Bố trí vòng bi hộp giảm tốc: đầu cố định so với đầu trôi, và tải trọng bánh răng quyết định loại vòng bi thế nào

Hộp giảm tốc này có thực sự cần đầu định vị và đầu trôi không?

Một trục đặt trên hai hoặc ba vòng bi cần một vòng bi định vị để cố định vị trí trục, kể cả khi lực đẩy không đáng kể¹⁰.

Ở những chỗ các điểm tựa cách xa nhau, trục và vỏ giãn nở với mức độ khác nhau, nên một vòng bi phải trôi để giãn nở chênh lệch không sinh ra lực đẩy ký sinh¹⁰.

Điều tương tự cũng áp dụng cho phần dung sai trục tích lũy giữa hai vị trí đặt vòng bi¹⁰.

Chuyển động nhiệt được hấp thụ theo một trong hai cách: một vòng bi trôi cho phép trục trượt dọc trục, hoặc khe hở trong được thiết kế sẵn hấp thụ biến đổi; độ dội hướng kính lớn hơn phù hợp với vòng trong nóng hơn, và độ dội đó khép lại khi trục giãn nở⁴.

Vòng bi lăn trụ NU/N có thể hấp thụ sự dịch chuyển ngay bên trong vòng bi²³. Trục hộp giảm tốc dài với khoảng cách giữa các điểm tựa đáng kể chính là trường hợp cần một vòng bi định vị và một vòng bi trôi¹⁰.

Trục ngắn mà độ co ngót không ảnh hưởng nhiều đến vận hành là trường hợp không cần phân biệt hai phía. Khi đó, một cụm tiếp xúc góc ghép cặp hoặc côn sẽ chịu tải trục, với khe hở đặt bằng đai ốc hoặc shim²².

Đó là bất đồng thực sự giữa các nguồn, không phải ngưỡng đọc ra được: không nguồn nào nêu chiều dài trục hay khoảng cách mà tại đó vòng trôi trở nên cần thiết^10,12,22.

Trước khi chốt bố trí, hãy hỏi nhà cung cấp hoặc kỹ sư thiết kế bánh răng về chênh lệch nhiệt độ dự kiến giữa trục và vỏ tại chỗ ngồi vòng bi, cũng như phần dung sai trục tích lũy giữa hai vị trí.

Không con số nào nằm trong bộ nguồn này, và cả hai đều quyết định việc có cần vòng trôi hay không.

Loại vòng bi nào thuộc về đầu trôi

Vị trí trôi được phục vụ tốt nhất bằng vòng bi lăn trụ có một đường ray thẳng, vì các con lăn được bôi trơn trượt dọc theo đường thẳng và hấp thụ dịch chuyển trục ngay bên trong vòng bi¹⁰.

SKF mô tả các thiết kế N và NU tương tự cho vị trí không định vị, nơi phải dung nạp giãn nở nhiệt của trục²³.

Nếu thay vào đó bạn dùng vòng bi không tháo rời ở phía tự do, thực tiễn thường dùng là lắp khe hở giữa vòng ngoài và vỏ, hoặc trong một số trường hợp giữa trục và vòng trong, để trục có thể di chuyển xuyên qua vòng bi¹².

Vòng bi bóng rãnh sâu, tiếp xúc góc hai dãy, côn TDO và lăn cầu đều được xử lý theo cách này khi nằm ở phía tự do¹⁰.

Một chi tiết dễ khiến người ta mắc sai lầm: vòng bi lăn trụ dùng làm vòng trôi vẫn cần giữ vòng ngoài cố định, vì nó không gắn với vòng trong và có thể di lang thang².

Cùng nguồn đó lưu ý rằng con lăn rộng, phẳng có thể khuấy dầu rất tệ nếu quá nhiều dầu đọng trong khu vực đó, nên quản lý dầu là điều cần thiết nếu hiệu suất là yếu tố quan trọng².

Kiểm tra bản vẽ vỏ về kiểu lắp bạn định dùng tại vị trí trôi trước khi phát RFQ. Vòng lăn trụ tháo rời NU/N cần đặc điểm định vị cho vòng ngoài; phương án không tháo rời cần ghi khe hở lắp trên bản vẽ, không để mặc cho thợ cơ khí tự xử.

Chọn loại đầu cố định dựa trên tải trục mà nó phải chịu

Phía cố định xác định vị trí trục của trục và phải chịu tải trục theo cả hai chiều, nên loại của nó được chọn theo độ bền dưới tải đó¹².

Danh sách ứng viên rất rộng: bóng rãnh sâu, tiếp xúc góc ghép cặp hoặc xếp chồng, tiếp xúc góc hai dãy, bóng tự định tâm, lăn trụ có gờ (NUP và NH), côn hai dãy, và lăn cầu¹².

Bạn chọn loại nào phụ thuộc vào độ lớn tải trọng, tốc độ và độ cứng vững cần thiết, và không nguồn nào nêu một loại bắt buộc duy nhất cho đầu cố định của hộp giảm tốc¹².

Ở nơi giãn nở nhiệt sinh ra lực phản ứng trục, các con lăn côn đặt ngược nhau chịu đồng thời thành phần trục và hướng kính theo thiết kế²¹.

Vòng bi tiếp xúc góc tự sinh ra thành phần lực trục của riêng nó, nên cặp được bố trí đối mặt hoặc đối lưng¹⁸. Vòng bi lăn cầu tự định tâm khi chịu tải kết hợp hướng kính và trục lớn, và được trích dẫn là phổ biến trong hộp giảm tốc¹¹.

Trên trục đứng chịu tải trục lớn, phía cố định vẫn dùng vòng bi chịu đồng thời tải hướng kính và trục. Và khi tải trục lớn, có thể thêm vòng bi đẩy cạnh vòng bi hướng kính²².

Hãy cung cấp cho nhà cung cấp tải trục theo cả hai chiều và độ cứng vững yêu cầu, chứ không chỉ đường kính lỗ. Danh sách ứng viên đủ dài để chính trường hợp tải, chứ không phải trang danh mục, phải thu hẹp nó.

Khớp hướng tải ăn khớp bánh răng với loại vòng bi

Vòng bi chịu tải hướng kính vuông góc với trục và tải trục dọc theo trục, và nhiều thiết kế chịu đồng thời cả hai, với cấu trúc bên trong được tối ưu cho hướng và độ lớn trội¹⁷.

Loại, độ lớn và hướng tải là yếu tố lựa chọn đầu tiên, đứng trước tốc độ, nhiệt độ và không gian⁹. Bánh răng trụ răng thẳng không sinh tải trục, nên hộp giảm tốc có thể chạy toàn vòng bi lăn trụ với các gờ chỉ để giữ trục đúng vị trí².

Đó là trường hợp mà việc chỉ định vòng bi tải kết hợp quá mức chẳng mang lại gì.

Khi mặt ăn khớp sinh tải trục, phía cố định cần loại chịu được nó: con lăn côn chịu cùng lúc tải hướng kính và tải trục một chiều, thường dùng theo cặp, còn con lăn trụ chỉ chịu thuần tải hướng kính¹⁴.

Các biến thể lăn trụ khác nhau ở điểm này, và sự khác biệt có ý nghĩa khi phát RFQ. Thiết kế NU và N chỉ chịu tải hướng kính; NJ chịu tải trục một chiều; NUP hoặc NJ+HJ chịu cả hai chiều²³.

Với tải kết hợp, tải động tương đương là P = XFr + YFa, với giới hạn e quyết định thành phần trục có được tính hay không¹⁸. Hãy xác định mặt ăn khớp bánh răng của bạn có sinh lực trục hay không trước khi chọn loại đầu cố định.

Nếu không, bố trí toàn lăn trụ là thực tiễn được trích dẫn; nếu có, phía cố định phải chịu lực đó theo cả hai chiều.

Đặt cơ sở tuổi thọ và độ tin cậy trước khi cam kết chọn cỡ

Tuổi thọ được tính theo ISO 281 dưới dạng L10 từ tải định mức động của vòng bi và tải động tương đương, dùng các tải đỉnh bao gồm khởi động, trạng thái ổn định và dừng khẩn cấp^5,24.

Độ tin cậy trên 90% được xử lý bằng hệ số a1 áp lên kết quả đó: 1.00 tại L10, 0.64 tại L5 và 0.25 tại L1²⁶.

Nếu tuổi thọ đã hiệu chỉnh không đạt, câu trả lời là vòng bi có năng lực động lớn hơn, chứ không phải một bố trí khác²⁶.

Bản thân mục tiêu lại tùy ứng dụng: do tiêu chuẩn ngành hoặc chính sách công ty và do tần suất thiết bị vận hành — gián đoạn hay toàn thời gian, số ca mỗi ngày, số ngày mỗi tuần³¹.

Không nguồn nào trong bộ nguồn này nêu mục tiêu L10h yêu cầu, hệ số an toàn tĩnh hay động, hoặc giá trị aISO cho hộp giảm tốc, nên những điều đó phải đến từ đặc tả tải của chính bạn.

Chạy phép tính L10 trên ứng viên đã chọn, rồi áp hệ số a1 cho độ tin cậy bạn thực sự cần. Nếu con số chưa đạt, hãy nâng năng lực động trước khi xem lại bố trí.

Bôi trơn và làm kín cho bố trí đã chọn

Cấu hình làm kín quyết định mức bảo vệ khỏi nhiễm bẩn và gánh nặng bảo trì.

Vòng bi hở chạy nhanh nhất nhưng không có bảo vệ, tấm chắn kim loại không tiếp xúc và giữ bụi mức vừa phải, còn phớt cao su 2RS cho bảo vệ tối đa với cái giá về tốc độ³⁰.

Một nhà cung cấp vòng bi chính xác mô tả phớt mê cung không tiếp xúc là tuyến bảo vệ đầu tiên, và tuyên bố phớt CF cho hiệu quả làm kín toàn phần chống chất lỏng bắn mà không cần thêm không gian²⁹.

Phương pháp bôi trơn có thể thay đổi kết quả hơn cả phớt. Một nhà máy giấy đã chuyển vòng bi trục ép từ mỡ sang dầu tuần hoàn sau các lỗi lặp lại.

Kể từ khi thay đổi, khu vực đó không còn lỗi vòng bi, và các chỉ số rung động báo hiệu hư hỏng trượt sớm đã giảm⁷.

Cùng nguồn đó lưu ý việc chuyển đổi đòi hỏi đào tạo nhiều hơn cho nhân viên bôi trơn và bảo trì, gồm cả xử lý dầu thải và theo dõi mực dầu⁷.

Với vị trí trôi dùng vòng bi lăn trụ, hãy nhớ điểm khuấy dầu từ phần vòng trôi: quá nhiều dầu trong khu vực đó làm mất hiệu suất².

Hãy quyết định phương pháp bôi trơn và loại phớt cùng lúc, vì lựa chọn phớt giới hạn tốc độ còn lựa chọn bôi trơn định ra quy trình bảo trì.

Cả lưu lượng dầu lẫn tuổi thọ mỡ đều chưa được xác lập trong bộ nguồn này, nên chúng đến từ nhà cung cấp chất bôi trơn.

Cái gì cố định khi lắp ráp và cái gì để điều chỉnh được

Ở nơi bố trí cần độ cứng vững cao hơn dưới tải nặng hơn hoặc tải va đập, các vòng bi phía cố định được lắp đối lưng với lực ép trước, và trục cùng vỏ phải gia công chính xác kích thước¹⁹.

Ở nơi khoảng cách đặt vòng bi ngắn, khe hở trục có thể thay vào đó được đặt sau khi lắp bằng đai ốc hoặc shim²². Các bước kiểm tra dưới đây phân tách hai trường hợp trước khi phát hành bản vẽ.

• ✓Xác nhận phía cố định có cần lực ép trước để tăng độ cứng vững, hay điều chỉnh khe hở bằng đai ốc hoặc shim là đủ.
• ✓Nếu cần lực ép trước, xác minh kích thước trục và vỏ đã được cấp công sai cho việc lắp chính xác.
• ✓Đối chiếu khoảng cách đặt vòng bi với trường hợp khoảng cách ngắn, nơi không phân biệt phía cố định và phía tự do.
• ✓Xác nhận trường hợp tải đã được đặc tả trước khi chốt bố trí.
• ✓Đối chiếu tốc độ yêu cầu với tốc độ giới hạn và định mức dN của vòng bi ứng viên.
• ✓Xác nhận dung sai lệch tâm, bôi trơn và lắp ráp dựa trên trục, vỏ và môi trường thực tế.

Chi phí và thời gian giao hàng thực sự bị quyết định ở đâu

Không tồn tại bố trí tốt nhất cho mọi trường hợp; ứng dụng dẫn dắt thiết kế bánh răng, và thiết kế bánh răng dẫn dắt hệ thống vòng bi⁸.

Một bộ bánh răng hiệu suất cao, êm ái có thể biện minh cho trục có lực ép trước, trong khi thiết bị do chi phí và hiệu suất dẫn dắt có thể dùng vòng bi có độ chính xác vận hành và độ cứng thấp hơn, chấp nhận NVH thứ cấp⁸.

Trong sản xuất số lượng nhỏ vòng bi đặt riêng, thiết kế lồng có thể trở thành yếu tố quyết định loại vòng bi, vì đường kính bước và bộ con lăn độc nhất thường phi thực tế một khi đã tính chi phí khuôn⁶.

Cấp vật liệu cùng chi phối quyết định đó: nhựa cấp thấp bán khoảng US$1/kg trong khi các polymer tinh vi hơn có giá khoảng US$60/kg³². Tiêu chuẩn so với đặt riêng cũng dịch chuyển điều kiện thương mại.

Một nhà cung cấp cho biết số lượng đặt hàng tối thiểu của vòng bi C3 thay đổi theo loại, thông số và việc có cần tùy chỉnh hay không, và báo giá cùng đánh giá thời gian giao hàng đòi hỏi mã kiểu, mã khe hở, số lượng và ứng dụng³³.

Nếu sản lượng của bạn thấp, hãy kiểm tra lồng bạn đã chỉ định có đường kính bước và bộ con lăn tiêu chuẩn hay không trước khi giả định vòng bi có sẵn hàng. Chỉ một câu hỏi đó thường quyết định con đường đặt riêng có đáng để xin báo giá hay không.

Nơi các nguồn bất đồng

Điều các nguồn không xác lập

• Không nguồn nào cung cấp phương pháp hoặc dữ liệu để tính các thành phần lực tiếp tuyến, hướng kính và hướng trục của mặt ăn khớp bánh răng, phổ tải trọng hoặc chu kỳ vận hành của hộp giảm tốc.
• Không nguồn nào định lượng độ chính xác định vị trục yêu cầu hoặc lượng trôi trục cho phép.
• Không nguồn nào cung cấp tải định mức hướng kính hoặc trục bằng số, tốc độ giới hạn, giới hạn lệch tâm, hoặc giá trị độ cứng cho các loại vòng bi ứng viên.
• Không nguồn nào cho biết độ lớn giãn nở nhiệt hoặc phương pháp tính giãn nở của trục và vỏ trong hộp giảm tốc.
• Không nguồn nào nêu mục tiêu L10 hoặc L10h yêu cầu, hệ số an toàn tĩnh hay động, hoặc giá trị aISO cho ứng dụng này.
• Không nguồn nào cho biết thời gian lắp ráp hoặc tháo rỡ, hay yêu cầu dụng cụ cho lắp có điều chỉnh so với lắp cố định.
• Không nguồn nào cho biết lưu lượng dầu, mực dầu, tuổi thọ mỡ, hoặc thông số bảo vệ khỏi nhiễm bẩn cho hộp giảm tốc.
• Không nguồn nào cho biết giá đơn vị vòng bi, chi phí gia công vỏ, nhân công lắp ráp, hoặc ngưỡng sản lượng giữa vòng bi đặt riêng và tiêu chuẩn.
• Không nguồn nào đề cập các trường hợp tải đặc thù của hộp giảm tốc như lệch tâm bánh răng, lực ăn khớp động, hoặc tác động của lực ép trước vòng bi lên tiếp xúc bánh răng.