Chi tiết máy Chương VIII
CHƯƠNG 8
Ổ TRỤC
8A. Ổ LĂN
8A.1. KHÁI NIỆM
Vòng ngoài
Vòng trong
Con lăn
a. Các bộ phận chính của ổ lăn
• Cấu tạo ổ lăn gồm vòng ngồi, vòng trong, con lăn. Giữa các con lăn còn
có vòng cách
• Nhờ có con lăn nên ma sát trong ổ là ma sát lăn. Hệ số ma sát lăn f =
0,0015…0,006
• Chế độ bơi trơn khá đơn giản. Kết cấu cho phép chế tạo hàng loạt nên giá
thành thấp
b. Phân loại
• Theo hình dạng con lăn : bi, đũa trụ ngắn, đũa trụ dài, đũa cơn, đũa hình
trống đối xứng hoặc khơng đối xứng, đũa kim, đũa xoắn …
• Theo khả năng chịu tải trọng :
o Ổ đỡ: chỉ chịu tải trọng hướng tâm và một phần lực dọc trục (ổ bi
đỡ) hoặc chỉ chịu được tải trọng hướng tâm (ổ đũa trụ ngắn)
o Ổ đỡ chặn: chịu tải trọng hướng tâm và dọc trục (ổ bi đỡ chặn, ổ
đũa cơn đỡ chặn)
o Ổ chặn đỡ: chủ yếu chịu tải trọng dọc trục, đồng thời một phần
tải trọng hướng tâm
o Ổ chặn: chỉ chịu tải trọng dọc trục
• Theo số dãy con lăn: ổ một dãy, ổ hai dãy, ổ bốn dãy…
• Theo kích thước ổ: siêu nhẹ, đặc biệt nhẹ, nhẹ, nhẹ rộng, trung, trung rộng,
nặng…
• Theo khả năng tự lựa: có hoặc khơng có khả năng tự lựa
101

Chi tieát maùy Chương VIII
c. Ký hiệu ổ lăn:
Ổ lăn được ký hiệu như sau:
• Hai số đầu tiên từ bên phải ký hiệu đường kính vòng trong d và có giá trị
d/5 nếu d ≥ 20mm. Nếu d < 20mm thì ký hiệu như sau:
- d = 10mm ký hiệu 00
- d = 12mm ký hiệu 01
- d = 15mm ký hiệu 02
- d = 17mm ký hiệu 03
• Chữ thứ 3 từ bên phải ký hiệu cỡ ổ:
o 8,9 – siêu nhẹ
o 1,7 – đặc biệt nhẹ
o 2,5 – nhẹ
o 6 – trung
o 4 – nặng
• Chữ số thứ tư từ phải sang biểu thị loại ổ:
o 0 – ổ bi đỡ một dãy
o 1 – ổ bi đỡ lồng cầu một dãy
o 2 – ổ đũa trụ ngắn đỡ
o 3 – ổ đũa lồng cầu hai dãy
o 4 – ổ kim
o 5 – ổ đũa trụ xoắn
o 6 – ổ bi đỡ chặn
o 7 – ổ đũa côn
o 8 – ổ bi chặn
o 9 – ổ đũa chặn
• Số thứ 5 và 6 từ bên phải sang biểu thị đặc điểm kết cấu
• Số thứ 7 ký hiệu loạt chiều rộng ổ
d. Ưu nhược điểm
Ưu:

Giá thành thấp do sản xuất hàng loạt
Mất mát công suất do ma sát thấp
Tính lắp lẫn cao, thậun tiện khi sửa chữa
Chăm sóc và bôi trơn đơn giản
So với ổ trượt thì kích thước dọc trục nhỏ hơn
Nhược điểm:
Khả năng quay nhanh, chịu va dập kém
Kích thước hướng kính tương đối lớn
Độ tin cậy thấp khi làm việc với vận tốc cao (do ổ bị nóng lên, vỡ vòng
cách do lưc ly tâm của con lăn)
102
Chi tieát maùy Chương VIII
Ồn khi làm việc với vận tốc cao
8A.2. ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC Ổ LĂN
8A.2.1. Phân bố lực trên các con lăn
Phương trình cân bằng lực:
γ++γ+γ+γ+= ncosF2...3cosF22cosF2cosF2FF
n3210r
(8.1)
với : Fi – lực tác dụng lên con lăn thứ i. Max{Fi} = F
0
z
360
0
=γ
- góc giữa các con lăn
F
2
F
1

F
0
F
1
F
2
δ
2
δ
1
δ
0
δ
1
δ
2
2γ
Trong phương trình (10.1) thì nγ < 90
0
vì chỉ có số con lăn dưới chịu tải
trọng. Bỏ qua độ uốn vòng trong ổ và giả sử không có khe hở hướng tâm thì
điểm tiếp xúc giữa con lăn và ổ sẽ bị biết dạng. Các đại lượng biến dạng có
thể xác định theo độ biến dạng lớn nhất δ
0
như sau:
γδ=δγδ=δγδ=δ
ncos,...,2cos,cos
0n0201
(8.2)
Giữa độ biến dạng và tải trọng có mối liên hệ sau:

- Đối với ổ bi:
3/2
cF
=δ
- Đối với ổ đũa:
cF
=δ
(8.3)
Do đó:
γ=γ=γ=
ncosFF,...,2cosFF,cosFF
2/3
0n
2/3
02
2/3
01
(8.4)
)ncos2...3cos22cos2cos21(
F
F
2/52/52/52/5
r
0
γ++γ+γ+γ+
=
(8.5)
Mặt khác:
37,4
)ncos2...3cos22cos2cos21(

z
2/52/52/52/5
≈
γ++γ+γ+γ+
(8.6)
nên:
z
F5
F
r
0
=
(8.7)
Khi tính đến khe hở hướng tâm và độ không chính xác của các chi tiết trong
ổ, có thể tính giá trị F
0
như sau:
103
Chi tieát maùy Chương VIII
z
F5
F
r
0
=
và
z
ncosF5
F
2/3

r
n
γ
=
(8.8)
8A.2.2. Ứng suất tiếp xúc sinh ra trong các chi tiết ổ:
Khi xác định được các giá trị F
0
, F
1
, F
2
,…, Fn. Có thể tính toán được ứng
suất tiếp xúc tại vi trí tiếp xúc của con lăn như sau:
3
2
2
n
H
EF
388,0
ρ
=σ
(8.9)
Trong đó:
21
21
ρ±ρ
ρρ
=ρ

; ρ
1
, ρ
2
: bán kính cong con lăn và vòng ổ tại điểm tiếp xúc.
Vòng trong và con lăn tiếp xúc ngoài:
21
21
ρ+ρ
ρρ
=ρ
. Vòng ngoài ổ và con lăn tiếp
trong :
21
21
ρ−ρ
ρρ
=ρ
.Thường ứng suất tiếp xúc giữa vòng trong ổ và con lăn lớn
hơn ứng suất tiếp giữa vòng ngoài và con lăn. Do đó, thông thường đối với ổ
lăn thì vòng trong là vòng quay
8A.2.3. Động học ổ lăn
Con lăn trong ổ thực hiện chuyển động hành tinh
ω
v
1
v
0
D
1

D
PW
D
W
2
D
v
1
1
ω
=
và
2
v
v
1
0
=
(8.10)
Với D
1
– đường kính ngoài vòng trong
Vận tốc góc con lăn góc con lăn quay quanh trục trục của nó:
w
1
w
01
w
D
D5,0

D
)vv(2 ω
=
−
=ω
(8.11)
Vận tốc góc con lăn quay quanh trục lắp ổ (vận tốc vòng cách)
ω≈
+
ω
==ω 5,0
DD
D5,0
D
v2
1w
1
pw
0
C
(8.12)
Hay chính là bằng ½ vận tốc trục
Theo công thức (10.12), vận tốc con lăn phụ thuộc vào đường kính con lăn
Dw. khi Dw lớn thì ω
c
nhỏ. Khi gia con con lăn không chính xác thì con lăn
lớn làm giảm vận tốc vòng cách, con lăn nhỏ làm tăng vận tốc vòng cách.
Giữa con lăn và vòng cách sinh ra áp lực lớn và ma sát, là nguyên nhân phá
vỡ vòng cách, mòn con lăn, mát mát công suất trong ổ.
104

Chi tieát maùy Chương VIII
8A.2.4. Động lực học ổ lăn
Khi quay con lăn sẽ sinh ra một lực ly tâm tác dụng lên vòng ngoài của ổ:
2
Dm
F
pw
2
cw
c
ω
=
(8.13)
mw – khối lượng con lăn
Vì ứng suất tiếp xúc trên vòng ngoài nhỏ hơn rãnh vòng trong, nên khi làm
việc với số vòng quay nhỏ thì lực ly tâm không làm ảnh hưởng đến khả năng
làm việc của ổ. Nhưng khi làm việc với vận tốc cao thì lực ly tâm có ảnh
hưởng đáng kể đặc biệt là trên ổ chặn. Khi đó có thể bị kẹt bi, làm tăng sự mài
mòn vòng cách.
8A.3. CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH
Các dạng hỏng bao gồm:
Tróc rỗ bề mặt do mỏi: do sự thay đổi ứng suất tiếp xúc, sau một thời
gian làm việc, các vết nứt tế vi phát triển thành tróc trên rãnh vòng và trên
con lăn
Mòn con lăn và vòng ổ: thường xảy ra với ổ bôi trơn không tốt có các hạt
kim loại rơi vào ổ
Vỡ vòng cách: thường xảy ra đối với các ổ quay nhanh
Biến dạng dư bề mặt rãnh vòng và con lăn: xảy ra đối với các ổ của
máy chịu tải trọng nặng và quay chậm.
Vỡ vòng ổ và con lăn: do tải trọng rung và va đập, do lắp ráp và vận hành

không đúng, do kẹt con lăn…
Hiện nay tính toán ổ theo kha năng tải mà không theo ứng suất theo hai tiêu
chuẩn:
- Theo khả năng tải tĩnh: tránh biến dạng dư đ/v ổ làm việc có số vòng
quay thấp (< 1v/p)
- Theo kha năng tải động: để tránh tróc rỗ bề mặt
8A.4. TUỔI THỌ VÀ ĐỘ TIN CẬY ỔLĂN
Ứng suất tiếp σ
H
sinh ra ra trong ổ lăn có chu kỳ thay đổi theo phương trình
đường cong mõi:
constN
H
m
H
=σ
(8.14)
Trong đó: N – số chu kỳ làm việc
mH – bậc của đường cong mỏi
Số chu kỳ làm việc N tỉ lệ bậc nhất với số vòng quay L. Nếu đơn vị tính L là
triệu vòng thì (10.14) có thể viết:
constL
H
m
H
=σ
105
Chi tieát maùy Chương VIII
σ
H

tỉ lệ theo căn bậc 3 với tải trọng. Do đó có thể biểu diễn công thức trên
dưới dạng sau
mm
CLQ =
(8.15)
Trong đó:
Q – tải trọng quy ước tác dụng lên ổ
m = mH/3 – chỉ số mũ. m = 3 đối với ổ bi, m = 10/3 đối với ổ đũa
C – khả năng tải của ổ (là tải trọng mà khi đó 90% số ổ cùng loại làm
việc không xuất hiện dấu hiệu mỏi sau 1 triệu vòng quay). Giá trị này thu
đượctừ con đường thực nghiệm
Tuổi thọ ổ lăn theo độ bền mỏi được xác định theo công thức:
m
Q
C
L








=
(8.16)
Nếu tính đến xác suất làm việc không hỏng, vật liệu chế tạo, điều kiện vận
hành thì tuổi thọ được xác định theo công thức:
m
231

Q
C
aaL








=
(8.17)
trong đó:
a
1
– hệ số phụ thuộc vào xác suất làm việc không hỏng R(t):
R(t) 0.9 0.95 0.96 0.97 0.98 0.99
a
1
1 0.62 0.53 0.44 0.33 0.21
a
23
– hệ số xét đến ảnh hưởng của vật liệu chế tạo và điều kiện vận hành
các loại ổ. Có thể tra các giá trị này trên bảng 8a.1[1]
Tuổi thọ ổ được tính bằng giờ như sau:
n60
L10
L
6

h
=
(8.18)
8A.5. LỰA CHỌN Ổ THEO KHẢ NĂNG TẢI ĐỘNG
Từ công thức (10.17), có thể tính được khả năng tải động tính toán theo thời
gian làm việc L(triệu vòng quay) và tải trong quy ước Q(kH)
m
1
tt
QLC =
(8.19)
Chọn ổ lăn theo điều kiện tải động như sau:
CC
tt
≤
(8.20)
trong đó C – là giá trị tra cứu trong sổ tay
Tải trọng quy ước được xác định như sau:
Đối với ổ đỡ và ổ đỡ chặn Q là tải trọng hướng tâm không đổi Qr
Đối với ổ chặn và ổ chặn đỡ Q là tải trọng dọc trục Qa
106
Chi tieát maùy Chương VIII
arr
YFXVFQQ +==
(8.21)
ara
YFXFQQ +==
(8.22)
trong đó:
Fr , Fa – tổng lực hướng tâm và lực dọc trục tác dụng lên ổ

X, Y – hệ số tải trọng hướng tâm và dọc trục
V – hệ số tính đến vòng nào quay, V = 1 nếu vòng trong quay và V =
1,2 nếu vòng ngoài quay.
Các hệ số X, Y tra bảng (8a.2)[1] trang 322
Nếu tải trọng thay đổi theo bậc thì tải trọng quy ước tương đương QE theo tải
trọng qui ước Qi như sau:
3
i
i
3
i
E
L
LQ
Q
∑
∑
=
(8.24)
Li – số triệu vòng quay làm việc ở chế độ thứ i với tải trọng Qi
Nếu tải trọng thay đổi liên tục thì tuổi thọ tương đương được xác định theo
công thức sau:
∑
=
h
HEhE
LKL
(8.25)
trong đó:
∑

=
∑
i
h
tL
- tổng số giờ làm việc
K
HE
– hệ số chế độ tải trọng (tra bảng 5.11[1]trang 233)
a. Xác định lực hướng tâm Fr
2
ry
2
rxr
FFF +=
(8.26)
F
rx
, Fry – tải trọng hướng tâm tác dụng lên ổ theo hai mặt phẳng vuông góc
với nhau.
b. Xác định Fa
Đối với ổ bi, ổ đũa trụ ngắn, ổ bi lồng cầu hai dãy thì Fa là tổng các lực
dọc trục ngàoi tác dụng lên ổ
Đối với các ổ đỡ chặn thì ngoài lực tác dụng ngoài tác dụng lên ổ còn lực
tác dụng phụ Si do lực hướng tâm Fri tác dụng gây nên
•Đối với ổ bi đỡ chặn:
rii
eFS =
(8.27a)
•Đối với ổ đũa côn:

rii
eF83,0S =
(8.27b)
Để xác định lực Fa
1ù
và Fa
2
tại hai ổ ta có phương trình cân bằng sau:
0FFF
2a1aa
=−−
(8.28)
Vì F
a1
và Fa
2
không bằng nhau nên cần thêm một phương trình phụ. Lực
dọc trụ phụ Si do lực hướng tâm gây nên có tác dụng làm tách các vòng ổ ra
khỏi ô lăn theo phương dọc trục. Hiện tượng này không xãy ra khi các lực
thõa mãn điều kiện:
11a
SF ≥
và
22a
SF ≥

107