Ổ bi (Ổ lăn)

1.Tổng quan 

Ở ổ bi, lực truyền từ cổ trục đến vỏ máy qua các con lăn, chúng lăn giữa hai vòng lăn trong và ngoài (Hình 1).

Qua đó ma sát lăn sinh ra nhỏ hơn ma sát trong bợ trục bạc trượt. Đặc biệt ổ bi có lợi thế so với bợ trục bạc trượt với dầu bôi trơn thủy động là ma sát nhỏ hơn ở tốc độ thấp và khi khởi động. Bi, bi trụ, bi côn, bi thùng và bi đũa được sử dụng làm con lăn (Hình 2). Các con lăn có thể được sắp xếp một hoặc hai hàng (hai dãy). Vòng cách giữ các con lăn với một khoảng cách đều nhau và ngăn chặn con lăn rơi ra khi tháo rời ổ lăn. Vòng ổ lăn và các con lăn được làm bằng thép chịu lực, thí dụ 100Cr6 hoặc 100CrMo6. Rế (lồng ổ trục) được làm bằng thép hoặc tấm đồng thau, thau rắn hoặc nhựa polyamit
Ưu điểm so với bợ trục bạc trượt.
• Ma sát và độ tăng nhiệt thấp, tiêu thụ chất bôi trơn ít.
• Khả năng chịu tải cao ở tốc độ thấp..
• Khả năng tráo đổi được cho nhau theo kích thước được chuẩn hóa.
• Cân bằng sự uốn cong của trục máy với vòng bi nhào.
Nhược điểm so với bợ trục bạc trượt.
• Nhạy cảm với chất bẩn, va đập, bụi bẩn và nhiệt độ cao.
• Tiếng ồn tăng hơn.
• Đường kính lắp ổ lớn hơn.
• Khả năng chịu tải ít hơn ở cùng kích thước lắp ráp và độ giảm chấn thấp.

Ổ lăn tổ hợp (Ổ lăn lai). Nếu một ổ lăn được lắp với yêu cầu cao nhất cho việc chạy chính xác, tốc độ, độ cứng vững, chẳng hạn như trên trục chính làm việc của máy công cụ thì ổ bi với con lăn gốm được sử dụng (Trang 274). Vì các vật liệu khác nhau của vòng và các con lăn nên các ổ này được gọi là ổ lăn tổ hợp hay ổ lăn lai (Hybrid). Con lăn gốm được làm bằng từ silic nitrua (Si 3N4). Nó có tỷ trọng thấp hơn và độ giãn nở nhiệt ít hơn so với con lăn bằng thép. Ngoài ra nó cũng cứng hơn, cách điện, có độ bền nén cao và đòi hỏi ít về việc bôi trơn (Bảng 1).

Do tỷ trọng thấp nên các lực ly tâm của con lăn trên vòng ngoài và do đó lực ma sát nhỏ hơn đáng kể. Vì thế ổ lăn tổ hợp không nóng và cho phép tốc độ cao (Hình 3).

Qua việc giãn nở ít hơn, các ổ được lắp với ứng lực nên lực ma sát và nhiệt độ hoạt động thấp hơn. Độ cứng và độ nén cao cũng như xu hướng bị gặm mòn vì ma sát của sự phối hợp vật liệu thép-gốm cho ra độ cứng cao hơn và sức chịu ăn mòn lớn. Ổ lăn toàn bộ bằng gốm. Với ổ lăn toàn bộ bằng gốm thì các vòng đều được làm bằng silic nitrua (Si3N4). Các ổ này có tính chống ăn mòn đối với nhiều axit và kiềm, chịu nhiệt đến 8000C và không có từ tính. Nếu được lắp trong máy bơm, các ổ này có thể được bôi trơn với môi trường được chuyển tải, thí dụ như nước hay axít.

2.Các loại ổ lăn
Theo các hình dạng cơ bản của con lăn người ta phân biệt ổ bi và ổ đũa (Hình 1).

Ổ bi Ổ bi rãnh loại một và hai dãy thích hợp cho tải trọng hướng tâm vừa và tải trọng dọc trục nhỏ và tốc độ cao. Ổ bi đỡ - chặn có thể chịu các lực dọc trục theo một hướng và lực hướng tâm. Chúng thường được cài đặt từng cặp và dự ứng lực. Ổ bi chặn và ổ đũa chặn chỉ có thể chịu lực dọc trục. Chúng được cài đặt kết hợp với ổ bi đỡ. Ổ đũa Ổ đũa hình trụ được sử dụng cho tải hướng tâm cao và trục lớn. Ổ đũa côn có thể chịu lực hướng tâm lớn cũng như lực dọc trục theo một hướng. Chúng thường được cài đặt từng cặp. Ổ bi hai dãy tự chỉnh, ổ đũa hai dãy tự chỉnh, ổ bi hình trống (ổ đũa cầu) và bạc đạn nhào bi trụ hướng tâm có thể bù đắp cho sự lệch tâm, điều này được tạo ra chẳng hạn như lỗi chế tạo và trục
bị bẻ cong.Ổ đũa kim cần kết cấu có không gian nhỏ. Nó có  thể được cài đặt mà không cần vòng ổ lăn giữa trục và vỏ máy (Vành bi kim).
3.Lắp đặt ổ lăn
Bợ trục lắp chặt và bợ trục lắp lỏng (Ổ trục cố định và ổ trục di động). Khi lắp đặt trục máy thì ổ trục cố định thường là ổ bi lắp chặt, ổ khác là ổ lắp lỏng (Hình 2).

Cả hai ổ được chịu tải bởi các lực xuyên tâm. Ổ lắp chặt chịu toàn bộ lực dọc trục, trong khi ổ lắp lỏng có thể di chuyển theo hướng dọc trục khi trục giãn nở. Điều này ngăn chặn việc chịu căng tải của con lăn trong các vòng. Ổ đũa hình trụ mà không có vành bi chạy và bạc đạn đũa (ổ đũa kim) có thể tự cân bằng các chuyển vị dọc trục trong ổ trục. Cơ cấu dẫn hướng đối nghịch. Ở cơ cấu dẫn hướng đối nghịch, cả hai ổ trục chịu lực dọc trục, nhưng chỉ trong một hướng (Hình 3).

Cách bố trí này không cho phép một dịch chuyển hướng trục khi nhiệt độ thay đổi. Do đó, chỉ áp dụng cho trục ngắn. Bợ trục nổi (Ổ trục nổi). Ở bợ trục nổi khe hở lắp ghép được qui định trước từ 0,5mm đến 1mm. Nhờ vậy, giá thành lắp ráp giảm. Tại mỗi thay đổi hướng của lực dọc trục, các trục có thể bị đẩy một ít. Ổ trục nổi cũng thích hợp cho trục ngắn (Hình 4).
 

4.Tương quan vòng quay (Tương quan giữa chuyển động và hướng tải)
Đối với ổ lăn không tháo rời được sử dụng làm ổ trục di động, một vòng ổ lăn phải được dịch chuyển dọc trục. Điều này đòi hỏi một mối ghép dung sai lỏng (rơ) giữa vòng ổ và trục hoặc vỏ máy. Nơi mà một dung sai lỏng (rơ) có thể xuất hiện tùy thuộc vào sự tương quan vòng quay. Ta hiểu tương quan vòng quay là sự chuyển động của vòng ổ lăn tương quan đến chiều tải. Người ta phân biệt là tải chu vi và tải điểm. Tải chu vi là khi trong một vòng quay của ổ trục, tại mỗi điểm của đường vòng ổ lăn đều chịu tải một lần (Hình 1, trên: vòng trong, dưới: vòng ngoài).

Các vòng nào chịu một tải trọng chu vi,đưa đến việc “di chuyển” các vòng ổ lăn theo hướng chu vi, do vậy vòng ổ lăn và vỏ ổ sẽ bị hư hại (Ghép gỉ sắt). Tải điểm là khi tải luôn luôn hướng đến cùng một điểm của vòng ổ (Hình 1, trên: vòng ngoài, dưới: vòng trong). Trong khi chịu tải vòng ổ lăn không di chuyển. Nó có thể được lắp với độ hở nhỏ và sau đó có thể dịch chuyển dọc trục.

5.Lắp ổ lăn
Giữa các con lăn và các vòng ổ lăn thường có một độ hở theo hướng trục và hướng tâm (Hình 2).

Độ hở này được gọi là khe hở ổ trục. Độ hở hướng tâm bị giảm khi lắp ráp ổ lại vì lắp ghép với độ dôi qua giãn nở nhiệt của các cấu kiện trong quá trình vận hành. Độ hở còn lại trong điều kiện vận hành được gọi là độ hở vận hành. Độ hở vận hành càng nhỏ, thì dẫn hướng qua các ổ trục càng chính xác hơn. Dẫn hướng chính xác của trục chính một máy công cụ đạt được bằng cách các ổ trục như thế được thực hiện với ứng suất ban đầu, có nghĩa là với độ hở vận hành âm. Ứng suất ban đầu đạt được qua dịch chuyển dọc trục của vòng với đai ốc điều chỉnh hoặc bằng cách chèn vòng đệm (Hình 3).

Đối với ổ lăn có lỗ khoan côn và đuối kẹp, điều chỉnh độ hở ổ lăn bằng cách siết chặt một đai ốc kẹp.
Các chú ý đặc biệt khi lắp ráp ổ lăn:
• Ổ lăn rất nhạy cảm với ô nhiễm và ăn mòn. Do đó khi lắp ráp phải chú ý rất nhiều về sự sạch sẽ. Các ổ lăn phải luôn luôn được bảo quản trong bao bì gốc của chúng. Dầu chống ăn mòn dính vào ổ trục, cho đến khi lắp ráp mới được chùi đi nếu cần thiết.
• Khi lắp ráp một ổ trục điều được chú ý trên hết là lực ép vào không được truyền qua các con lăn (Hình 4).

Các ống lắp ráp vì thế phải luôn được đặt vào vòng ổ lăn với lắp ghép chặt.
• Với máy ép cơ khí hoặc thủy lực, ổ lăn có thể được lắp một cách nhanh chóng và chắc chắn (Hình 5) Các khả năng lắp ráp khác cho ổ lăn

• Trong các ổ lớn hơn, lực ép cũng lớn hơn. Vì thế trước khi lắp ráp chúng được nung nóng trong bồn dầu hoặc với một thiết bị sưởi làm nóng từ 800C đến 1000C.
• Ổ trục với lỗ côn được gắn chặt với cổ trục côn của trục máy hoặc với một ống siết xẻ rãnh trên trục hình trụ (Hình 1).

• Ổ lăn lớn với lỗ côn có thể được lắp ráp bằng phương pháp thủy lực (Hình 2).

Trong trường hợp này, dầu bị ép giữa hai bề mặt lắp ghép. Qua đó các vòng trong sẽ nở ra một chút. Sau đó, các ổ được đẩy ra bằng tay hoặc với pittông ép hình vành khăn trên đầu trục
6.Tháo các ổ lăn
Để tháo những ổ lăn thì các loại cảo thích hợp được sử dụng. Điều lưu ý là, các lực tháo không được truyền qua các con lăn (Hình 3).

Ổ lăn gắn trên ống xiết kéo có thể dễ dàng tháo ra bằng cách xiết chặt đai ốc nén (Hình 1). Với phương pháp thủy lực, ổ lăn cố định lớn có thể được tháo ra (Hình 2).
7. Bôi trơn ổ lăn
Trong ổ lăn, dung dịch bôi trơn hình thành một lớp tách biệt giữa các con lăn và các vòng của ổ. Ngoài ra, dung dịch bôi trơn còn bảo vệ ổ trước sự ăn mòn và ngăn ngừa sự xâm nhập của chất bẩn khi bôi trơn bằng mỡ. Để bôi trơn ổ lăn, chỉ được sử dụng chất bôi trơn do các nhà sản xuất đề nghị. Mỡ bôi trơn. Vì khả năng bôi trơn thêm đơn giản và bít kín tốt nên đa số ổ lăn được bôi trơn với mỡ, do đó một nửa của khoang trống chứa đầy những mỡ. Ổ lăn với vòng kín đã nhận đầy mỡ từ nhà sản xuất, đủ cho tuổi thọ của ổ. Dầu bôi trơn. Dầu bôi trơn chỉ được sử dụng cho ổ lăn, khi nhiệt ma sát được chuyển đi vì tốc độ cao, hoặc vì các chi tiết máy lân cận, thí dụ như các bánh răng trong hộp số cũng được bôi trơn bằng dầu. Tùy thuộc vào nguồn cung cấp dầu bôi trơn người ta phân biệt bôi trơn với bồn dầu, dầu bôi trơn tuần hoàn, phun sương dầu bôi trơn và bôi trơn dầu với không khí. Trong bôi trơn bồn dầu, mỗi con lăn phía dưới chìm sâu tới phân nửa trong bồn dầu (Hình 4).

Nhờ chuyển động quay nên tất cả các phần của ổ trục sẽ được cung cấp dầu đầy đủ. Khi bôi trơn tuần hoàn, dầu bôi trơn được cung cấp bởi một máy bơm dầu cho ổ trục (Hình 5).

Dầu tràn ra từ ổ trục chảy thông qua ống dẫn trở lại trong các bồn chứa dầu. Đối với ổ lăn đặc biệt có tốc độ cao, phun sương dầu bôi trơn và bôi trơn dầu với không khí được sử dụng. Đối với phun sương dầu bôi trơn, dầu đang chảy liên tục được phun sương bằng khí nén và thổi đến điểm bôi trơn, trong bôi trơn dầu với không khí thì dầu được thổi trong những khoảng thời gian nhất định vào ổ trục