125
Kết luận: ...............................................................................................................127

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỀ TÀI...................................128
1. Kết luận: ...........................................................................................................128
2. Hướng phát triển của đề tài:.............................................................................128
THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................129
PHỤ LỤC:..............................................................................................................130

6


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan bản luận văn này với đề tài “Nghiên cứu xây dựng tiêu
chuẩn ổ lăn ứng dụng trong ngành Dầu Khí trên cơ sở tiêu chuẩn ISO 1997” là do
tôi tự thực hiện dưới dự hướng dẫn tận tình của thầy giáo PGS-TS Phạm Văn
Hùng. Các số liệu và kết quả hoàn toàn trung thực, phù hợp với quy định của pháp
luật hiện hành.
Ngoài ra, các tài liệu tham khảo đã dẫn ra ở cuối luận văn, tôi xin đảm bảo
rằng không sao chép từ bất kỳ công trình nghiên cứu, ứng dụng của người khác.
Nếu phát hiện có sự sai phạm với điều cam đoan trên, tôi xin hoàn toàn chịu
trách nhiệm trước Viện Cơ khí, Viện đào tạo sau Đại học trường Đại học Bách
khoa Hà Nội.
Hà Nội, ngày 29 tháng 9 năm 2011
Học viên thực hiện

Nguyễn Trọng Hùng

7


DANH MỤC CÁC BẢNG
1. Bảng 2.1 – Giá trị của bm cho ổ bi đỡ

2. Bảng 2.2 – Các giá trị của hệ số fc đối với các ổ bi đỡ
3. Bảng 2.3 – Các giá trị X và Y đối với các ổ bi đỡ
4. Bảng 2.4 – Các giá trị của fc cho các ổ bi chặn
5. Bảng 2.5- Các giá trị của X và Y cho các ổ bi chặn
6. Bảng 2.6 - Các giá trị của bm cho các ổ đũa
7. Bảng 2.7 – Các giá trị lớn nhất của fc cho các ổ đũa đỡ
8. Bảng 2.8 – Các giá trị của X và Y cho các ổ đũa đỡ
9. Bảng 2.9- Các giá trị của

cho các ổ đũa chặn

10. Bảng 2.10- Các giá trị của

cho các ổ đũa chặn

11. Bảng 2.11- Các giá trị của X và Y đối với các ổ đũa chặn
12. Bảng 2.12- Hệ số tuổi thọ sửa đổi đối với độ tin cậy,
13. Bảng 2.13- Hệ số nhiễm bẩn,
14. Bảng A.1- Lựa chọn các đồ thị và phương trình cho bôi trơn bằng mỡ

8


DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
1.

Hình 1.1: Hệ thống các giàn khoan của Vietsovpetro tại mỏ Bạch Hổ

2.

Hình 1.2: Ổ một dãy

3.

Hình 2.1: ổ lăn chặn đỡ

4.

Hình 2.2: Hệ số tuổi thọ sửa đổi

5.

Hình 2.3- Độ nhớt động chuẩn

6.

Hình 2.4: Hệ số tuổi thọ sửa đổi

đối với ổ bi đỡ

7.

Hình 2.5: Hệ số tuổi thọ sửa đổi

đối với ổ đũa đỡ

8.

Hình 2.6: Hệ số tuổi thọ sửa đổi

đối với ổ bi đỡ chặn

9.

Hình 2.7: Hệ số tuổi thọ sửa đổi

đối với ổ đũa chặn

9


PHẦN MỞ ĐẦU
Chỉ tiêu về sản lượng, doanh thu, chi phí và lợi nhuận là các yếu tố quyết định
đến sự hình thành và phát triển của doanh nghiệp. Để doanh nghiệp phát triển và có
khả năng cạnh tranh với các đối thủ khác trên thị trường, thì đòi hỏi các nhà sản
xuất phải thường xuyên thay đổi mẫu mã, kiểu dáng, chất lượng và cải tiến sản
phẩm để không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm, hạ giá thành và tiết giảm chi
phí.
Để có được các sản phẩm, thiết bị, máy móc đạt chất lượng thì doanh nghiệp
phải áp dụng hệ thống các tiêu chuẩn ISO vào trong quá trình sản xuất, kinh doanh.
Trong những năm gần đây, nhờ sự phát triển vượt bậc của kỹ thuật số và công nghệ
thông tin, khả năng mềm hóa các hệ thống thiết bị sản xuất, mạnh dạn áp dụng các
tiêu chuẩn vào quá trình sản xuất là yếu tố quan trọng, then chốt để tăng sản lượng,
doanh thu và lợi nhuận cho doanh nghiệp. Xí nghiệp Vietsovpetro là một trong
những đơn vị mạnh dạn thử nghiệm tiêu chuẩn ISO nêu trên vào quá trình sản xuất
của mình, cụ thể là ổ lăn.
Tuy nhiên, việc thay thế các thiết bị nói chung và ổ lăn nói riêng tại các đơn vị
trực thuộc Xí nghiệp Vietsovpetro thường được thực hiện theo định kỳ hoặc theo
khuyến cáo của nhà sản xuất. Điều này có thể đảm bảo các thiết bị luôn trong tình
trạng an toàn, nhưng ngược lại dẫn đến chi phí thay thế ngày càng tăng do số lượng

năm sau phải thay thế nhiều hơn năm trước, hơn nữa nhiều thiết bị, ổ lăn vẫn đang
hoạt động ổn định, các thông số kỹ thuật vẫn đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép
nhưng vẫn thay thế nên rất lãng phí.
Để khắc phục tình trạng trên, tác giả luận văn mạnh dạn lựa chọn đề tài:
Nghiên cứu xây dựng tiêu chuẩn ổ lăn ứng dụng trong ngành Dầu Khí trên cơ
sở tiêu chuẩn ISO 1997. Trong hệ thống các tiêu chuẩn ISO quy định đối với ổ lăn
sử dụng trong ngành công nghiệp nói chung và trong ngành dầu khí nói riêng, thì có
rất nhiều phiên bản. Để đi sâu tìm hiểu, phân tích, đánh giá nhằm lựa chọn ổ lăn phù
hợp với điều kiện làm việc, tác giả luận văn tiến hành nghiên cứu về mặt tải trọng

10


động và tuổi thọ danh định của ồ lăn theo TCNV 4173:2008; ISO 281:2007. Đây là
một trong những tiêu chuẩn ISO mới nhất, xuất bản làn đầu tiên tại Việt Nam, với
rất nhiều ưu điểm và chủng loại tiêu chuẩn khác nhau, hy vọng rằng tiêu chuẩn này
sẽ được ứng dụng rộng rãi trong ngành khai thác dầu khí của Việt Nam.
Với sự cố gắng, nỗ lực của bản thân, cùng với sự hướng dẫn tận tình của Thầy
giáo PGS-TS Phạm Văn Hùng, tôi đã hoàn thành luận văn thạc sỹ khoa học
chuyên ngành cơ khí chế tạo máy của mình với đề tài: “Nghiên cứu xây dựng tiêu
chuẩn ổ lăn ứng dụng trong ngành Dầu Khí trên cơ sở tiêu chuẩn ISO 1997”. Tuy
nhiên, trong quá trình nghiên cứu, thực hiện khó tránh khỏi những thiếu sót, tôi rất
mong nhận được ý kiến góp ý của các Thầy, Cô để bản luận văn được hoàn thiện
hơn và trở thành một tài liệu tham khảo hữu ích cho việc ứng dụng tiêu chuẩn ISO
vào trong quá trình sản xuất.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS-TS Phạm Văn
Hùng, các Thầy, Cô trong bộ môn Cơ khí chế tạo máy, Viện Cơ khí, Viện đào tạo
Sau Đại học – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã hướng dẫn, giúp đỡ và động
viên tôi hoàn thành luận văn này.
Trân trọng.

Hà Nội, ngày 29 tháng 9 năm 2011
Học viên

Nguyễn Trọng Hùng

11


CHƯƠNG I:
TỔNG QUAN VỀ NGÀNH DẦU KHÍ VIỆT NAM VÀ NHU CẦU SỬ DỤNG
– THAY THẾ Ổ LĂN
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển của ngành Dầu khí Việt Nam.

Hình 1.1: Hệ thống các giàn khoan của Vietsovpetro tại mỏ Bạch Hổ
1.1.1 Vai trò của Dầu mỏ và Khí đốt trong nền kinh tế quốc dân.
1.1.1.1Vài nét về Dầu mỏ và Khí đốt.
Dầu mỏ và khí đốt là một loại tài nguyên khoáng sản quý mà thiên nhiên ban
tặng cho con người. So với các khoáng sản khác như: Than đá, đồng, chì, nhôm,
sắt,… thì dầu khí được con người biết đến và sử dụng tương đối muộn hơn.
Dầu mỏ và Khí đốt là hợp chất Hydrocacbon được khai thác lên từ lòng đất,
thường ở thể lỏng và thể khí. Ở thể khí, chung bao gồm khí thiên nhiên và khí đồng
hành. Khí thiên nhiên là toàn bộ hydrocacbon ở thể khí khai thác từ giếng khoan
bao gồm cả khí ẩm, khí khô. Khí đồng hành là khí tự nhiên nằm trong các vỉa dầu
dưới dạng mũ khí hoặc khí hòa tan và được khai thác đồng thời với dầu thô.
Dầu mỏ và khí đốt thiên nhiên đều là loại khoáng sản năng lượng, có tinh linh
động cao, sau nữa chúng có bản chất sinh thành, di cư, tích tụ gần giống nhau.
Giống như nhiều loại tài nguyên khoáng sản khác, dầu khí được hình thành kết quả
quá trình vận động phức tạp, lâu dài hàng triệu năm về vật lý, hóa học, địa chất,
sinh học,…trong vỏ trái đất. Theo quan điểm của nhiều nhà nghiên cứu, dầu mỏ và
khí đốt thiên nhiên đều được hình thành từ các đá có chứa vật chất hữu cơ (gọi là đá

12


mẹ) bị chôn vùi dưới điều kiện áp suất và nhiệt độ nhất định. Sau đó, chúng di
chuyển đến nơi đất đá có độ rỗng nào đó (đá chứa) và tích tụ lâu dài ở đó nếu có
những lớp đá chắn đủ khả năng giữ chúng (đá chắn).
Công nghiệp khí và công nghiệp dầu có những đặc thù khác hẳn nhau. Trước
hết do tính linh động của khí, mỏ khí được khai thác với số ít giếng khoan nhưng
vẫn đảm bảo hệ số thu hồi cao. Mặt khác, do giá trị thể tích của khí thấp hơn nhiều
lần nên giá vận chuyển, tàng trữ của khí cao, làm quá trình thương mại hóa khí thiên
nhiên diễn ra chậm hơn thương mại hóa dầu mỏ. Thông thường, dầu mỏ sau khi
khai thác có thể xử lý, tàng trữ và xuất khẩu ngay. Khí thiên nhiên đòi hỏi phải có
một kết cấu hạ tầng đủ mạnh để vận chuyển vào bờ, xử lý và phải có thị trường tiêu
thụ. Thêm nữa, quá trình xử lý và dòng sản phẩm cũng như phương thức phân phối
các sản phẩm khí và dầu hoàn toàn khác nhau. Nhìn chung, công nghiệp khí đòi hỏi
đầu tư lớn hơn, đồng bộ hơn. Đồng bộ không chỉ trong ngành dầu khí, mà còn giữa
ngành dầu khí với các ngành công nghiệp khác như điện, phân bón, nhựa, … Điều
này, tạo nên những mối liên hệ chặt chẽ giữa công nghiệp dầu khí và các ngành
công nghiệp khác.
Phương pháp tìm kiếm, thăm dò và khai thác các mỏ dầu và khí đốt có nhiều
điểm giống nhau. Hơn nữa, trong nhiều trường hợp các tích tụ dầu mỏ và khí đốt
thường đi liền nhau. Vì vậy, các nhà đầu tư luôn sẵn sàng nghiên cứu, phát triển,
khai thác cả hai nguyên liệu này cùng lúc. Cũng vì vậy, người ta quen gọi ghép
công nghiệp dầu mỏ và công nghiệp khí đốt thành một tên chung là công nghiệp
dầu khí.
1.1.1.2 Vai trò của Dầu khí trong nền kinh tế quốc dân.
Dầu khí được gọi là “vàng đen”, đóng vai trò quan trọng trong đời sống kinh tế
toàn cầu.
Dầu khí mang lại lợi nhuận siêu sạch khổng lồ cho các quốc gia và dân tộc trên

thế giới đang sở hữu và tham gia trực tiếp kinh doanh nguồn tài nguyên này.

13


Hiện nay, trong cán cân năng lượng, dầu khí vẫn giữ vai trò quan trọng nhất so
với các dạng năng lượng khác. Cùng với than đá, dầu khí chiếm tới 90% tổng tiêu
thụ năng lượng toàn cầu.
Không ít các cuộc chiến tranh, khủng hoảng kinh tế và chính trị có nguyên
nhân sâu xa từ các hoạt động cạnh tranh, sản xuất kinh doanh trong lĩnh vực dầu
khí.
Kể từ cuộc khủng hoảng kinh tế của các nước châu á đến nay, không một vấn
đề nào tác động mạnh đến toàn cầu bằng vấn đề tăng giá nhiên liệu trong quý
4/2000.
Không phải ngẫu nhiên mà giá cổ phiếu của các công ty SXKD dầu khí biến
động tùy thuộc rất lớn vào những kết quả tìm kiếm, thăm dò của chính các công ty
đó trên thế giới. Lợi dụng hiện tượng biến động này, không ít những thông tin
không đúng sự thật về các kết quả thăm dò dầu khí được tung ra làm điêu đứng
những nhà đầu tư chứng khoán trên lĩnh vực này, thậm chí khuynh đảo cả quyết
sách của các quốc gia.
Đối với nước ta, vai trò và ý nghĩa của dầu khí càng trở nên quan trọng trong
thời kỳ đẩy mạnh sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa.
Không chỉ là vấn đề thu nhập đơn thuần, trong những năm qua, dầu khí đã
đóng góp phần đáng kể vào ngân sách quốc gia, làm cân đối hơn cán cân xuất nhập
khẩu thương mại quốc tế, góp phần tạo nên sự phát triển ổn định nước nhà trong
những năm đầu đầy khó khăn của thời kỳ đổi mới.
Hơn thế nữa, sự ra đời của ngành dầu khí đánh dấu một sự kiện lớn trong lịch
sử phát triển nền kinh tế quốc dân Việt Nam – Ngành kinh tế hoàn toàn mới –
Ngành công nghiệp dầu khí. Trên một ý nhĩa nhất định, từ thế bị động ta đã chuyển
sang thế chủ động trong việc thu hút vốn đầu tư, tiếp thu công nghệ hiện đại của

nước ngoài, phát triển ngành nghề dịch vụ, giải quyết công ăn, việc làm, …
Đặc biệt, rồi đây lĩnh vực chế biến dầu khí phát triển, ngành dầu khí có thể chủ
động đảm bảo cung cấp nhiên liệu cho các ngành kinh tế quốc dân, đồng thời cung
cấp nguyên liệu cho công nghiệp hóa dầu, nhất là nguyên liệu sản xuất sợi tổng hợp

14


cho ngành công nghiệp dệt may, phân đạm, chất nổ, chất dẽo, nguyên liệu cho các
ngành công nghiệp khác như: dầu nhờn, nhựa đường, chất tổng hợp, … Theo đó, sự
phát triển của lĩnh vực hạ nguồn sẽ góp phần đảm bảo sự phát triển bền vững của
ngành dầu khí Việt Nam.
1.1.2 Khái niệm về ngành công nghiệp Dầu Khí:
Để nhận thức sâu hơn về dầu khí và vai trò của nó, cần phải hiểu biết thêm một
vài nét cơ bản về ngành công nghiệp dầu khí.
Trước hết, ngành công nghiệp dầu khí là một ngành mang tính tổng hợp và đa
dạng cao. Chuỗi hoạt động của công nghiệp dầu khí bao gồm: khâu đầu (thượng
nguồn), khâu giữa (trung nguồn) và khâu sau (hạ nguồn).
™

Khâu đầu bao gồm các hoạt động tìm kiếm, thăm dò, khai thác dầu khí. Khâu

này sử dụng tổng hợp tri thức và công nghệ của một loạt chuyên ngành như: địa
chất, địa vật lý, địa hóa, khoáng sản, khoan, khai thác, … thuật ngữ khâu đầu trong
tiếng anh – Upstream – dòng đi lên, có nghĩa kết quả của khâu này là đưa được
dòng dầu khí lên miệng giếng khoan khai thác.
™

Khâu giữa bao gồm các hoạt động vận chuyển, tàng trữ dầu khí. Khâu này

liên quan đến các công nghệ đường ống, tàu chứa, bồn chứa, cầu cảng, …
™

Khâu cuối – Downstream – gồm các hoạt động xử lý, chế biến, kinh doanh

và phân phối các sản phẩm dầu khí. Dầu mỏ và khí thiên nhiên, khai thác được mới
chỉ là nguyên liệu, muốn có các sản phẩm trực tiếp sử dụng trong đời sống và trong
các ngành công nghiệp cần phải xử lý, chế biến chúng. Sau khi xử lý, chế biến,
công việc tiếp theo là maketting, phát triển thị trường, xây dựng mạng lưới phân
phối các sản phẩm đó.
Thứ hai: Công nghiệp dầu khí là ngành đòi hỏi vốn đầu tư lớn, rủi ro nhiều và
lợi nhuận cao. Thông thường khi đầu tư vào một lô tìm kiếm, thăm dò, các công ty
phải bỏ ra hàng trăm triệu đô la Mỹ. Nếu kết quả tìm kiếm thăm dò không đạt kết
quả (xác suất xẩy ra điều này rất cao) số tiền đầu tư coi như mất trắng. các sự cố
trong khi khoan, khai thác, vận chuyển dầu khí thường gây ra những tổn thất vô
cùng lớn. Sự cố chìm giàn khoan dầu P36 ngoài khơi Braxin tháng 3/2001 đã gây

15


tổn thất tới 450 triệu USD cho công ty Petrobras. Vì vậy, các công ty dầu khí
thường liên minh để giảm thiểu rủi ro và một khi phát hiện dòng dầu công nghiệp
thì họ khai thác càng nhanh càng tốt để sớm thu hồi vốn đầu tư.
Thứ ba: Công nghiệp dầu khí là ngành công nghệ cao và là con đẻ của ngành
công nghiệp nặng. Tiến bộ kỹ thuật trong các lĩnh vực thăm dò, khoan, khai thác,
xây dựng công trình biển, … có nhiều bước nhảy vọt. Hiện nay, công nghệ thăm dò
địa chấn cho phép thu tín hiệu 4 chiều, 4 thành phần; công nghệ khoan cho phép
khoan ngang, thậm chí khoan theo các nhánh hình xương cá và khoan vùng nước
sâu hàng ngàn mét. Kỷ lục khoan ở vùng nước sâu hiện nay là 2.444 m (giếng
RJF538 rìa đông mỏ Máclin) và kỷ lục khai thác nước sâu là 1853m (mỏ

Ronkadon) đều của công ty dầu khí quốc gia Braxin petrobras.
Có thể nói ngành dầu khí trên thế giới đang sử dụng những công nghệ hiện đại
nhất trong tất cả các lĩnh vực và đang là ngành dẫn đầu trong phát triển và ứng dụng
các công nghệ ngày càng tiên tiến hơn.
Thứ tư: Công nghiệp dầu khí là một ngành mang tính quốc tế cao, khác với
than đá, trước đây việc thăm dò, khai thác, chế biến và phân phối dầu khí đã nhanh
chóng mang tính toàn cầu. Có lẽ hiện tượng toàn cầu hóa xẩy ra sớm nhất trong
ngành dầu khí. Trong quá trình phát triển của mình, đặc biệt nhất là trong “thập kỹ
vàng” các hoạt động dầu khí chủ yếu được tiến hành thông qua các hợp đồng giữa
các công ty đa quốc gia với nước chủ nhà có tài nguyên dầu khí. Có nhiều dạng hợp
đồng đã được sử dụng, nhưng phổ biến nhất và vẫn có ý nghĩa cho tới nay là dạng
“hợp đồng phân chia sản phẩm”. Điều khoản cơ bản của dạng hợp đồng này là nhà
đầu tư (công ty dầu khí) đồng ý tiến hành mọi hoạt động tìm kiếm, thăm dò bằng
nguồn tài chính riêng của mình. Nếu có phát hiện thương mại, nhà đầu tư tiếp tục
chi cho các hoạt động phát triển, khai thác. Lượng dầu khí khai thác lên sau khi nộp
thuế tài nguyên sẽ được chia theo tỷ lệ sản lượng cho nước chủ nhà. Dạng hợp đồng
này, lần đầu tiên được công ty dầu khí quốc gia Inđônêsia sử dụng thay cho hợp
đồng tô nhượng phổ biến ở Trung Đông.

16


Để san sẽ rủi ro và đảm bảo lợi nhuận ổn định, ngoài việc liên minh, liên kết
trong các hợp đồng phân chia sản phẩm, hầu hết các công ty dầu khí có chiến lược
phát triển theo mạng là đầu tư ở nhiều nơi, nhiều nước và theo chiều dọc, tức là tổ
chức hoạt động dầu khí toàn bộ các khâu: từ khâu đầu đến khâu sau. Gần đây, trong
xu thế toàn cầu hóa nói chung, dầu khí là một trong những ngành đi đầu trong việc
hợp nhất các công ty lớn xuyên quốc gia.
Trong quá trình thực hiện các hợp đồng phân chia sản phẩm, các nước sở hữu
dầu khí nhận thấy rằng cần phải giảm thiểu sự phụ thuộc vào các công ty đa quốc

gia, tiếp cận trực tiếp với ngành công nghiệp này và đảm bảo an ninh năng lượng
cho mình. Vì thế, các công ty dầu khí quốc gia ra đời. Quá trình chuyển giao công
nghệ trong ngành dầu khí từ các nước phát triển sang các nước đang phát triển diễn
ra mạnh mẽ. Nhờ đó các công ty dầu khí quốc gia ngày càng tham gia tích cực hơn.

17


1.2 NHU CẦU THAY THẾ Ổ LĂN TRONG NGÀNH DẦU KHÍ
1.2.1 Cấu tạo và phân loại ổ lăn:
1.2.1.1 Cấu tạo: Ổ lăn có cấu tạo như sau
Trong ổ lăn, tải trọng từ trục trước khi truyền đến gối trục phải qua các con lăn
(bi hoặc đũa). Nhờ có con lăn cho nên ma sát sinh ra trong ổ là ma sát lăn. Ổ lăn
thường gồm có 4 bộ phận: Vòng ngoài, vòng trong, con lăn, giữa các con lăn có
vòng cách.
Vòng ngoài
Vòng trong
Con lăn
Vòng cách

Hình 1.2: Ổ một dãy
Vòng trong và vòng ngoài thường có rãnh, vòng trong lắp với ngõng trục,
vòng ngoài lắp với gối trục (vỏ máy, than máy). Thường chỉ vòng trong cùng quay
với trục, còn vòng ngoài đứng yên, nhưng cũng có khi vòng ngoài cùng quay với
gối trục còn vòng trong đứng yên cùng với trục (như ổ lăn của bánh ô tô).
Con lăn có thể là bi hoặc đũa, lăn trên rãnh lăn, rãnh có tác dụng giảm bớt ứng
suất tiếp xúc của bi, hạn chế bi di động dọc trục và do đó ổ có thể chịu được một ít
tải trọng dọc trục. Để tránh ma sát trượt, bán kính cong của rãnh phải lớn hơn bán
kính của bi.
Vòng cách giữ cho hai con lăn kề nhau cách nhau một khoảng nhất định, nếu

không chúng có thể tiếp xúc nhau và ở điểm tiếp xúc chuyển động của hai con lăn
ngược chiều nhau, do đó vận tốc ma sát gấp hai lần vận tốc vòng của con lăn sẽ làm
cho con lăn bị mòn rất nhanh, mặt khác ổ làm việc sẽ ồn nhiều. Để giảm bớt mài
mòn con lăn, vòng cách thường làm bằng vật liệu tương đối mềm.
Thông thường, con lăn có các loại sau: Bi, đũa trụ ngắn, đũa trụ dài, đũa côn,
đũa hình trống đối xứng hoặc không đối xứng, đũa kim, xoắn. Tuy nhiên, theo hình

18


dạng con lăn, có thể chia ổ thành 2 loại: Ổ bi và Ổ đũa, ổ kim là biến thể của ổ đũa
trụ dài.
1.2.1.2 Phân loại: Căn cứ vào khả năng làm việc và tiêu chí, người ta phân loại như
sau:
™ Theo khả năng chịu lực, ổ lăn được chia ra các loại như sau:
- Ổ đỡ: Chỉ chịu lực hướng tâm mà không chịu hoặc chỉ chịu được một phần nhỏ
lực dọc trục.
- Ổ đỡ chặn: Chịu được cả lực hướng tâm lẫn lực dọc trục.
- Ổ chặn đỡ: Chịu lực dọc trục đồng thời chịu được một ít lựa hướng tâm.
- Ổ chặn: Chỉ chịu lực dọc trục mà không chịu được lực hướng tâm.
Khi đường tâm của gối trục và đường tâm của trục lệch nhau một góc nào đó,
dùng ổ lăn tự lựa có thể đảm bảo cho trục và ổ làm việc bình thường. Ổ lăn không
tự lựa chỉ dùng khi độ lệch giữa trục và gối trục rất nhỏ. Ổ lăn tự lựa có mặt trong
của vòng ngoài là mặt lõm hình cầu, tâm hình cầu trùng với điểm giữa chiều rộng ổ
và nằm trên đường tâm của ổ, do đó, ổ lăn tự lựa còn được gọi là ổ lăn long cầu.
™

Theo số dãy con lăn trong ổ, có thể chia ra ổ một dãy, hai dãy, bốn dãy, …

riêng ổ đũa trụ dài chỉ có một dãy con lăn.

™

Theo cỡ đường kính ngoài của ổ lăn (với cùng đường kính trong) chia ra các

loại: ổ lăn cỡ đặc biệt nhẹ, rất nhẹ, nhẹ, trung bình và nặng.
™

Theo cỡ chiều rộng, ổ lăn được chia ra: ổ hẹp, ổ bình thường, ổ rộng và ổ rất

rộng.Các ổ thuộc các loại khác nhau và cỡ khác nhau thì khả năng tải và khả năng
làm việc với vận tốc cao cũng khác nhau. Ổ cỡ nặng có kích thước khuôn khổ lớn
hơn, khả năng làm việc với vận tốc cao kém hơn nhưng có khả năng tải cao hơn so
với các cỡ khác.
Nói chung ổ lăn đã được tiêu chuẩn hóa, tuy nhiên trong những trường hợp
riêng người ta cũng chế tạo các ổ lăn có cấu tạo đặc biệt.
1.2.2 Ưu, nhược điểm của ổ lăn: Nếu so sánh với ổ trượt, ổ lăn có các ưu điểm
sau:

19


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 trượt, do đó
dùng ổ lăn hiệu suất của máy tăng lên và nhiệt sinh ra tương đối ít. Ngoài ra, hệ số
ma sát tương đối ổn định (ít chịu ảnh hưởng 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 thước chiều rộng ổ lăn nhỏ hơn chiều rộng ổ trượt có
cùng đường kính ngõng trục; Mức độ tiêu chuẩn hóa và tinh lắp lẫn cao do đó thay
thế thuận tiện, giá thành chế tạo tương đối thấp khi sản xuất hàng loạt.
™

Ổ lăn có một số nhược điểm sau: Kích thước hướng kính lớn; Lắp ghép

tương đối khó khăn; Làm việc có nhiều tiếng ồn, khả năng giảm chấn kém; Lực
quán tinh tác dụng lên các con lăn khá lơn khi làm việc với vận tốc cao; Giá thành
tương đối cao nếu sản xuất với số lượng ít.
™

Ổ lăn được dùng rất phổ biến trong nhiều loại máy: Máy cắt kim loại, máy

điện, ôtô, máy bay, máy kéo, máy nông nghiệp, cần trục, máy xây dựng, máy mỏ,
trong các hộp giảm tốc, trong các cơ cấu, …
1.2.3 Độ chính xác chế tạo và vật liệu ổ lăn.
™

Độ chính xác của ổ lăn được đặc trưng bởi cấp chính xác kích thước (dung

sai chế tạo) các phần tử của ổ và các chỉ tiêu chính xác khi quay (độ đảo hướng
kính, độ đảo mặt bên, …).
™

Ổ lăn có 5 cấp chính xác, ký hiệu 0,6,5,4 và 2, theo thứ tự tăng dần chính

xác. Ổ lăn cấp chính xác 0 được dùng khi không có các yêu cầu đặc biệt về các chỉ
tiêu chính xác khi quay. So với ổ lăn cấp chính xác 0, ổ lăn cấp chính xác 2 có dung
sai về độ đảo hướng kính và độ đảo mặt bên ít hơn khoảng 5 lần và giá thành thì
gấp 10 lần. Ổ lăn cấp chính xác 0 được dùng rộng rãi trong nhiều loại máy như: ô
tô, máy kéo, máy nông nghiệp, máy xây dựng,…
™

Ổ có cấp chính xác cao hơn chỉ dùng trong các trục có yêu cầu chính xác cao

khi quay, như trục chính máy cắt kim loại, trục trong các dụng cụ đo, …
™

Vật liệu dùng để chế tạo vòng quay, vòng ngoài và con lăn thường là thép

cơrôm có hàm lượng cacbon khoảng 1 ÷ 1,1% như thép IIIX15, IIIX15 CR (15%

20


Cr) hoặc IIIX 20 CR (29%). Đối với những ổ làm việc với nhiệt độ dưới 1000C đũa
và vòng ổ thường có độ rắn 60 ÷ 64 HRC, bi có độ rắn 62 ÷ 66 HRC.
™

Đối với những ổ làm việc ở nhiệt độ cao (đến 5000C) ổ được làm bằng thép

chịu nhiệt.
™

Nếu ổ làm việc trong môi trường ăn mòn thì dùng thép không rĩ. Vòng cách

của ổ được chế tạo bằng vật liệu giảm ma sát như thép ít cacbon. Vòng cách trong
các ổ có vận tốc cao được làm bằng tếchtolit, đuara, đồng thau,…
1.2.4 Các loại ổ lăn chính:
™

Ổ lăn có nhiều loại và rất nhiều cỡ kích thước. Để giảm giá thành sản xuất và

để tiện sử dụng, thay thế, phần lớn các loại ổ lăn thường dùng đều đã được tiêu
chuẩn hóa và được chế tạo tập trung ở các nhà máy chuyên môn. Ở đây chỉ giới
thiệu một số loại ổ chính được dùng nhiều nhất.
™

Ổ bi đỡ một dãy, chủ yếu là để chịu lực hướng tâm nhưng cũng có thể chịu

lực dọc trục bằng 70% khả năng chịu lực hướng tâm không dùng tới (70% lực
hướng tâm cho phép với lực hướng tâm thực tế). Ngoài ra, có thể dùng ổ bi đỡ có
khe hở giữa bi và rãnh lăn tương đối lớn để chịu đơn thuần lực dọc trục (làm việc
với vận tốc cao), thay cho ổ chặn. Ổ bi đỡ một dãy có thể làm việc bình thường khi
trục nghiêng một góc nhỏ không quá 15’ ÷ 20’.
Ưu điểm của ổ bi đỡ một dãy là cấu tạo gọn, có thể chịu được tải trọng tương đối
lớn, hệ số ma sát khá nhỏ (f= 0,002 khi chịu lực hướng tâm: f= 0,004 khi chịu lực
dọc trục); Nhược điểm chủ yếu của ổ này là chịu tải trọng va đập kém.
Ổ bi đỡ một dãy thích hợp với các trục ngắn có hai ổ như các hộp tốc độ của ô tô,
máy kéo, máy cắt kim loại, hộp giảm tốc, …
™

Ổ bi đỡ long cầu hai dãy chủ yếu để chịu tải trọng hướng tâm nhưng có thể

chịu thêm tải trọng dọc trục bằng 20% khả năng chịu lực hướng tâm không dùng
tới. Ổ có thể làm việc bình thường khi trục nghiêng tới 20 ÷ 30 nhờ mặt trong của
vòng ngoài là mặt cầu, hệ số ma sát khoảng 0,0015. Ổ làm việc thích hợp trong các
trục truyền trung có nhiều ổ trục, các trục bị uốn nhiều và trong những trường hợp

21


khó đảm bảo lắp các ổ trục được đồng tâm, ví dụ: trục máy thông gió, máy cưa tròn,

máy dệt, …
™

Ổ đũa ngắn đỡ một dãy chủ yếu để chịu lực hướng tâm. So với ổ bi đỡ một

dãy cùng kích thước loại ổ này có khả năng chịu lực hướng tâm lớn hơn khoảng
70%. Ổ đũa trụ ngắn đỡ một dãy có khả năng chịu tải lớn, chịu va đập tốt nhưng có
nhược điểm là một số kiểu ổ không chịu được lực dọc trục, không dùng được đối
với các trục bị uốn nhiều. Ổ có yêu cầu cao về lắp đồng tâm, hệ số ma sát khoảng
0,003. Loại ổ này thường dùng trong hộp giảm tốc, trục chính của máy cắt kim loại,
™

Ổ đữa đỡ long cầu hai dãy chủ yếu để chịu lực hướng tâm, khả năng chịu lực

hướng tâm của loại lực này gấp đôi so với loại ổ bi đỡ long cầu hai dãy cùng kích
thước và có thể chịu lực dọc trục bằng 20% lực hướng tâm không dùng tới. Mặt
trong của vòng ngoài là mặt cầu, đũa có hình trống, nhờ đó trục bị nghiêng đi 20 ÷
30 vẫn có thể làm việc được bình thường. Hệ số ma sát bằng 0,004. Loại ổ này thích
hợp với những trục bị uốn nhiều hoặc không đảm bảo lắp ghép được đồng tâm.
™

Ổ Kim là ổ có những đũa trụ nhỏ và dài gọi là kim. Số kim nhiều gấp mấy

lần so với số đũa trong các ổ đũa thông thường. ổ kim không có vòng cách. Ổ kim
chịu được lực hướng tâm rất lớn, kích thướng đường kính ngoài nhỏ, giá tương đối
rẽ. Nhược điểm của ổ kim là hệ số ma sát tương đối lớn, khoảng 0,008, không chịu
được lực dọc trục, tuổi thọ thấp. Ổ kim có thể có đủ vòng trong, vòng ngoài hoặc
không có vòng trong hoặc không có vòng ngoài, kim trực tiếp tiếp xúc với ngõng
trục và gối trục; trong hai trường hợp sau ngõng trục và gối trục phải có độ rắng cao
và bề mặt phải được mài nhẵn. Ổ kim thường được dùng trong trục khuỷu, hộp tốc

độ của máy cắt kim loại, bơm bánh răng, …
™

Ổ đũa trụ xoắn đỡ gồm những con lăn hình trụ rỗng, bằng băng thép mỏng

cuốn lại (gọi là đũa trục xoắn), không chịu được lực dọc trục. Nhờ đũa trụ xoắn có
tinh đàn hồi cao nên ổ có thể chịu tải trọng va đập, có thể làm việc bình thường khi
độ nghiêng trục tới 30’. Khả năng chịu tải của loại ổ này thấp hơn loại ổ đũa đỡ (có
con lăn đặc), hệ số ma sát khoảng 0,006. Loại ổ này dùng trong các truyền động

22


công suất thấp, có va đập trung bình như trong hộp tốc độ của máy kéo và trong
máy gặt liên hợp.
™

Ổ bi đỡ chặn một dãy dùng để chịu cả lực hướng tâm lẫn lực dọc trục. Loại ổ

này cũng có thể chỉ chịu lực dọc trục. Khả năng chịu lực hướng tâm của ổ này lớn
hơn ổ bi đỡ một dãy khoảng 30 ÷ 40%. Khả năng chịu lực dọc trục của ổ phụ thuộc
vào góc tiếp xúc α giữa bi với vòng ngoài, góc α = 120 , 260 và 360, góc α càng
tăng, khả năng chịu lực dọc trục của ổ càng tăng nhưng tốc độ giới hạn của ổ giảm.
Để tăng khả năng chịu tải của ổ hoặc để có thể chịu lực dọc trục thay đổi hai chiều,
người ta thường lắp hai ổ trên một gối trục, trong trường hợp sau phải bố trí mặt tỳ
của hai ổ quay về hai phía khác nhau.
™

Ổ đũa côn đỡ chặn có thể chịu cả lực hướng tâm lẫn lực dọc trục một chiều

lớn. Ổ đũa côn đỡ chặc được dùng nhiều trong chế tạo máy vì tháo lắp đơn giản,
điều chỉnh khe hở và bù lượng mòn thuận tiện. Hệ số ma sát tương đối cao. Để đảm
bảo đũa lăn không trượt trong rãnh, các đỉnh côn của đũa và của bề mặt rãnh phải
trùng nhau. Góc tiếp xúc α= 10 ÷ 160. Đối với những ổ dùng để chịu lực dọc trục
rất lớn, góc α= 25 ÷ 300. Gốc côn của đũa thường bằng 1,5 ÷ 20. Ổ có thể chế tạo
thành một dãy hoặc nhiều dãy, ổ nhiều dãy dùng khi lực hướng tâm rất lớn (máy
cán thép) và chịu được lực dọc trục hai chiều. Ổ đũa côn đỡ chặn thường được dùng
trong các trục lắp bánh răng côn, bánh răng nghiêng, trong các hộp giảm tốc công
suất lớn, …
™

Ổ bi chặn chỉ chịu được lực dọc trục và làm việc với vận tốc thấp và trung

bình (n<1000 ÷ 1500 vg/ph). Khi vận tốc cao ổ bi chặn làm việc không tốt do tác
hại của lực ly tâm và mômen con quay. Ổ bi chặn có kiểu một lớp hoặc hai lớp. Ổ
một lớp có một vòng được lắp chặt vào trục, còn vòng kia lắp có khe hở và ổ chỉ
chịu được lực dọc trục một chiều. Ổ hai lớp có vòng giữa lắp chặt với trục, ổ chặn
được dung trong gối đỡ móc cần trục, bộ ly hợp, trục vít, ...
1.2.5 Ký hiệu của ổ lăn:
TCVN 3776-83, ổ lăn được ký hiệu bằng số, hai số đầu tinh từ phải sang biểu
thị đường kính trong của ổ. Đối với những ổ có đường kính trong từ 20 đến 49 mm

23


các số náy bằng 1/5 đường kính trong, nghĩa là nếu nhân hai số này với 5 ta được trị
số đường kính trong của ổ. Đối với những ổ có đường kính trong từ 10 đến 20mm,
ký hiệu như sau:
Đường kính trong của ổ, mm

10

12

15

17

Ký hiệu

00

01

02

03

Số thứ ba từ phải sang biểu thị loạt đường kính ổ (cỡ kích thước đường kính
ngoài của ổ): 8,9–siêu nhẹ, 1,7-đặc biệt nhẹ, 2,5–nhẹ, 3,6–trung bình, 4–nặng.
Số 9 để chỉ ổ có đường kính không tiêu chuẩn.
Chữ số thứ tự từ phải sang trái biểu thị loại ổ:
Ổ bi đỡ một dãy

0

Ổ bi đỡ long cầu hai dãy

1

Ổ đũa trụ ngắn đỡ

2

Ổ đũa đỡ long cầu hai dãy

3

Ổ kim hoặc ổ đũa trụ dài

4

Ổ đũa trụ xoắn đỡ

5

Ổ bi đỡ chặn

6

Ổ đũa côn

7

Ổ bi chặn, ổ bi chặn đỡ

8

Ổ đũa chặn, ổ đũa chặn đỡ

9

Số thứ 5 và thứ 6 từ phải sang biểu thị những đặc điểm về cấu tạo của ổ.
Số thứ 7 biểu thị loạt chiều rộng ổ (cỡ chiều rộng): 8-đặc biệt hẹp; 7-hẹp; 1bình thường; 2-rộng; 3,4,5,6 đặc biệt rộng. Tùy theo loạt đường kính, chữ số 0 có
thể chỉ loạt chiều rộng bình thường, hẹp hoặc rộng. Trong ký hiệu quy ước của ổ
không ghi kiểu ổ có ký hiệu là số 0, nếu ký hiệu loạt chiều rộng là 0 và dạng kết cấu
là 00. Như vậy, trong ký hiệu quy ước của ổ chỉ gồm 2 hoặc 3 chữ số.
1.2.6 Lực và ứng suất trong ổ lăn:
-

Sự phân bố lực trên các con lăn: Trong ổ đỡ lực phân bố không đều trên các

con lăn. Dưới tác dụng của lực hướng tâm chỉ có những con lăn nằm ở phía dưới,
trong vùng chịu tải choán cung không lớn hơn 1800 là chịu lực. Con lăn chịu lực lớn

24


nhất là con lăn nằm trong mặt phẳng tác dụng của lực hướng tâm. Sự phân bố lực
giữa các con lăn phụ thuộc nhiều vào độ chính xác chế tạo và trị số khe hở hướng
tâm. Vì vậy, trong chế tạo ổ lăn, yêu cầu về chính xác chế tạo rất cao. Trong ổ đỡ và
ổ đỡ chặn, khe hở càng lớn số con lăn tham gia chịu tải càng ít, lực phân bố càng
không đều, do đó tăng mài mòn ổ trong quá trình làm việc.
-

Ứng suất tiếp xúc trong ổ lăn: Ứng suất tiếc xúc sinh ra trong vùng tiếp xúc

giữa con lăn với vòng trong và vòng ngoài ổ. Tính toán cho thấy ứng suất tiếp xúc
giữa con lăn với vòng trong lớn hơn ứng suất tiếp xúc giữa con lăn với vòng ngoài.
Trong ổ bi,vòng ổ và bi tiếp xúc ban đầu theo điểm, ứng suất tiếp xúc cực đại.

Trong ổ đũa, đũa và vòng ổ tiếp xúc ban đầu theo đường ứng suất cực đại. Các công
thức xác định ứng suất tiếp xúc đối với mỗi loại ổ đều cho trong các sách về ổ lăn.
Tuy nhiên, điều cần chú ý là, khi ổ làm việc, mỗi điểm trên bề mặt tiếp xúc giữa
vòng ổ và con lăn chịu ứng suất tiếp xúc thay đổi theo chu kỳ mạch động gián đoạn.
Khi số chu kỳ thay đổi ứng suất khá lớn, con lăn và vòng ổ có thể bị hỏng do mỏi bề
mặt làm việc.
Như vậy, ứng suất tiếp xúc giữa con lăn và vòng trong có trị số lớn nhất tại các
điểm tiếp xúc trên vòng trong. Khi vòng trong quay, cứ sau một vòng quay, mỗi
điểm trên vòng trong chịu 1 lần ứng suất lớn nhất. Nếu vòng trong đứng yên, vòng
ngoài quay thì cứ mỗi con lăn lăn qua điểm này, vòng trong lại chịu 1 lần ứng suất
lớn nhất, nghĩa là trong trường hợp này số chu kỳ ứng suất lớn nhất và mỗi điểm
tiếp xúc của vòng trong phải chịu sẽ tăng lên nhiều. Do đó, nếu vòng ngoài quay độ
bền mỏi của ổ sẽ giảm xuống và ổ chỉ làm việc được trong thời gian tương đối ngắn
hơn so với trường hợp vòng trong quay.
1.2.7 Động học và động lực học ổ lăn.
-

Động học ổ lăn: Theo quan điểm động học có thể coi ổ lăn như một cơ cấu

hành tinh. Vận tốc của các phần tử trong ổ lăn có thể xác định theo nguyên tắc Vilis
(nguyên tắc dừng cần trong cơ cấu hành tinh) và trong ổ lăn coi vòng cách là cần,
vòng ngoài và vòng trong có chức năng các bánh trung tâm, các con lăn thực hiện
các chức năng của bánh hành tinh. Tần số quay của vòng cách phụ thuộc vào đường

25


kính của bi, chẳng hạn như trường hợp vòng trong quay (vòng ngoài nằm yên),
đường kính bi càng lớn thì vòng cách quay càng chậm. Vì thế nếu trong một ổ có
các viên bi lớn nhỏ khác nhau, bi nhỏ có xu hướng đẩy vòng cách đi nhanh hơn,

trong khi các bi lớn muốn giữ vòng cách chậm lại, do đó giữa bi và vòng cách có
thể sinh ra áp suất và ma sát lớn, gây nên mòn vòng cách. Ổ lăn nếu được chế tạo
với khoảng dung sai cho phép càng rộng (độ chính xác càng thấp) thì mòn xẩy ra
càng nhiều.
-

Động lực học ổ lăn: Khi ổ lăn quay, mỗi con lăn bị ép vào vòng ngoài bởi lực

ly tâm, ứng suất tiếp xúc ở vòng trong lớn hơn so với ở vòng ngoài cho nên tinh
toán độ bền và tuổi thọ của ổ lăn ta chú ý đến vòng trong và bỏ qua ảnh hưởng của
lực ly tâm. Tuy nhiên, điều này chỉ đúng khi ổ làm việc với vận tốc gốc được giới
hạn trong phạm vi nhất định. Đối với các ổ lăn làm việc với vận tốc cao, ảnh hưởng
của lực ly tâm tăng lên, đặc biệt lực ly tâm rất co hại đối với ổ chặn, làm cho bi kẹt
và tăng mòn vòng cách. Ngoài lực ly tâm, đối với ổ chặn, bi còn chịu lực tác dụng
của mômen con quay. Dưới tác dụng của mômen, con quay bi có thể bị quay theo
phương vuông góc với phương lăn. Bi bị quay sẽ gây thêm mất mát công suất và
mòn. Trong ổ đỡ, phương của trục quay của bi hoặc đũa không thay đổi do đó
không có tác dụng của mômen con quay.
Như vậy, các nhân tố động lực học có ảnh hưởng xấu đối với ổ chặn, bởi thế
số vòng quay cho phép trong 1 phút của ổ chặn khá nhỏ so với ổ đỡ và ổ đỡ chặn.
Khi cần làm việc với tần số quay cao nên dùng ổ đỡ chặn thay cho ổ chặn.
1.2.8 Tính toán ổ lăn.
™

Các dạng hỏng chủ yếu và chỉ tiêu tính toán ổ lăn: Ổ lăn có các dạng hỏng
chủ yếu sau:

-

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 chậm.
-

Tróc vì mỏi bề mặt làm việc: do ứng suất tiếp xúc thay đổi khi quay. Khi số

chu kỳ thay đổi ứng suất đạt tới trị số đủ lớn, trên bề mặt tiếp xúc (của rãnh lăn hoặc
con lăn) sinh ra những vết nứt rồi phát triển thành tróc. Tróc thường bắt đầu trên

26


rãnh lăn của vòng chịu ứng suất lớn nhất, đối với phần lớn ổ lăn là vòng trong, đối
với ổ long cầu là vòng ngoài. Trên con lăn, tróc xẩy ra trước hết tại chỗ vật liệu có
cơ tinh thấp nhất.
-

Tróc là dạng hỏng chủ yếu trong các ổ làm việc với số vòng quay cao, chịu

tải trọng lớn. Vì vậy, ổ được giữ không cho bụi hoặc hạt kim loại lọt vào.
-

Mòn vòng và con lăn xẩy ra đối với các ổ không được giữ sạch. Mòn là dạng

hỏng chủ yếu của các ổ lăn trong ô tô, máy kéo, máy mỏ, máy xây dựng, … làm
việc trong các môi trường có nhiều hạt mài mòn.
-

Vỡ vòng cách: do lực ly tâm và tác dụng của con lăn gây nên , nhiều ổ bị

hỏng do vòng cách bị vỡ, nhất là đối với các ổ quay nhanh.
-

Vỡ vòng ổ và các con lăn: xẩy ra khi ổ bị quá tải do va đập, chấn động hoặc

do lắp ghép không chính xác. Nếu sử dụng đúng kỹ thuật, dạng hỏng này không xẩy
ra.
Hiện nay tính toán ổ lăn dựa theo 2 chỉ tiêu: Các ổ làm việc với vận tốc thấp
(hoặc đứng yên) được tinh theo khả năng tải tĩnh để tránh biến dạng dư bề mặt làm
việc; Các ổ lăn làm việc với vận tốc cao hoặc tương đối cao được tinh theo độ bền
lâu còn gọi là tinh theo khả năng tải động , để tránh tróc vì mỏi.
Vì ổ lăn được tiêu chuẩn hóa và được sản xuất hàng loạt lớn cho nên quá trình
tinh toán và thử nghiệm đã xác định được khả năng tải của từng loại, kiểu và kích
thước của ổ lăn. Khi thiết kế máy không cần thiết kế ổ lăn mà chỉ cần tinh và chọn ổ
lăn tiêu chuẩn theo các công thức quy ước. Phương pháp tinh chọn ổ lăn tiêu chuẩn
cũng được tiêu chuẩn hóa.
™

Khả năng tải động của ổ lăn: Dưới tác dụng của ứng suất tiếp xúc thay đổi, ổ

bị hỏng chủ yếu do mỏi bề mặt tiếp xúc. Cơ sở xuất phát tính toán ổ lăn theo độ bền
lâu là phương trình đường cong mỏi tiếp xúc: δmNc = Const, với N – số chu kỳ thay
đổi ứng suất, m-số mũ. Ứng suất tiếp xúc có quan hệ với tải trọng tác dụng lên ổ và
số chu kỳ thay đổi ứng suất có liên quan đến số vòng quay của ổ cho tới hỏng, do
đó trên cơ sở các thí nghiệm về ổ lăn người ta lập được quan hệ giữa tải trọng P,
tinh bằng Niuton tác dụng lên ổ với tuổi thọ L, tinh bằng triệu vòng quay: PqL=

27