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

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

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

NGUYỄN PHƯƠNG VÂN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM SỬ
DỤNG THIẾT BỊ ĐO RUNG 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

1


Lời cam đoan

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

Tháng 04 năm 2014
Nguyễn Phương Vân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

2


Lời cảm ơn

Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hướng dẫn
khoa học của tôi, thầy giáo PGS.TS. Hoàng Vị, người 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 trường Đại
học Kỹ thuật Công nghiệp, Ban chủ nhiệm Khoa Cơ khí cũng như Ban chủ
nhiệm Khoa Đào tạo sau đại học trường 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, người 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

3


Mục lục
Danh mục các hình ảnh.........................................................................................................................6
Danh mục các bảng biểu .......................................................................................................................8
MỞ ĐẦU ..............................................................................................................................................9
1. Giới thiệu ..........................................................................................................................................9

2. Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................................................10
3. Kết quả dự kiến...............................................................................................................................10
4. Phương pháp và phương pháp luận ................................................................................................10
+ Nghiên cứu cơ sở.............................................................................................................................11
5. Nội dung luận văn...........................................................................................................................11
CHƯƠNG 1: Ổ LĂN VÀ ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG LÀM VIỆC CỦA Ổ LĂN...........................12

1.1 Ổ lăn thường 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 .................................................. 16
1.2.1 Các hoạt động bất thường, nguyên nhân và biện pháp khắc phục ....................... 17
1.2.2 Các dạng hỏng thường gặp của ổ lăn ................................................................... 19
1.3 Một số giải pháp đánh giá tình trạng hỏng ổ............................................................... 25
1.3.1 Theo dõi tình trạng làm việc của ổ lăn dựa trên yếu tố nhiệt độ .......................... 25
1.3.2 Theo dõi và phân tích rung động ......................................................................... 27
1.3.3 Theo dõi và phân tích dầu bôi trơn ...................................................................... 29
1.3.4 Kỹ thuật NDT....................................................................................................... 30
1.3.5 Kỹ thuật siêu âm................................................................................................... 31
1.4 Kết luận chương .......................................................................................................... 34
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM ......................................................36

2.1 Mô hình thí nghiệm thu nhận tín hiệu dao động ......................................................... 36
2.1.1 Sơ đồ chung của mô hình thí nghiệm................................................................... 36
2.1.2 Thiết bị đo lực ...................................................................................................... 38
2.1.3 Thiết kế, chế tạo các chi tiết của mô hình thí nghiệm .......................................... 41
2.2 Lắp ghép các chi tiết để tạo thành mô hình hoàn chỉnh .............................................. 42
2.3 Kết luận chương .......................................................................................................... 46
CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM VÀ PHÂN TÍCH KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM ......................................47

3.1 Thiết lập thí nghiệm .................................................................................................... 47
3.1.1 Các trang thiết bị thí nghiệm ................................................................................ 47
3.1.2. Lắp đặt các thiết bị thí nghiệm ............................................................................ 47
3.1.3. Trình tự thực hiện thí nghiệm ............................................................................. 48
3.2 Kết quả thí nghiệm ...................................................................................................... 54
3.2.1 Phân tích kết quả thí nghiệm theo miền thời gian .................................................... 54
3.2.1.1 Đo rung động ổ bi 6203 trên thiết bị thí nghiệm chế tạo ...................................... 54
3.2.1.2 Đo rung động ổ bi côn trên mô hình máy đo ma sát ............................................. 59
3.2.2 Phân tích kết quả thí nghiệm theo miền tần số......................................................... 62
3.2.2.1 Đặc tính tần số hư hỏng của ổ bi ........................................................................... 62
3.2.2.2 Phân tích kết quả đo rung động theo miền tần số ................................................. 63
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

4


3.3 Kết luận chương .......................................................................................................... 67
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN ..................................................................................................................69

4.1 Các kết quả đã đạt được .............................................................................................. 69
4.2 Đề xuất các hướng nghiên cứu .................................................................................... 70
Tài liệu tham khảo ..............................................................................................................................72

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

5


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 ................................................................ 22
Hình 1. 7. Một số hình ảnh nứt gẫy vòng bi ..................................................... 23
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. Giám sát tình trạng làm việc của một số thiết bị thông qua hình
ảnh nhiệt hồng ngoại ........................................................................................ 26
Hình 1. 11. Đo và phân tích rung động bằng phương pháp phân tích phổ FFT
........................................................................................................................... 29
Hình 1. 12. Mô hình lấy mẫu để giám sát tình trạng dầu bôi trơn................... 30
Hình 1. 13. Dùng kỹ thuật siêu âm để giám sát tình trạng hoạt động.............. 32
Hình 2. 1. Mô hình thí nghiệm để đo rung động Ổ lăn trong quá trình làm việc
........................................................................................................................... 36
Hình 2. 2. Sơ đồ khối mô hình thực nghiệm thu nhận tín hiệu rung động ....... 37
Hình 2. 3. Mô hình của máy đo ma sát. ............................................................ 38
Hình 2. 4. Mô hình bộ phận có lắp ổ bi côn đỡ chặn ....................................... 38
Hình 2. 5. Sơ đồ khối hệ thống đo lực ............................................................. 38
Hình 2. 6. Bộ cảm biến đo lực Kistler Type 9257 BA...................................... 39
Hình 2. 7. Bản vẽ chi tiết trục ........................................................................... 41
Hình 2. 8. Hình ảnh ổ bi 6203 .......................................................................... 42
Hình 2. 9. Bản vẽ lắp mô hình thí nghiệm ........................................................ 43
Hình 2. 10. Mô hình thí nghiệm sau khi lắp ráp hoàn chỉnh............................ 44
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

6

Hình 2. 11. Mô hình cấu tạo của máy đo Ma sát – Mòn –Bôi trơn.................. 44
Hình 2. 12. Mô hình máy đo ma sát sau khi lắp ráp hoàn chỉnh ..................... 45
Hình 2. 13. Hình ảnh ổ bi côn 30304 ............................................................... 46
Hình 3. 1. Mô hình hoàn chỉnh được đặt vào vị trí chuẩn bị thí nghiệm ......... 48
Hình 3. 2. Hình ảnh các mẫu thí nghiệm vòng bi 6203 .................................... 48
Hình 3. 3. Đo lực ổ bi B6203 mới..................................................................... 49
Hình 3. 4. Đo lực ổ bi B6203 cũ ....................................................................... 50
Hình 3. 5. Đo lực của ổ bi B6203 hỏng ............................................................ 51
Hình 3. 6. Đo lực ổ bi côn với tải trọng m= 10kg ............................................ 52
Hình 3. 7. Các hình ảnh đo khe hở và độ đảo của ổ bi côn ............................. 53
Hình 3. 8. Chuẩn bị tiến hành đo lực ổ bi côn với m = 20kg sau khi đã điều
chỉnh khe hở ổ bi ............................................................................................... 54
Hình 3. 9. Lực hướng kính của ổ bi mới với các chế độ tải khác nhau ............ 55
Hình 3. 10. Lực hướng kính của ổ bi cũ với các chế độ tải khác nhau ............ 56
Hình 3. 11. Lực hướng kính của ổ bi hỏng với các chế độ tải khác nhau ........ 57
Hình 3. 12. Lực hướng kính của ổ bi côn với các tốc độ khác nhau ................ 60
Hình 3. 13. Lực hướng trục của ô bi côn với các tốc độ khác nhau ................ 61
Hình 3. 14. Biên độ lực rung động hướng kính biến đổi FFT khi ổ bi mới hoạt
động ở các tải trọng khác nhau ........................................................................ 64
Hình 3. 15. Biên độ lực rung động hướng kính biến đổi FFT khi ổ bi cũ hoạt
động ở các tải trọng khác nhau ........................................................................ 66
Hình 3. 16. Biên độ lực rung động hướng kính biến đổi FFT khi ổ bi hỏng hoạt
động ở tải trọng 5kg.......................................................................................... 67

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

7


Danh mục các bảng biểu

Bảng 1. 2. Nguyên nhân và biện pháp khắc phục các hoạt động bất thường của
ổ lăn................................................................................................................... 17
Bảng 1. 3. Tần suất hư hỏng các chi tiết của ổ lăn ..........................................
24
Bảng 2. 1. Tính năng kỹ thuật chính của lực kế 9257BA .................................
39
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) ......................................................................
53
Bảng 3. 2. Kết quả lực rung động hướng kính lớn nhất và lực rung động hướng
kính bình phương trung bình phụ thuộc trạng thái kỹ thuật và tải trọng của ổ
bi 6203............................................................................................................... 58
Bảng 3. 3. Kết quả đo khe hở và độ đảo của ổ bi côn với các tải trọng: không
tải, có tải ( m = 10kg, m = 20kg) ......................................................................
59
Bảng 3. 4. Kết quả lực rung động hướng kính lớn nhất và lực rung động hướng
kính bình phương trung bình phụ thuộc tốc độ của ổ bi côn............................ 60
Bảng 3. 5. Kết quả lực rung động hướng trục lớn nhất và lực rung động hướng
trục bình phương trung bình phụ thuộc tốc độ của ổ bi côn ............................
61
Bảng 3. 6. Giá trị tần số rung động đặc trưng khi ổ bi xuất hiện các hư hỏng
63

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

8


MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu

Ổ lăn là một trong những chi tiết máy được sử dụng phổ biết trong các
truyền động. Độ tin cậy và độ chính xác của Ổ 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.
Trước đây, hầu hết các nghiên cứu về Ổ lăn chỉ tập trung vào tăng khả
năng tải, độ bền, nâng cao chất lượng làm việc bằng độ chính xác của Ổ lăn.
Gần đây các nghiên cứu đã tập trung vào hướng nghiên cứu các nguyên
nhân gây sai hỏng Ổ bi và cách khắc phục [1-3]. Thông thường, dự báo tình
trạng làm việc của Ổ thông qua các chỉ tiêu của nhà sản xuất nhưng trên thực
tế không hoàn toàn xảy ra như vậy: Ổ có thể hỏng bất chợt sẽ gây ra những
ảnh hưởng rất lớn đến quá trình làm việc của hệ thống thiết bị, máy móc. Vì lẽ
đó, các nghiên cứu dự báo trước tình trạng của ổ để có kế hoạch khắc phục kịp
thời sẽ bảo đảm an toàn cho người và bảo đảm thiết bị hoạt động liên tục.
Khi làm việc Ổ lăn thường phát sinh rung động, nhiệt, tiếng ồn.... Vậy
nên, việc giám sát tình trạng Ổ thông qua các yếu tố này là cần thiêt. Trong các
yếu tố nêu trên thì rung động được xem là thông số hiệu quả nhất để đánh giá
tình trạng hoạt động của máy móc, thiết bị, đặc biệt là các máy móc có chuyển
động quay. Việc giám sát bằng phương pháp này sẽ 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 như sút giảm năng suất sản
xuất của hệ thống thiết bị.
Việc giám sát, phân tích tình trạng thiết bị bằng rung động đã được
nhiều nhà khoa học các nước quan tâm nghiên cứu và ứng dụng từ trước đến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

9

nay [4,5,7,8,9] nhưng ở Việt Nam có rất ít các công trình nghiên cứu về lĩnh
vực này được công bố.
Từ cơ sở những phân tích trên, tác giả chọn đề tài:
"Thiết kế,chế tạo mô hình thí nghiệm sử dụng thiết bị đo rung để
phân tích tình trạng làm việc của ổ lăn ".

2. Mục tiêu nghiên cứu
Dự kiến mục tiêu chung của đề tài là: Dự báo được các sai hỏng của ổ
lăn để đảm bảo hiệu suất vận hành tối đa của các thiết bị, giảm các sự cố
ngưng máy bất chợt. Việc này được thực hiện bằng cách giám sát phân tích
tình trạng ổ lăn với thông số chính là dao động.
Mục tiêu cụ thể là:
1. Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm khảo sát đánh giá ổ bằng bức xạ
rung động.
2. Tiến hành thí nghiệm để phân tích, đánh giá thông số rung động của ổ
lăn. Chẩn đoán các nguyên nhân gây ra sai hỏng ổ lăn nhằm đưa ra lời khuyên
hợp lý.

3. Kết quả dự kiến
- Mô hình thí nghiệm phân tích đánh giá tình trạng làm việc của Ổ lăn có sử
dụng thiết bị đo rung (sử dụng thiết bị đo lực của Trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp Thái nguyên rồi chuyển đổi ra kết quả đo rung).
- Dữ liệu xác định tình trạng Ổ (thử nghiệm).

4. Phương pháp và phương pháp luận
- Phương pháp nghiên cứu:
+ Nghiên cứu thực nghiệm.


+ Nghiên cứu cơ sở.

- Phương pháp luận:
+ Tìm hiểu lý thuyết cơ bản của ổ lăn. Từ đó mô hình hóa thành mô hình thực
nghiệm

5. Nội dung luận văn
Ngoài lời nói đầu, tài liệu tham khảo, phụ lục; nội dung chính gồm các
chương sau:
- Chương 1: Ổ lăn và đánh giá tình trạng làm việc của ổ lăn
Các dạng sai hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục.
- Chương 2: Thiết kế, chế tạo mô hình thí nghiệm .
Xây dựng được mô hình thí nghiệm và chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm.
- Chương 3: Thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm.
Tiến hành thí nghiệm ta thu được các kết quả đo thể hiện dưới dạng đồ
thị và phân tích đánh giá các kết quả đó.
- Chương 4: Kết luận và kiến nghị


CHƯƠNG 1: Ổ LĂN VÀ ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG LÀM
VIỆC CỦA Ổ LĂN
1.1 Ổ lăn thường 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 trượt của 2 bộ phận tiếp xúc nhau khi
chuyển động thành ma sát lăn giữa các con lăn hoặc viên bi được 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 thường có rãnh để dẫn hướng cho con lăn và để
giảm ứng suất. Vòng trong lắp với ngõng trục, vòng ngoài lắp với gối trục (vỏ
máy, thân máy). Thường vòng trong quay cùng với trục, còn vòng ngoài thì
đứng yên, nhưng 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 được gọi là vòng bi hay ổ bi. Dựa vào
khả năng chịu lực hướng tâm hay hướng 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


trụ ngắn; ổ đũa côn; ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy, … một số loại ổ lăn điển hình
được thể hiện trên Hình 1.2 và Hình 1.3.
Ưu nhược điểm của ổ lăn
So sánh với ổ trượt , ổ lăn có các ưu 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 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 hoá và tính lắp lẫn cao, do đó thay thế thuận tiện, giá
thành chế tạo tương đối thấp khi sản xuất loạt lớn.

-

Tuy nhiên, 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 tính tác dụng lên các con lăn khá lớn 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, 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, …
Các loại ổ lăn thường dùng:
-

Ổ bi đỡ một dãy (Hình 1.2a): Chủ yếu là để chịu lực hướng tâm, nhưng
cũng có thể chịu lực dọc trục bằng 70% lực hướng tâm không dùng đến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

13


(lực hướng tâm không dùng đến là hiệu giữa lực hướng tâm cho phép
với lực hướng tâm thực tế). Ổ bi đỡ một dãy có thể làm việc bình
thường 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 hướng tâm,
nhưng cũng có thể chịu thêm tải trọng dọc trục bằng 20% khả năng chịu
lực hướng tâm không dùng đến. Ổ có thể làm việc bình thường khi trục
nghiêng một góc nghiêng tới 2 ÷ 30.

-

Ổ đũa trụ ngắn đỡ một dãy (Hình 1.3a): 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 hon khoảng 70%, đồng thời chịu va đập tốt hơn. Tuy
nhiên một số kiểu ổ đũa trụ ngắn đỡ không chịu được lực dọc trục (Hình
1.3a) và cũng không cho phép nghiêng trục.

-

Ổ đũa đỡ lòng cầu hai dãy (Hình 1.3b): Chủ yếu để chịu lực hướng tâm,
khả năng chịu lực hướng tâm của loại này gấp hai lần so với ổ bi đỡ
lòng cầu hai dãy cùng kích thước và có thể chịu được lực dọc trục bằng
20% lực hướng tâm không dùng tới.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

14


-

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
thường. Ổ kim hay dùng ở những chỗ cần hạn chế kích thước hướng
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 được
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 thường khi trục nghiêng tới 30’.

-

Ổ bi đỡ chặn một dãy (Hình 1.2c): Chịu được cả lực hướng tâm và 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 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 hướng tâm lẫn lực
dọc trục lớn. Ổ đũa côn đỡ chăn có thể chịu được lực hướng tâm bằng
170% so với ổ bi đỡ một dãy cùng kích thước. Loại này được dùng
nhiều trong chế tạo máy vì tháo lắp đơn giản, điều chỉnh khe hở và bù
lượng 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 lượng và đặc tính của tiếng ồn khi vòng bi
quay. Có thể phân biệt các hư hỏng của vòng bi như sự tróc vảy như dựa
trên đặc tính bất thường của tiếng ồn.

-

Nhiệt độ vòng bi: Nhiệt độ vòng bi có thể dự tính được từ nhiệt độ đo
được 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

15


thường 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 trường hợp như vậy cần tạm thời ngừng máy
và có biện pháp khắc phục.
-

Rung động ở vòng bi: Những bất thường của vòng bi có thể được phân
tích bằng cách đo rung động của một máy đang chạy. Một thiết bị phân
tích biểu đồ tần số dạng phổ được 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 được
nguyên nhân của các bất thường của vòng bi. Các dữ liệu đo được 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 được đo. Việc theo
dõi những bất thường về rung động từ vòng bi trong suốt thời gian vận
hành là rất hữu ích trong việc bảo trì.

-

Ảnh hưởng 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 hư hỏng sớm vòng bị.
Chất bôi trơn giúp ngăn ngừa sự tiếp xúc trực tiếp của các chi tiết kim
loại như 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 phương 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 phương pháp bôi trơn hợp lí để đạt được sự vận hành
tốt nhất của vòng bi.

1.2 Các tình trạng hỏng và nguyên nhân gây hỏng ổ lăn
Khi ổ lăn được sử dụng trong điều kiện lý tưởng, các dạng hỏng ổ phát
sinh là các dạng hỏng do mỏi. Thông thường tuổi thọ của ổ lăn được thể hiện
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

16


qua thời gian làm việc hoặc tổng số vòng quay trước khi hiện tượng mỏi xảy ra
ở vòng trong, vòng ngoài, trên con lăn, hiện tượng 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 thường, 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, phương 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 tượng 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 được sử dụng cũng cần
tập trung nghiên cứu song song với quá trình nghiên cứu ổ lăn.
1.2.1 Các hoạt động bất thường, nguyên nhân và biện pháp khắc phục
Nguyên nhân và biện pháp khắc phục các hoạt động bất thường của ổ
lăn [1, 2, 3] được thể hiện trong bảng 1.1 dưới đây:
Bảng 1. 1. Nguyên nhân và biện pháp khắc phục các hoạt động bất thường của ổ lăn
Hoạt động bất

thường

Nguyên nhân
1. Khe hở trong quá
mức

Nhiệt độ tăng bất
thường

2. Sự biến dạng trên
vòng bi
3. Do quá tải
4. Lỗi lắp ráp

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

Biện pháp khắc phục
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.

17


5. Khuyết tật của
vòng bi
6. Dung lượng chất
bôi trơn không đủ

7. Dầu bôi trơn
không đúng

Thay thế ổ mới
Dung lượng chất bôi trơn chính xác
Thay đổi dầu bôi trơn thích hợp

8. Phương pháp bôi

Thay đổi phương pháp bôi trơn bằng cách

trơn không đúng.

điều chỉnh hoặc thay thế các bộ phận mới.

9. Dầu bôi trơn
- Bôi trơn quá mức.
- Thiếu chất bôi
trơn.
- Dầu bôi trơn
không đúng

Giảm lượng chất bôi trơn và lựa chọn loại mỡ
rắn hơn.
Bổ sung thêm chất bôi trơn.
Dùng đúng loại dầu bôi trơn và phương pháp
bôi trơn hợp lý,

10. Sự tiếp xúc bất
thường với đệm kín

Làm kín hợp lý, chế độ lắp và phương pháp

khuất khúc và các

lắp hợp lý.

bộ phận khác.
Tải bất thường

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

Tiếng ồn

Lắp ráp sai

với lỗ gối và độ chính xác lắp ráp chưa hợp
lý.

lớn của
Bôi trơn không đủ

Bổ sung chất bôi trơn hay lựa chọn chất bôi

Tiếng

hoặc không đúng

trơn khác.

ồn lạ

Cọ xát của các chi

kim loại

tiết quay

Tiếng ồn
lớn đều

Thay đổi thiết kế vòng làm khuất khúc.

Vết nứt, ăn mòn hay

Thay mới hay làm sạch vòng bi cẩn thận, cải

vết xước trên rãnh

thiện sự làm kín và sử dụng chất bôi trơn

lăn

sạch.

Có vết lõm

Thay mới vòng bi cẩn thận

Sự tróc vảy trên

Thay mới vòng bi

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

18


rãnh lăn
Khe hở quá mức
Tiếng ồn

Sự thâm nhập phần

lớn không tử bên ngoài
đều

Có vết nứt hoặc tạo
vảy trên các viên bi

Rung động quá mức

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

Có vết lõm

Thay mới vòng bi cẩn thận

Sự tạo vảy

Thay mới vòng bi

Lỗi lắp ráp

Đảm bảo sự vuông góc giữa trục và vai lỗ gối.

Sự thâm nhập phần
tử bên ngoài

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

Giảm lượng chất bôi trơn và lựa chọn loại mỡ

của các phần tử bên

rắn hơn. Thay vòng bi hay chất bôi trơn. Vệ

ngoài hay các hạt

sinh buồng gối và các bộ phận bên trong.

mài.

1.2.2 Các dạng hỏng thường gặp của ổ lăn
Trong quá trình làm việc, thông thường trên các bề mặt làm việc của ổ
lăn xuất hiện một số dạng hư hỏng chính [3] sau:
Tróc, rỗ vì mỏi bề mặt làm việc
Hiện tượng rỗ và tróc thường gặp phải trên bề mặt làm việc của các chi
tiết như: Vòng trong, vòng ngoài, viên bi. Nguyên nhân sinh ra của hiện tượng
này là do mòn nghiêm trọng, ứng suất tiếp xúc vượt quá giới hạn cho phép.
Dạng hỏng này thường tập trung cục bộ ở một số điểm trên bề mặt trượt, 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 như 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.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

19


Hình 1. 4. Rỗ và tróc ở ổ lăn [3]

Tróc, rỗ xuất hiện sớm trong thời gian làm việc của ổ lăn trong các điều
kiện như: Trong quá trình làm việc, dung sai trong của ổ lăn trở nên hẹp hơn
so 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

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

20


e. Rỗ vòng trong Ổ bi cầu tự lựa 2 dãy
Hình 1. 5. Một số hình ảnh rỗ vòng bi [3]

Mòn vòng ổ và con lăn
Quá trình mòn xuất hiện do ma sát của các bề mặt trượt (mặt đầu của
các con lăn với cạnh bên, bề mặt vòng cách với bề mặt con lăn). Nguyên nhân
chủ 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 hướng 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 lượng bề mặt tiếp xúc của các chi tiết trong quá
trình gia công.

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

b. Mòn mặt lăn của vòng ngoài Ổ bi đũa trụ
2 dãy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

21


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

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 [3]

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 vượt quá giới hạn cho phép.
Các vết nứt hình thành ban đầu thường rất nhỏ (cỡ vài µm) và sau thời gian
hoạt động tương đối ngắn vết nứt này sẽ phát triển rất nhanh và gây nên gẫy
hỏng chi tiết, hình 1.7. Dạng hỏng này là hư hỏng cục bộ và cũng đóng vai trò
hết sức quan trọng, như là một đối tượng cần phát hiện của chuẩn đoán.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

22

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

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 [3]

Tần suất hư hỏng các chi tiết của ổ lăn được cho trong bảng 1.2.


Bảng 1. 2. Tần suất hư hỏng các chi tiết của ổ lăn

Dạng hỏng

Tần suất (%)

- Mài mòn

25%

- Tróc rỗ

26%

- Nứt và gẫy

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 [3]

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 ngưng tụ, độ ẩm ngưng tụ thành những giọt nước và rơi
xuống. Nước rơi xuống thường kèm theo dầu bôi trơn, kết quả là gỉ sét sinh ra
trên bề mặt ổ lăn. Khi ổ lăn được 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 [3]

Ăn mòn là hiện tượng 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 lưu huỳnh
hoặc clo tồn tại trong các chất phụ gia và dầu bôi trơn bị phân hủy dưới nhiệt
độ cao. Ăn mòn cũng xảy ra khi nước 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 như 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 hư hỏng và xử lý trước khi nó phát triển. Điều này sẽ không chỉ làm
giảm khả năng hư hỏng mà còn cho phép lên kế hoạch vật tư, nhân lực, kế
hoạch sửa chữa hạng mục có liên quan trong suốt thời gian ngừng máy.
1.3.1 Theo dõi tình trạng làm việc của ổ lăn dựa trên yếu tố nhiệt độ
Giám sát nhiệt độ là một trong những kỹ thuật không thể thiếu của giám
sát tình trạng. Đối với mỗi chi tiết, nhiệt độ thay đổi có thể biểu hiện của
những hư hỏng ban đầu. Nếu không được giám sát, phát hiện và hiệu chỉnh kịp
thời thì đôi khi chỉ cần một hư hỏng nhỏ của những chi tiết này cũng có thể
làm cho một thiết bị hoặc cả nhà máy ngừng hoạt động.