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
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

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

NGUYỄN PHƢƠNG VÂN

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ 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

Tơi 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 thơng tin tham khảo đƣợc trích dẫn.

Tháng 04 năm 2014
Nguyễn Phƣơng Vân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

2


Lời cảm ơn

Trƣớc hết, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến giáo viên hƣớng dẫn
khoa học của tơi, thầy giáo PGS.TS. Hồng 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 tơi trong q 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 hồn 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. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận ................................................................................................ 10
+ Nghiên cứu cơ sở. ............................................................................................................................ 11
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 vịng bi ...................................................................... 15
1.2 Các tình trạng hỏng và nguyên nhân gây hỏng ổ lăn .................................................. 16
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 ................................................................... 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 bơi trơn ...................................................................... 29
1.3.4 Kỹ thuật NDT ....................................................................................................... 30
1.3.5 Kỹ thuật siêu âm................................................................................................... 31
1.4 Kết luận chƣơng .......................................................................................................... 34
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MƠ HÌNH THÍ NGHIỆM ...................................................... 36

2.1 Mơ hình thí nghiệm thu nhận tín hiệu dao động ......................................................... 36
2.1.1 Sơ đồ chung của mơ hình thí nghiệm................................................................... 36
2.1.2 Thiết bị đo lực ...................................................................................................... 38
2.1.3 Thiết kế, chế tạo các chi tiết của mơ hình thí nghiệm .......................................... 41
2.2 Lắp ghép các chi tiết để tạo thành mơ hình hồn chỉnh .............................................. 42
2.3 Kết luận chƣơng .......................................................................................................... 46

CHƢƠNG 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 mơ 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 hƣ 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 chƣơng .......................................................................................................... 67
CHƢƠNG 4: KẾT LUẬN .................................................................................................................. 69

4.1 Các kết quả đã đạt đƣợc .............................................................................................. 69
4.2 Đề xuất các hƣớng 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 vịng bi .............................................................. 21
Hình 1. 6. Một số hình ảnh mịn ổ bi ................................................................ 22
Hình 1. 7. Một số hình ảnh nứt gẫy vịng bi ..................................................... 23
Hình 1. 8. Hình ảnh bề mặt vịng bi bị biến dạng dư ....................................... 24
Hình 1. 9. Gỉ sét bám trên vịng 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. Mơ hình lấy mẫu để giám sát tình trạng dầu bơi trơn ................... 30
Hình 1. 13. Dùng kỹ thuật siêu âm để giám sát tình trạng hoạt động .............. 32
Hình 2. 1. Mơ hình thí nghiệm để đo rung động Ổ lăn trong quá trình làm việc
........................................................................................................................... 36
Hình 2. 2. Sơ đồ khối mơ hình thực nghiệm thu nhận tín hiệu rung động ....... 37
Hình 2. 3. Mơ hình của máy đo ma sát. ............................................................ 38
Hình 2. 4. Mơ hình bộ phận có lắp ổ bi cơn 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 mơ hình thí nghiệm ........................................................ 43
Hình 2. 10. Mơ hình thí nghiệm sau khi lắp ráp hồn chỉnh ............................ 44
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

6

Hình 2. 11. Mơ hình cấu tạo của máy đo Ma sát – Mịn –Bơi trơn.................. 44
Hình 2. 12. Mơ hình máy đo ma sát sau khi lắp ráp hồn chỉnh ..................... 45
Hình 2. 13. Hình ảnh ổ bi cơn 30304 ............................................................... 46
Hình 3. 1. Mơ hình hồn chỉnh được đặt vào vị trí chuẩn bị thí nghiệm ......... 48
Hình 3. 2. Hình ảnh các mẫu thí nghiệm vịng 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 cơn với tải trọng m= 10kg ............................................ 52
Hình 3. 7. Các hình ảnh đo khe hở và độ đảo của ổ bi cơn ............................. 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 ơ bi cơn 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: khơng
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 cơn ............................ 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 cơn ............................ 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 đƣợc 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 đốn 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 lăn chỉ tập trung vào tăng khả
năng tải, độ bền, nâng cao chất lƣợng làm việc bằng độ chính xác của Ổ lăn.
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]. Thông thƣờng, dự báo tình
trạng làm việc của Ổ thơng qua các chỉ tiêu của nhà sản xuất nhƣng trên thực
tế khơng hồn tồn xảy ra nhƣ vậy: Ổ có thể hỏng bất chợt sẽ gây ra những
ảnh hƣởng rất lớn đến quá trình làm việc của hệ thống thiết bị, máy móc. Vì lẽ
đó, các nghiên cứu dự báo trƣớc tình trạng của ổ để có kế hoạch khắc phục kịp
thời sẽ bảo đảm an toàn cho ngƣời và bảo đảm thiết bị hoạt động liên tục.
Khi làm việc Ổ lăn thƣờng phát sinh rung động, nhiệt, tiếng ồn.... Vậy
nên, việc giám sát tình trạng Ổ thơng qua các yếu tố này là cần thiêt. Trong các
yếu tố nêu trên thì rung động đƣợc 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 phƣơng 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 nhƣ sút giảm năng suất sản
xuất của hệ thống thiết bị.
Việc giám sát, phân tích tình trạng thiết bị bằng rung động đã đƣợc
nhiều nhà khoa học các nƣớc quan tâm nghiên cứu và ứng dụng từ trƣớc đến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

9


nay [4,5,7,8,9] nhƣng ở Việt Nam có rất ít các cơng trình nghiên cứu về lĩnh
vực này đƣợc cơng bố.
Từ cơ sở những phân tích trên, tác giả chọn đề tài:
"Thiết kế,chế tạo mơ 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 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 ổ lăn với thơng số chính là dao động.
Mục tiêu cụ thể là:
1. Thiết kế, chế tạo mơ hình thí nghiệm khảo sát đánh giá ổ bằng bức xạ
rung động.
2. Tiến hành thí nghiệm để phân tích, đánh giá thơng số rung động 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
- Mơ 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 Trƣờng 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. Phƣơng pháp và phƣơng pháp luận
- Phƣơng pháp nghiên cứu:
+ Nghiên cứu thực nghiệm.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

10


+ Nghiên cứu cơ sở.
- Phƣơng pháp luận:

+ Tìm hiểu lý thuyết cơ bản của ổ lăn. Từ đó mơ hình hóa thành mơ hình thực
nghiệm

5. Nội dung luận văn
Ngồi 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
Các dạng sai hỏng, nguyên nhân và biện pháp khắc phục.
- Chƣơng 2: Thiết kế, chế tạo mơ hình thí nghiệm .
Xây dựng đƣợc mơ hình thí nghiệm và chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm.
- Chƣơng 3: Thí nghiệm và phân tích kết quả thí nghiệm.
Tiến hành thí nghiệm ta thu đƣợc các kết quả đo thể hiện dƣới dạng đồ
thị và phân tích đánh giá các kết quả đó.
- Chƣơng 4: Kết luận và kiến nghị

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

11


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 khun.
Cấu tạo ổ lăn bao gồm: Vịng trong, vịng ngồi, vịng cách và con lăn.
Vịng trong và vịng ngồi thƣờng có rãnh để dẫn hƣớng cho con lăn và để

giảm ứng suất. Vòng trong lắp với ngõng trục, vịng ngồi lắp với gối trục (vỏ
máy, thân máy). Thƣờng vịng trong quay cùng với trục, cịn vịng ngồi thì
đứng n, nhƣng cũng có khi vịng ngồi quay cùng với gối trục cịn vịng
trong đứng n 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

12


trụ ngắn; ổ đũa cơn; ổ đũa đỡ lịng cầu hai dãy, … một số loại ổ lăn điển hình
đƣợc thể hiện trên Hình 1.2 và Hình 1.3.
Ưu nhược 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. Ngồi 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 bơi trơn đơn giản, ít tốn vật liệu bơi trơn, có thể dùng mỡ
bơi trơn.

-

Kích thƣớc chiều rộng ổ lăn nhỏ hơn chiều rộng ổ trƣợt có cùng đƣờng
kính ngõng trục.

-

Mức độ tiêu chuẩn hố 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, …
Các loại ổ lăn thường 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 khơng dùng đến

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

13


(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, khơng q 15’ ÷ 20’.

Hình 1. 2. Các loại ổ bi

Hình 1. 3. Các loại ổ đũa
-

Ổ bi đỡ lịng 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 khơng 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 khơng cho phép nghiêng trục.

-

Ổ đũa đỡ lịng 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
lịng cầu hai dãy cùng kích thƣớc và có thể chịu đƣợc lực dọc trục bằng
20% lực hƣớng 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
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 vịng ngồi – góc tiếp xúc càng lớn thì khả năng
chịu lực càng lớn.

-

Ổ đũa cơn 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 thơng số vận hành của vịng bi
Theo [1] các thơng số vận hành chính của vịng bi là: Tiếng ồn, nhiệt độ,
rung động và tình trạng chất bơi trơn.
-

Tiếng ồn của vịng bi: Trong suốt q trình vận hành, sử dụng thiết bị

theo dõi âm thanh để đo âm lƣợng và đặc tính của tiếng ồn khi vịng bi
quay. Có thể phân biệt các hƣ hỏng của vịng bi nhƣ sự tróc vảy nhƣ dựa
trên đặc tính bất thƣờng của tiếng ồn.

-

Nhiệt độ vòng bi: Nhiệt độ vòng bi có thể dự tính đƣợc từ nhiệt độ đo
đƣợc từ bên ngồi vỏ của gối đỡ và có thể đo trực tiếp từ vịng ngồi của
vịng bi bằng một đầu đo đi xuyên qua một lỗ dầu trên vỏ gối. Thơng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

15


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 bơi trơn khơng đủ hay lắp ráp khơng 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 vịng 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 bơi trơn: Mục đích chính của sự bơi trơn là giảm ma
sát và giảm sự mài mòn bên trong vịng bi tránh hƣ hỏng sớm vịng bị.
Chất bơi trơn giúp ngăn ngừa sự tiếp xúc trực tiếp của các chi tiết kim
loại nhƣ bi, vịng trong, vịng ngồi 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 vịng bi.

-

Lựa chọn chất bơi trơn: Có hai phƣơng pháp chính để bơi trơn vịng bi là
bôi trơn bằng mỡ và bôi trơn bằng dầu. Tùy vào điều kiện và mục đích
sử dụng lựa chọn phƣơng pháp bơi trơn hợp lí để đạt đƣợc sự vận hành
tốt nhất của vịng bi.

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
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

16


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 q trình thực hiện sai.

-

Chất bơi trơn bị hỏng, phƣơng pháp bôi trơn không đúng hoặc khơng
che kín.

-

Tốc độ và nhiệt độ làm việc khơng đúng.

-

Chất bơi trơn bị bẩn phát sinh trong q 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, 2, 3] đƣợc thể hiện trong bảng 1.1 dƣới đây:
Bảng 1. 1. Nguyên nhân và biện pháp khắc phục các hoạt động bất thường của ổ lăn
Hoạt động bất
thƣờng

Nguyên nhân
1. Khe hở trong quá
mức

Nhiệt độ tăng bất
thƣờng

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
vịng bi
6. Dung lƣợng chất
bơi trơn khơng đủ
7. Dầu bôi trơn
không đúng

Thay thế ổ mới
Dung lƣợng chất bơi trơn chính xác
Thay đổi dầu bơi trơn thích hợp

8. Phƣơng pháp bôi

Thay đổi phƣơng 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 lƣợng chất bôi trơn và lựa chọn loại mỡ
rắn hơn.

Bổ sung thêm chất bôi trơn.
Dùng đúng loại dầu bôi trơn và phƣơng pháp
bôi trơn hợp lý,

10. Sự tiếp xúc bất
thƣờng với đệm kín

Làm kín hợp lý, chế độ lắp và phƣơng pháp

khuất khúc và các

lắp hợp lý.

bộ phận khác.
Tải bất thƣờng

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

Tiếng ồn

Lắp ráp sai

lớn của
kim loại

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

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
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 xƣớc trên rãnh

thiện sự làm kín và sử dụng chất bơi trơn

lăn

sạch.

Có vết lõm

Thay mới vịng bi cẩn thận

Sự tróc vảy trên

Thay mới vịng 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 ngồi
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 trƣớc

Thay mới hay làm sạch vòng bi cẩn thận, cải
thiện sự làm kín và sử dụng chất bơi trơn
sạch.
Thay mới vịng bi

Có vết lõm

Thay mới vịng bi cẩn thận

Sự tạo vảy

Thay mới vòng bi

Lỗi lắp ráp

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

Sự thâm nhập phần
tử bên ngồi

Thay mới hay làm sạch vịng bi cẩn thận, cải
thiện sự làm kín và sử dụng chất bơi trơn
sạch.

Q nhiều chất bơi
Sự rị rỉ hay biến
mầu chất bôi trơn

trơn. Sự thâm nhập

Giảm lƣợng chất bôi trơn và lựa chọn loại mỡ

của các phần tử bên

rắn hơn. Thay vịng bi hay chất bơi trơn. Vệ

ngồi hay các hạt

sinh buồng gối và các bộ phận bên trong.

mài.

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 [3] 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: Vịng trong, vịng ngồi, viên bi. Ngun 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 tồn
bộ thiết bị nhƣ Hình 1.4. Do đó việc chuẩn đốn 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 nhƣ: 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, vịng trong của ổ khơng chính xác.

a. Rỗ vịng trong Ổ bi chặn rãnh sâu

b. Rỗ vòng trong Ổ bi đũa trụ

c. Rỗ vịng ngồi Ổ bi đũa trụ 2 dãy

d. Rỗ vịng trong Ổ bi đũa cơn

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 vịng bi [3]

Mịn vịng ổ và con lăn
Q trình mịn 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 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 mịn có thể giảm bằng cách cải thiện

q trình bơi trơn và tăng chất lƣợng bề mặt tiếp xúc của các chi tiết trong q
trình gia cơng.

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

b. Mòn mặt lăn của vòng ngồi 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. Mịn do ma sát với trục vịng ngồi Ổ

đũa cơn

bi chặn rãnh sâu

e. Mịn do ma sát với tải nhẹ tại mặt lăn vòng trong Ổ bi chặn rãnh sâu
Hình 1. 6. Một số hình ảnh mịn 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 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 trị

hết sức quan trọng, nhƣ là một đối tƣợng cần phát hiện của chuẩn đốn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

22


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

b. Nứt vịng ngồi của Ổ bi đũa trụ
2 dãy

c. Nứt trên vịng ngồi ổ bi tiếp xúc 4 điểm

d. Vỡ gờ vịng ngồi Ổ bi đũa trụ

e. Vỡ gờ thuộc vịng ngồi Ổ bi đũa trụ

Hình 1. 7. Một số hình ảnh nứt gẫy vịng bi [3]

Tần suất hƣ hỏng các chi tiết của ổ lăn đƣợc cho trong bảng 1.2.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

23


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

Dạng hỏng

Tần suất (%)

- Mài mịn

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 vịng/phút).

a. Biến dạng dư trên vịng ngồi mặt lăn

b. Biến dạng dư trên mặt lăn vòng

của Ổ bi chặn rãnh sâu

trong của ổ bi đũa cơn

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 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 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.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

24


a. Gỉ vịng ngồi mặt lăn ổ đỡ chặn

b. Gỉ trên Vịng ngồi Mặt lăn Ổ bi đũa
trụ 2 dãy

Hình 1. 9. Gỉ sét bám trên vòng bi [3]

Ăn mòn là hiện tƣợng của q 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 vịng bi trong q trình vận hành để phát

hiện sớm hƣ hỏng và xử lý trƣớc khi nó phát triển. Điều này sẽ khơng 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 tình trạng làm việc của ổ lăn dựa trên yếu tố nhiệt độ
Giám sát nhiệt độ là một trong những kỹ thuật khơng thể thiếu của giám
sát tình trạng. Đối với mỗi chi tiết, nhiệt độ thay đổi có thể biểu hiện của
những hƣ hỏng ban đầu. Nếu không đƣợc giám sát, phát hiện và hiệu chỉnh kịp
thời thì đơi khi chỉ cần một hƣ hỏng nhỏ của những chi tiết này cũng có thể
làm cho một thiết bị hoặc cả nhà máy ngừng hoạt động.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu - ĐHTN

25