Bài giảng Chi tiết máy - Chương 9+10: Ổ trục - Phạm Minh Hải
ổ trục
Công dụng:
Đỡ các trục quay,
Giữ trục ở vị trí xác định trong máy
Cho phép trục quay quanh một đường tâm đã định
Vì vậy, ổ tiếp nhận các tải trọng tác dụng thông
qua trục từ các nguồn:
Tiết máy quay (BR, TV-BV, KN)
Tải trọng do rung động của trục
Mô-men con quay trên trục
Trọng lượng của trục và các tiết máy quay
Biến dạng đàn hồi của trục
Bạn đang xem tài liệu "Bài giảng Chi tiết máy - Chương 9+10: Ổ trục - Phạm Minh Hải", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
Tóm tắt nội dung tài liệu: Bài giảng Chi tiết máy - Chương 9+10: Ổ trục - Phạm Minh Hải
23/09/2016 1 1 TS. Phạm Minh Hải hai.phamminh1@hust.edu.vn hai.phamminh.hust@gmail.com ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN CƠ KHÍ BỘ MÔN CƠ SỞ THIẾT KẾ MÁY & ROBOT thietkemay.edu.vn Ổ trục 1 Ổ trục (Bearings) ổ trục Bánh lăn (quay) 2 Vì vậy, ổ tiếp nhận các tải trọng tác dụng thông qua trục từ các nguồn: Tiết máy quay (BR, TV-BV, KN) Tải trọng do rung động của trục Mô-men con quay trên trục Trọng lượng của trục và các tiết máy quay Biến dạng đàn hồi của trục ổ trục Công dụng: Đỡ các trục quay, Giữ trục ở vị trí xác định trong máy Cho phép trục quay quanh một đường tâm đã định 3 Các loại ổ trục: theo dạng ma sát Ổ trượt (sliding/plain bearing):Ma sát trượt Ổ lăn (rolling-element bearings): Ma sát lăn 4 23/09/2016 2 Các loại ổ trục: theo khả năng chịu tải Ổ đỡ Ổ chặn Ổ đỡ chặn Ổ chặn đỡ 5 So sánh Ổ lăn / Ổ trượt Ổ lăn > ổ trượt - Hệ số ma sát nhỏ (0.001-0.006) + cản khi mở máy thấp - Dễ bôi trơn - Chiều rộng nhỏ - TCH + lắp lẫn Ổ trượt > ổ lăn - KT hướng kính nhỏ gọn - Trục quay tốc độ rất cao (mỏi) hoặc rất thấp (tĩnh) - Yêu cầu phương của trục chính xác - Đường kính trục quá lớn (≥ 1m) - Ổ ghép (dễ tháo lắp) - Môi trường đặc biệt (nước, ăn mòn,) - Giảm chấn tốt - Dễ thiết kế theo đặt hàng 6 Chương 9. Ổ LĂN Khái niệm chung Một số loại ổ lăn thông dụng Cơ sở tính toán ổ lăn Tính toán lựa chọn ổ lăn 9.1 Khái niệm chung a. Cấu tạo 1. Vòng ngoài (lắp lên gối trục) 2. Vòng trong (lắp lên ngõng trục) 3. Con lăn 4. Vòng cách 1 2 3 4 23/09/2016 3 9.1 Khái niệm chung b. Phân loại Theo khả năng tiếp nhận tải trọng Ổ đỡ : Fr + Fa (không/rất ít) Ổ đỡ chặn: Fr + Fa Ổ chặn: Fa Ổ chặn đỡ: Fa + Fr (ít) 9.1 Khái niệm chung b. Phân loại Theo dạng con lăn Bi Đũa trụ Đũa kim Đũa côn Tang trống đ/x Tang trống lệch 9.1 Khái niệm chung b. Phân loại Theo số dãy con lăn Ổ một dãy Ổ hai dãy Ổ bốn dãy 9.1 Khái niệm chung b. Phân loại Theo cỡ đường kính ngoài 12 a) Đặc biệt nhẹ (vận tốc làm việc cao) b) Nhẹ c) Nhẹ rộng d) Trung (bình) đ) Trung (bình) rộng e) Nặng (vận tốc l/v thấp) 1) Khối lượng 2) Khả năng tải động 3) Tốc độ tới hạn 23/09/2016 4 9.1 Khái niệm chung b. Phân loại Ổ tự lựa 13 9.1 Khái niệm chung 14 Tiêu chuẩn Việt Nam 3776-83 Đường kính trong 10 12 15 17 20 25 00 01 02 03 04 05 Cỡ ổ Loại ổ 7204 Ký hiệu ổ lăn Các tiêu chuẩn khác: GOST (ΓOCT), DIN, JIS 9.2 Một số ổ lăn thông dụng ổ đỡ ổ chặn 15 9.2 Một số ổ lăn thông dụng 16 Ổ bi đỡ một dãy (Deep groove ball bearings) Có khả năng tự lựa Kết cấu đơn giản, giá thành rẻ Khả năng chịu va đập kém Thích hợp với tốc độ cao và rất cao Ổ bi đỡ lòng cầu 2 dãy (Self-aligning ball bearings) • Thích hợp với trục truyền chung có nhiều ổ trục hoặc khó đảm bảo lắp đồng tâm 23/09/2016 5 9.2 Một số ổ lăn thông dụng 17 Barrel roller bearings Có khả năng tự lựa Chịu lực hướng tâm lớn Thích hợp với tốc độ thấp và trung bình Ổ đũa trụ ngắn đỡ một dãy (Cylindrical roller bearings, single row) Chịu tải hướng tâm lớn Chịu va đập tốt Không chịu lực dọc trục (tùy động) Đắt hơn ổ bi đỡ một dãy 9.2 Một số ổ lăn thông dụng 18 Ổ kim (Needle roller bearings) • Dùng ở chỗ có yêu cầu kích thước hướng kính hạn chế Ổ đũa côn (Tapered roller bearings) Chịu lực hướng tâm rất lớn Chịu lực dọc trục lớn (1 chiều) Tốc độ trung bình và cao Dễ tháo lắp Dễ điều chỉnh khe hở để bù lượng mòn 9.3 Cơ sở tính toán ổ lăn 9.3.1 Sự phân bố tải trọng trên các con lăn 9.3.2 Ứng suất và chu kỳ chịu tải 19 9.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn Xét Ổ bi đỡ chỉ chịu lực hướng tâm 20 F r 23/09/2016 6 9.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn 21 α Fr F0 F1 F1 F2F2 9.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn Phương trình cân bằng lực 22 α Fr F0 F1 F1 F2F2 α++α+= ncosF2...cosF2FF n10r j ii CF=δ hằng số C : phụ thuộc vật liệu và bán kính cong Số mũ j : • tiếp xúc điểm (con lăn là bi) j = 2/3 • tiếp xúc đường (con lăn côn) j = 1 δ0δ1 α Biến dạng αδ=δ cos01 αδ=δ 2cos02 αδ=δ icos0i α δo δ1 9.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn 23 Trường hợp tiếp xúc điểm (ổ bi) z kFF r0 = với ∑ = α+ = n 1i 2/5 icos21 zk z = 10; 15; 20 tính được k = 4.38; 4.37;4.36 Trong thực tế các giả thiết không được thỏa mãn, do đó z 5FF r0 = Trường hợp tiếp xúc đường (ổ đũa) z 4.5FF r0 = 9.3.1 Sự phân bố tải trên các con lăn Nhận xét Sự phân bố tải trọng phụ thuộc vào độ chính xác chế tạo Càng nhiều con lăn thì ổ có khả năng chịu tải hướng tâm càng lớn 24 23/09/2016 7 9.3.2 Ứng suất và chu kỳ chịu tải 25 Công thức Hertz 3 2 2 0 maxH EF38.0 ρ =σ Tại điểm A A2A1A 111 ρ + ρ = ρ Tại điểm B B1A1B 111 ρ − ρ = ρ Do đó ta có ρA < ρB σHA > σHB dẫn đến vòng trong nhanh hỏng hơn vòng ngoài Fo A B 9.3.2 Ứng suất và chu kỳ chịu tải 26 t t σΗ σΗ σHmax σHmax Thông thường bố trí vòng trong quay Vòng quay có số chu kỳ chịu tải nhỏ hơn vòng đứng yên Vòng trong chịu ứng suất lớn hơn vòng ngoài => nên để vòng trong quay, vòng ngoài đứng yên 27 Biến dạng dư bề mặt làm việc Mòn vòng và con lăn Tróc vì mỏi bề mặt Vỡ vòng cách Các dạng hỏng 9.4 Tính toán lựa chọn ổ lăn 9.4 Tính toán lựa chọn ổ lăn Chỉ tiêu CHỌN ổ lăn: 1. Theo thả năng tải động 2. Theo khả năng tải tĩnh Khả năng tải tĩnh (C0) là tải trọng tĩnh gây nên biến dạng dư tổng cộng của con lăn và đường lăn bằng 0.0001 giá trị đường kính con lăn tại vùng tiếp xúc chịu tải lớn nhất. • Khả năng tải động (C) là tải trọng tĩnh do ổ tiếp nhận mà không ít hơn 90% số ổ cùng loại, cùng kích thước lấy làm thí nghiệm chưa xuất hiện các dấu hiệu tróc mỏi sau tối thiểu 1 triệu chu kỳ. 28 23/09/2016 8 + σH ứng suất tiếp xúc của con lăn, tỷ lệ với tải trọng Q + N số chu kỳ chịu tải, tỷ lệ với tuổi thọ của con lăn L (triệu vòng quay) + m = 3 đối với ổ bi + m =10/3 đối với ổ đũa • Thực nghiệm QL1/m(=1[triệu vòng]) = C → gọi C là khả năng tải động của ổ lăn (xem trang trước) 29 constNHmH =σ Phương trình đường cong mỏi QmL = const 9.4 Tính toán lựa chọn ổ lăn Kiểm nghiệm khả năng tải tĩnh Q0 ≤ C0 Q0 là tải trọng tĩnh tương đương (KN) C0 Khả năng tải tĩnh của ổ được chọn Kiểm nghiệm khả năng tải động (khi n>1rpm) Ctính = QL1/m ≤ C Q: tải trọng L: tuổi thọ theo yêu cầu C: Khả năng tải động của ổ được chọn Xác định Q0 , Q, L như thế nào? 9.4 Tính toán lựa chọn ổ lăn Khả năng tải động và khả năng tải tĩnh được xác định thông qua thí nghiệm với dạng tải trọng đơn giản: - Ổ đỡ và đỡ chặn: Tải trọng hướng tâm (TTHT) - Ổ chặn và chặn đỡ: Tải trọng dọc trục (THDT) Thực tế, ổ có thể chịu đồng thời TTHT và TTDT 30 Tải trọng tương đương (theo khả năng tải động) – Ổ đỡ và đỡ chặn Q = (XVFr + YFa)KđKt – Ổ chặn đỡ Q = (XFr + YFa)KđKt – Ổ chặn Q = FaKđKt 31 Tải trọng tương đương (theo tải tĩnh) – Ổ đỡ và đỡ chặn Qo = XoFr + YoFa Qo = Fr (khi α=0 độ) - Ổ chặn đỡ và Ổ chặn Qo = 2,3Fr tgα+ Fa Qo = Fa (khi α=90 độ) 9.4 Tính toán lựa chọn ổ lăn – vòng trong quay V = 1, vòng ngoài quay V = 1.2 – Kđ hệ số kể đến ảnh hưởng của đặc tính tải trọng – Kt hệ số kể đến ảnh hưởng của nhiệt độ – X, Y yếu tố xét đến ảnh hưởng của tải trọng hướng tâm và dọc trục đến tuổi thọ. Tra bảng 17.1 Lực dọc trục không có ảnh hưởng đáng kể đến tuổi thọ 32 23/09/2016 9 L : tuổi thọ cần thiết (triệu vòng) Trường hợp tuổi thọ yêu cầu cho theo giờ (Lh) thì L = 60.10-6nLh +n n = 10 +n chọn theo khả năng tải tĩnh 33 9.4 Tính toán lựa chọn ổ lăn Xác định tải trọng dọc trục Fa • Ổ bi đỡ và ổ bi lòng cầu hai dẫy Fa = Fat Fat: ngoại lực tác động dọc trục 34 9.4 Tính toán lựa chọn ổ lăn Ổ bi đỡ chặn và ổ đũa côn 35 ∑Fai > Fsi → Fai = ∑Fai ∑Fai < Fsi → Fai = Fsi Ổ bi : Fsi = e.Fri Ổ đũa Fsi = 0.85e.Fri 9.5 Các bước chọn ổ lăn 1. Chọn loại ổ và sơ đồ bố trí ổ Các yếu tố cần xét: • Hướng tiếp nhận tải • Đặc điểm kết cấu (tự lựa?) 36 Fa/Fr<0.3: 1) Ổ bi đỡ 1 dãy 2) Ổ đũa trụ ngắn đỡ (độ cứng) 3) Ổ đũa côn (độ cứng, chính xác tâm trục) 4) Lòng cầu 2 dãy (tự lựa) Fa/Fr≥0.3: 1) Ổ bi đỡ chặn 2) Ổ đũa côn 3) Ổ Chặn đỡ (Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí - tập 1 – Trịnh Chất, Lê Văn Uyển) 23/09/2016 10 37 Khe hở tránh kẹt ổ do trục bị giãn nở nhiệt Cố định 1 đầu Gối tùy động 2. Tính tải trọng tương đương Qi 3. Tính Cđ = Q L1/m 4. Chọn kích thước ổ lăn sao cho +dổ = dtrục +Cđ ≤ [Cbảng] Nếu không thỏa mãn : • Tăng góc α • Ổ bi ko đủ bền -> ổ côn • Giảm thời gian làm việc 38 9.5 Các bước chọn ổ lăn Chương 10. Ổ trượt 39 10.1 Các loại ổ trượt Ổ đỡ (journal bearing) Ổ chặn (thrust bearing) Dẫn hướng (linear bearing) 23/09/2016 11 top foil bump foil 10.1 Các loại ổ trượt Floating ring bearing Bạc ổ trục Chất bôi trơn Vòng tự do Trục Foil – air bearing 10.2 Kết cấu và vật liệu 42 +Chế tạo đơn giản +Độ cứng lớn -Không thể điều chỉnh khe hở -Khó khăn khi lắp ráp Ổ nguyên Ổ ghép Thân ổ Lót ổ Kết cấu Rãnh dầu 10.2 Kết cấu và vật liệu 43 Vật liệu lót ổ: • Độ bền cao, • Hệ số ma sát thâp • Chịu mài mòn • Chịu nhiệt • Chịu ăn mòn Vật liệu lót ổ Thành phần Tính chất Ba-bít (Babbitt) (lớp bề mặt) Nền: Chì/thiếc (<110oC) Hạt rắn: antimon, đồng, nikel pV > 15 MPa. m/s Chất dẻo phủ trên kim loại (Plastic) PTFE – đồng-thép Frelon - nhôm pV<1.79 MPa m/s −200–280 °C Đồng thanh (Bronze) SAE 660, CDA 954 V< 3.8 m/s pV<4.38 MPa m/s −12–232 °C Gang xám (Cast Iron ) V thấp Gờ-ra-phít (Graphite alloy) V< 0.38 m/s −268–399 °C Các vật liệu khác: Đá tự nhiên, chất dẻo, gỗ, gốm 10.3 Cơ sở tính toán ổ trượt Các dạng ma sát: 44 Ma sát ướt Ma sát nửa ướt Khi có bôi trơn Gặp trong ổ trục khi làm việc đúng Gặp trong cơ cấu bánh răng, cam Khi không bôi trơn: Ma sát khô 23/09/2016 12 45 10.3 Cơ sở tính toán ổ trượt Nguyên lý bôi trơn thủy động và Khả năng tải của ổ 10.3 Cơ sở tính toán ổ trượt 46 a) Chất lỏng Newton, chảy tầng b) Cân bằng lực trên 1 phân tố chất lỏng c) Điều kiện biên d) Điều kiện liên tục q q Phương trình Rây-nôn (Reynolds) Nguyên lý bôi trơn thủy động Nhận xét: Điều kiện chủ yếu để tạo nên ma sát ướt bằng bôi trơn thủy động 1. Giữa hai bề mặt trượt phải tạo khe hở hình chêm 2. Chất bôi trơn phải có độ nhớt nhất định và liên tục chảy vào khe hở 3. Vận tốc trượt tương đối giữa hai bề mặt phải có phương/chiều thích hợp và trị số đủ lớn 47 10.3 Cơ sở tính toán ổ trượt Nguyên lý bôi trơn thủy động Khả năng tải của ổ đỡ Đường kính lỗ: D Đường kính ngõng trục: d Độ hở đường kính: δ = D-d Độ hở tương đối: ψ= δ/d Độ lệch tâm tương đối khi làm việc: χ = 2e/δ 48 10.3 Cơ sở tính toán ổ trượt Nguyên lý bôi trơn thủy động 23/09/2016 13 49 2 2 2 1 Phương trình Rây-nôn cho ổ dài “vô hạn” Khả năng tải của ổ đỡ 10.3 Cơ sở tính toán ổ trượt 50 Khả năng tải của ổ đỡ 10.3 Cơ sở tính toán ổ trượt Khả năng tải của ổ khi xét đến chiều dài ổ Khả năng tải của ổ đỡ (khi chiều dài hữu hạn) 10.3 Cơ sở tính toán ổ trượt 51 10.4 Tính toán thiết kế ổ trượt Các dạng hỏng 52 DínhMòn lót ổ và ngõng trục Rỗ do mỏi 23/09/2016 14 10.4Tính toán thiết kế ổ trượt Chỉ tiêu tính toán i. Tính toán quy ước ii. Tính toán ổ trượt bôi trơn ma sát ướt iii. Tính toán nhiệt 53 10.4 Tính toán thiết kế ổ trượt Tính toán quy ước ổ trượt 54 10.4 Tính toán thiết kế ổ trượt Tính toán ổ trượt bôi trơn ma sát ướt hmin ≥ s(Rz1 + Rz2) Trong đó: s là hệ số an toàn 55 Thông số đầu vào : • tải trọng Fr tác dụng lên ổ • số vòng quay trong một phút n của ngõng trục • đường kính d của ngõng trục • nhiệt độ của dầu cửa vào Các thông số cần xác định : • chiều dài l • độ hở δ • độ nhớt của dầu (loại dầu bôi trơn) 56 10.4 Tính toán thiết kế ổ trượt 23/09/2016 15 Trình tự tính toán ổ trượt bôi trơn ma sát ướt 1. Chọn/xác định tỉ số l/d (thường bắt đầu với l/d = 0.6-1). -> Tính chiều dài l của ổ -> Kiểm tra p ≤ [p] ; pv ≤ [pv] ; 2. Chọn độ hở tương đối ψ, tính δ = ψ.d. Chọn kiểu lắp và định trị số khe hở trung bình δtb Chọn độ nhám bề mặt 3. Chọn loại dầu bôi trơn, nhiệt độ trung bình t và độ nhớt µ (tra bảng 16.2) 4.Tính hệ số khả năng tải (cần thiết) φ của ổ: φ = p ψ2 /piω từ l/d , φ xác định χ (tra bảng 16.1) d, χ ,ψ hmin 5. Kiểm nghiệm hmin theo điều kiện bôi trơn ma sat ướt 6. Kiểm tra về nhiệt 57 10.4 Tính toán thiết kế ổ trượt
File đính kèm:
- bai_giang_chi_tiet_may_chuong_910_o_truc_pham_minh_hai.pdf