Bạn có một trục 50 mm, một vỏ ổ không thể mở rộng và một vòng bi không lắp vừa. Phản xạ đầu tiên là giảm đường kính lỗ rồi hy vọng trục vẫn đủ bền. Thường có một phương án tốt hơn: giữ nguyên đường kính lỗ và chọn tiết diện mỏng hơn.
Các con số cho thấy rõ lợi ích. Cả 6810 và 6010 đều lắp trên trục 50 mm, nhưng 6810 có thể tích bao nhỏ hơn khoảng 80%. Đó là lợi ích thực tế của vòng bi tiết diện mỏng.
Nhưng có một điểm dễ nhầm gây tổn thất thực tế. Hai họ vòng bi khác nhau cùng được bán dưới tên "tiết diện mỏng", và chúng không thể thay thế lẫn nhau. Nếu đối chiếu chéo hai họ này, bạn có thể đặt một chi tiết không vừa với không gian đã thiết kế.
Điểm chính
- Một vòng bi thường được xem là tiết diện mỏng khi tiết diện hướng kính nhỏ hơn một phần tư đường kính lỗ và nhỏ hơn hai lần đường kính viên bi (Kaydon). Đây là tiêu chí theo tỷ lệ, không phải một giá trị chiều rộng.
- Hai họ dùng chung cái tên này. Dòng hệ mét ISO 61800/61900 (68xx/69xx) là một dòng kích thước mỏng nhưng tiết diện vẫn tăng theo đường kính lỗ. Họ tiết diện không đổi hệ inch (Kaydon Reali-Slim, RBC, Silverthin) giữ nguyên tiết diện trong dải đường kính lỗ khoảng 3/4" đến 40".
- Vòng bi tiết diện không đổi có ba dạng hình học: loại C tiếp xúc hướng kính, loại A tiếp xúc góc và loại X tiếp xúc bốn điểm. Loại X chịu tải hướng kính, dọc trục và mô-men trong một dãy bi nhờ rãnh lăn dạng vòm Gothic, nên một vòng bi có thể thay thế hai vòng bi (Kaydon).
- Kaydon báo cáo tiết kiệm 85% không gian và 83% khối lượng so với một 6010 cùng đường kính lỗ. Hãy xem đó là tuyên bố của nhà sản xuất ở một cỡ duy nhất.
- Việc lắp đặt quyết định kết quả. Một vòng mỏng sẽ định hình theo bệ lắp, nên độ tròn của trục phải tương ứng với độ đảo hướng kính của vòng lắp ghép, còn độ phẳng của bệ lắp phải tương ứng với độ đảo dọc trục của vòng đó (Kaydon).
- Không so sánh tải trọng định mức giữa các nhà cung cấp. Các giả thiết dùng để xác lập tải trọng theo ISO 281 không còn đúng với vòng bi tiết diện mỏng, và giá trị công bố cho cùng một chi tiết dao động từ 150 lb đến 558 lb tùy phương pháp tính.
Vòng bi tiết diện mỏng là gì?
Vòng bi tiết diện mỏng là vòng bi có tiết diện hướng kính nhỏ một cách không tương xứng so với đường kính lỗ. Tiêu chí thực dụng mang tính định lượng: tiết diện hướng kính nhỏ hơn một phần tư đường kính lỗ và nhỏ hơn hai lần đường kính phần tử lăn (Kaydon).
Định nghĩa này là một tỷ lệ, không phải một số đo tuyệt đối. Tiết diện 6 mm là mỏng ở lỗ 50 mm nhưng không có gì đặc biệt ở lỗ 10 mm. Khái niệm "mỏng" chỉ có ý nghĩa khi so với đường kính trục mà vòng bi bao quanh.
Tỷ lệ này quan trọng vì cách vòng bi thông thường tăng cỡ. Trong một dòng tiêu chuẩn, cả tiết diện hướng kính lẫn đường kính viên bi đều tăng theo đường kính lỗ, nên khối lượng tăng nhanh khi trục lớn dần. Vòng bi tiết diện mỏng phá vỡ quan hệ đó bằng cách giữ tiết diện nhỏ và dùng nhiều viên bi nhỏ hơn, phân bố trên đường kính vòng chia lớn hơn.
Đây là một sự đánh đổi có chủ ý: kích thước bao và khối lượng nhỏ hơn để đổi lấy khả năng chịu tải thấp hơn và yêu cầu dung sai lắp đặt khắt khe hơn. Cả hai mặt của sự đánh đổi được trình bày bên dưới.
Áp dụng tiêu chí tỷ lệ vào các mã sản phẩm thực tế sẽ làm rõ sự khác biệt. Ở đường kính lỗ 50 mm phổ biến, các kích thước biên trong danh mục của ANDE cho các tiết diện sau:
| Vòng bi | Lỗ × ĐK ngoài × chiều rộng | Tiết diện hướng kính | Tiết diện ÷ lỗ | Tiết diện mỏng? |
|---|---|---|---|---|
| 6810 | 50 × 65 × 7 mm | 7,5 mm | 0,15 | Có |
| 6910 | 50 × 72 × 12 mm | 11,0 mm | 0,22 | Có |
| 6010 | 50 × 80 × 16 mm | 15,0 mm | 0,30 | Không |
| 6210 | 50 × 90 × 20 mm | 20,0 mm | 0,40 | Không |
| 6310 | 50 × 110 × 27 mm | 30,0 mm | 0,60 | Không |
Dòng 68xx và 69xx đáp ứng tiêu chí; dòng 60xx, 62xx và 63xx thì không. Để tự kiểm tra một phương án, lấy (ĐK ngoài − lỗ) ÷ 2, rồi chia cho đường kính lỗ. Nếu cần đo một vòng bi không còn ký hiệu, hãy xem hướng dẫn cách đo vòng bi của chúng tôi.
Hai họ vòng bi cùng mang tên này
Đây là sự phân biệt giúp tránh đặt sai hàng. Cả hai họ đều được tiếp thị là tiết diện mỏng, nhưng chỉ một họ giữ tiết diện không đổi khi đường kính lỗ tăng.
Họ thứ nhất: dòng kích thước hệ mét ISO 68xx và 69xx
Đây là các vòng bi hệ mét tiêu chuẩn thuộc một dòng kích thước mỏng, với kích thước biên do ISO 15 quy định. Timken liệt kê dòng 61800 và 61900 trong danh mục của mình ngay dưới tiêu đề "Thin Section Ball Bearings" (Timken). Chúng được tồn kho phổ biến, có giá niêm yết trong danh mục và được hầu hết nhà sản xuất cung cấp, trong đó có ANDE.
Tiết diện của chúng mỏng so với đường kính lỗ nhưng vẫn tăng khi đường kính lỗ tăng, chỉ chậm hơn so với 60xx hay 63xx. Danh mục của ANDE cho thấy xu hướng này rõ ràng:
| Dòng | Lỗ 10 mm | Lỗ 50 mm | Lỗ 100 mm |
|---|---|---|---|
| Tiết diện 68xx | 4,5 mm (6800) | 7,5 mm (6810) | 12,5 mm (6820) |
| Tiết diện 69xx | 6,0 mm (6900) | 11,0 mm (6910) | 20,0 mm (6920) |
Cần nêu rõ vì điểm này thường bị mô tả sai: 68xx và 69xx là dòng mỏng, không phải dòng tiết diện không đổi. Tiết diện của chúng tăng gần gấp ba từ lỗ 10 mm đến lỗ 100 mm.
Họ thứ hai: tiết diện không đổi hệ inch
Đây là họ giữ nguyên tiết diện trên một dải đường kính lỗ rất rộng. Reali-Slim của Kaydon cùng các dòng tương đương từ RBC và Silverthin được chế tạo theo một số hữu hạn tiết diện; mỗi tiết diện được giữ cố định khi đường kính lỗ tăng, với dải đường kính lỗ từ khoảng 3/4" đến 40" (Kaydon).
Dòng vòng bi hở của Kaydon minh họa rõ nguyên lý này. Tiết diện AA là 0,187" × 0,187" và tiết diện G là 1,000" × 1,000"; mỗi loại có thể được đặt với nhiều đường kính lỗ khác nhau (mã sản phẩm Kaydon). Silverthin mô tả họ sản phẩm của mình gồm 12 tiết diện chính bắt đầu từ 3/16", với đường kính lỗ từ 1" đến hơn 40" (Silverthin). Ở mức cực hạn, vòng bi Ultra-Slim của SKF chỉ rộng 2,5 mm dù có đường kính lỗ lớn (SKF).
Tính chất này giúp người thiết kế gimbal hoặc máy quét mở rộng khẩu độ của cụm mà kích thước bao của vòng bi không tăng theo.
| Hệ mét ISO 68xx / 69xx | Tiết diện không đổi hệ inch | |
|---|---|---|
| Tiêu chuẩn kích thước | Kích thước biên ISO 15 | ABMA 26.2, thiết kế hệ inch |
| Ứng xử của tiết diện | Tăng theo đường kính lỗ | Không đổi trên toàn dải đường kính lỗ |
| Dải đường kính lỗ điển hình | 10 mm đến 100 mm và hơn | 3/4" đến 40" |
| Tiêu chuẩn dung sai | Các cấp ISO 492 | ABEC 1F đến 7F |
| Phù hợp nhất cho | Tính sẵn có trong danh mục, chi phí, đường kính lỗ vừa phải | Đường kính lỗ lớn, giới hạn kích thước bao cực hạn, tải mô-men |
Hệ quả thực tế: 6810 không phải chi tiết thay thế lắp lẫn trực tiếp cho Kaydon KA020CP0. Khi đối chiếu mã tương đương giữa hai họ, phải kiểm tra đường kính lỗ, tiết diện và dạng tiếp xúc. Nếu cần giải mã một ký hiệu chưa quen, hãy bắt đầu từ cách đọc mã vòng bi.
Loại C, A và X: chọn hình học rãnh lăn nào?
Trong họ tiết diện không đổi, ba dạng hình học rãnh lăn phù hợp với các chế độ tải khác nhau. Chọn theo tải thực tế, không theo hàng đang có sẵn.
Loại C, tiếp xúc hướng kính. Rãnh sâu, tương tự vòng bi cầu rãnh sâu tiêu chuẩn. Khả năng chịu tải hướng kính rất tốt, tải dọc trục tốt và tải mô-men nhẹ đến vừa phải ở mức chấp nhận được. Đây là lựa chọn mặc định cho chế độ chủ yếu chịu tải hướng kính.
Loại A, tiếp xúc góc. Khả năng chịu tải dọc trục theo một chiều rất tốt và tải hướng kính tốt. Một vòng bi loại A không bao giờ được dùng đơn độc để chịu tải mô-men hoặc tải dọc trục đảo chiều (RBC). Loại này làm việc theo cặp đồng bộ, bố trí lưng đối lưng, mặt đối mặt hoặc nối tiếp, theo cùng nguyên lý trong hướng dẫn về vòng bi tiếp xúc góc của chúng tôi.
Loại X, tiếp xúc bốn điểm. Dạng hình học này không có kết cấu thực sự tương đương trong vòng bi có tỷ lệ kích thước thông thường. Mỗi rãnh lăn được tạo từ hai cung tròn có bán kính bằng nhau, giao tại một đỉnh nằm trong mặt phẳng đi qua tâm bi. Kaydon gọi biên dạng này là vòm Gothic; nó tạo ra bốn điểm tiếp xúc quanh mỗi viên bi (Kaydon).
Nhờ tiếp xúc trên cả bốn phía của rãnh, một dãy bi loại X chịu đồng thời tải hướng kính, dọc trục và mô-men. Vì vậy, một vòng bi loại X thường có thể thay hai vòng bi, dù đó là cặp vòng bi tiếp xúc góc, cặp vòng bi con lăn côn hay tổ hợp vòng bi chặn và vòng bi hướng kính. Trong ví dụ trụ đứng (king-post), Kaydon báo cáo độ cứng dưới tải mô-men tăng khoảng 50% khi thay theo cách này.
Đổi lại, loại X có ma sát cao hơn và khả năng chịu tải hướng kính thấp hơn loại C hoặc loại A cùng cỡ; loại này không phù hợp với tải hướng kính thuần túy.
| Loại | Hướng kính | Dọc trục | Mô-men | Dọc trục đảo chiều | Kết hợp |
|---|---|---|---|---|---|
| C hướng kính | Rất tốt | Tốt | Tốt | Tốt | Tốt |
| A tiếp xúc góc | Tốt | Rất tốt | Không dùng | Không dùng | Tốt |
| X bốn điểm | Kém | Tốt | Rất tốt | Rất tốt | Kém |
Khả năng chịu từng dạng tải theo loại vòng bi tiết diện mỏng. Nguồn: RBC Bearings, được đối chiếu với Silverthin.
Cần lưu ý về các chữ cái: C, A và X là quy ước dùng chung của Kaydon, RBC và Silverthin, không phải mã ISO. Silverthin mở rộng bộ này thêm B, F và T cho các cặp lưng đối lưng, mặt đối mặt và nối tiếp, cùng M và W cho các cấu hình UltraDuplex (Silverthin). Luôn xác nhận chữ cái theo danh mục của chính nhà sản xuất.
Bạn thực sự tiết kiệm được bao nhiêu không gian và khối lượng?
Mức tiết kiệm rất lớn và chủ yếu thuộc về họ tiết diện không đổi. Lợi ích này chỉ thành hiện thực khi trục và vỏ ổ được thiết kế lại quanh vòng mỏng hơn, thay vì chỉ lắp nó vào kích thước bao cũ.
Ví dụ công bố của Kaydon là số liệu được dẫn nhiều nhất trong nhóm này. So với vòng bi tiêu chuẩn 6010 có cùng đường kính lỗ 2,0", vòng bi tiết diện mỏng tiết kiệm 85% không gian và 83% khối lượng. Vòng bi trong phép so sánh rộng 0,25", có 27 viên bi đường kính 0,125" và vẫn chịu được 1.700 lb tải trọng dọc trục tĩnh. Vòng bi siêu mỏng của Kaydon còn giảm đến 99,9% khối lượng và 97% thể tích (Kaydon).
Đó là số liệu của nhà sản xuất tại một cỡ lỗ duy nhất, nên cần kiểm chứng độc lập. Kết quả xác nhận số liệu này. Dùng kích thước trong danh mục ANDE và coi mỗi vòng bi là một vành khuyên có thể tích π/4 × (ĐK ngoài² − lỗ²) × chiều rộng, tại đường kính lỗ 50 mm:
Kết quả: 6810 nhỏ hơn 6010 tới 80,6% và nhỏ hơn 6310 tới 95,3%, trong khi cả ba đều lắp trên cùng trục 50 mm. Con số này đủ gần mức 85% của Kaydon để xem tuyên bố của nhà sản xuất là đáng tin cậy; phép tính có thể được tái lập từ bất kỳ danh mục nào trong một buổi chiều.
Cần nêu rõ hai giới hạn. Đây là phép tính thể tích bao, không phải khối lượng vòng bi, vì số bi và hình học bên trong không tham gia công thức. Không gian tiết kiệm được cũng chỉ hữu ích nếu thiết kế xung quanh có thể tận dụng.
Vì sao khả năng chịu tải vẫn được duy trì? Tải phân bố trên nhiều viên bi nhỏ hơn, trải theo đường kính vòng chia lớn hơn, thay vì dồn vào một số ít viên bi lớn. Kaydon lưu ý rằng trục và vỏ ổ đủ cứng vững để đỡ vòng bi sẽ phân bố tải lên nhiều viên bi, đồng thời vẫn tuân thủ giới hạn tĩnh của ngành là ứng suất Hertz 609.000 psi tại viên bi chịu tải nặng nhất. Lợi ích thứ cấp là vòng mỏng hơn thường cho phép thu nhỏ cả trục và vỏ ổ, làm mức tiết kiệm tăng thêm.
Vì sao tải trọng định mức khác nhau giữa các nhà cung cấp?
Đây là thông tin cần có trong mọi cuộc trao đổi mua hàng nhưng hầu như không được nêu. Tải trọng động công bố cho cùng một chi tiết tiết diện mỏng có thể chênh nhau hơn ba lần giữa các nhà cung cấp.
Kaydon công bố phép so sánh này. Với chi tiết KAA10CL0, các giá trị trong danh mục là:
| Nguồn | Tải trọng động hướng kính công bố |
|---|---|
| Danh mục Kaydon | 150 lb |
| Bảng fc ISO/ABMA 1990 | 558 lb |
| INA | 558 lb |
| NSK | 558 lb |
| SKF | 555 lb |
| RBC | 300 lb |
Tải trọng động hướng kính công bố cho một chi tiết tiết diện mỏng, theo từng nguồn. Nguồn: Kaydon, 2014.
Không nhà cung cấp nào gian dối. Họ đang trả lời câu hỏi theo các cách khác nhau vì các phương trình tiêu chuẩn không được xây dựng cho loại vòng bi này.
Cả ABMA Standard 9 và ISO 281 đều xác lập tải trọng động hướng kính cơ bản từ hệ số fc, vốn dựa trên một tập hợp giả thiết. Kaydon liệt kê tám giả thiết; một số không còn đúng với vòng bi tiết diện mỏng (Kaydon):
- Bán kính cong mặt cắt rãnh lăn bằng khoảng 52% và 53% đường kính viên bi
- Vòng trong và vòng ngoài được đỡ cứng vững và căn chỉnh đúng — chính là giả thiết mà một vòng mỏng, mềm dẻo vi phạm rõ ràng nhất
- Khe hở bên trong danh nghĩa sau khi lắp, mà ở đây "danh nghĩa" có nghĩa là bằng không
- Vòng bi được chế tạo đạt ABEC 1 hoặc tốt hơn theo ANSI/ABMA Standard 20, trong khi tiết diện mỏng được chế tạo theo Standard 26.2
Tải trọng định mức của Kaydon được xác lập bằng phương pháp ứng suất tiếp xúc, hiệu chuẩn qua khoảng năm năm thử nghiệm mỏi; vì vậy, giá trị công bố thấp hơn nhiều so với giá trị tính từ bảng. Nhà cung cấp lấy trực tiếp fc từ bảng mà không hiệu chỉnh theo tỷ số độ cong rãnh lăn hoặc khe hở sẽ thu được giá trị cao hơn.
Còn một khoảng trống quan trọng: vòng bi tiếp xúc bốn điểm hoàn toàn không thuộc phạm vi của Standard 9 hay ISO 281, nên mọi tải trọng động định mức của vòng bi loại X đều được xác lập bằng phương pháp riêng của nhà sản xuất.
Vậy bạn thực sự làm gì với điều này?
- Không so sánh tải trọng định mức giữa các nhà cung cấp như thể chúng là cùng một đại lượng. Chỉ so sánh các giá trị trong phạm vi một nhà sản xuất và cùng một phương pháp.
- Hỏi rõ tiêu chuẩn và phiên bản dùng để xác lập giá trị. Nhà cung cấp không trả lời được đang trích bảng, không phải kết quả thử nghiệm.
- Chọn cỡ theo L₁₀ cho trường hợp tải thực tế, không theo con số khả năng tải nổi bật trong danh mục. Hướng dẫn về tải trọng động so với tải trọng tĩnh của chúng tôi trình bày phép tính đó.
Điều này cũng áp dụng cho ANDE. Hãy hỏi phương pháp nào được dùng để xác lập tải trọng định mức và yêu cầu câu trả lời trực tiếp. Kiểm chứng con số đáng tin cậy hơn là dựa vào tên thương hiệu, bất kể thương hiệu nào.
Dung sai: vì sao tiết diện mỏng dùng ABEC 1F đến 7F
Dung sai của vòng bi tiết diện mỏng được quy định theo ANSI/ABMA Standard 26.2, với các cấp ABEC ký hiệu 1F, 3F, 5F và 7F. Đây là tiêu chuẩn khác với thang ABEC 1 đến 9 quen thuộc với phần lớn kỹ sư, vốn thuộc Standard 20 (NHBB).
Tiêu chuẩn riêng này xuất phát từ đặc tính vật lý. Tiêu chuẩn vòng bi tiết diện mỏng phải tính đến đường kính rất lớn và tính mềm dẻo của vòng trong và vòng ngoài trước khi khách hàng lắp đặt lần cuối (Kaydon). Một vòng mỏng lớn chưa hoàn toàn tròn cho đến khi được kẹp chặt, nên áp dụng dung sai của vòng cứng vững cho trạng thái tự do sẽ không có ý nghĩa.
Mã sản phẩm của Kaydon mã hóa cấp chính xác ngay tại vị trí thứ 8, và cách ánh xạ được nêu rõ ràng (Kaydon):
| Mã Kaydon | Cấp chính xác |
|---|---|
| 0 | Kaydon cấp 1, theo ABEC 1F |
| 3 | Kaydon cấp 3, theo ABEC 3F |
| 4 | Kaydon cấp 4, theo ABEC 5F |
| 6 | Kaydon cấp 6, theo ABEC 7F |
Vòng bi hệ mét 68xx và 69xx của ANDE áp dụng các cấp dung sai ISO 492, vì đây là chi tiết thuộc dòng kích thước ISO, không phải vòng bi tiết diện mỏng hệ inch. Nếu làm việc với thang ABEC nói chung, hướng dẫn về tiêu chuẩn ABEC của chúng tôi trình bày các cấp theo Standard 20 cùng những đặc tính chúng kiểm soát và không kiểm soát.
Lưu ý khi kiểm tra đầu vào: kết quả đo độ tròn ở trạng thái tự do của một vòng mỏng lớn không tự động chứng minh có khuyết tật. Vòng được thiết kế để định hình theo bệ lắp, nên hãy đo đặc tính cần kiểm soát sau khi lắp, không chỉ trên bàn kiểm.
Lắp đặt: phần quyết định tuổi thọ vòng bi
Một vòng mỏng sẽ định hình theo trục và vỏ ổ mà nó được kẹp vào. Đặc tính này chi phối mọi quy tắc lắp đặt tiếp theo: hình học bệ lắp, không chỉ bản thân vòng bi, quyết định độ chính xác quay và mô-men vận hành sau cùng (Kaydon).
Quy tắc hình học bề mặt tựa
Kaydon nêu yêu cầu dung sai dưới dạng quan hệ tương ứng trực tiếp, thuận tiện để ghi trên bản vẽ:
- Độ phẳng của bệ lắp vòng bi phải bằng độ đảo dọc trục của vòng lắp ghép tương ứng.
- Độ tròn của trục và vỏ ổ phải bằng độ đảo hướng kính của vòng lắp ghép tương ứng.
Lắp ép vòng ngoài mỏng vào một vỏ ổ không tròn sẽ làm vòng ngoài biến dạng theo. Hệ quả là các điểm bó cục bộ, ma sát cao hơn và hỏng sớm; chất lượng vòng bi không thể bù cho sai số này.
Quy tắc bố trí theo từng loại
Mỗi dạng hình học có logic lắp đặt riêng; một số quy tắc đặc biệt dễ bị áp dụng sai:
- Hai vòng bi loại C trên một trục dài: hãy để một vòng tự do dịch chuyển dọc trục, để giãn nở nhiệt của trục hay vỏ ổ không dồn tải dọc trục vào một vòng bi hướng kính.
- Một vòng bi loại X ở một đầu trục dài: dùng loại C ở đầu kia và để nó tự do dịch chuyển dọc trục. Không khuyến nghị dùng hai vòng bi loại X trên cùng một trục.
- Vòng bi loại A: dùng theo cặp có tải trước, bố trí lưng đối lưng hoặc mặt đối mặt. Hai cặp lưng đối lưng trên cùng một trục không phải thông lệ tiêu chuẩn. Nếu có vòng bi thứ ba đỡ đầu kia, hãy dùng một vòng bi hướng kính đơn hoặc một cặp mặt đối mặt và cho phép cụm này tự do dịch chuyển dọc trục.
Dấu định hướng là thông tin lắp đặt quan trọng
Các dấu trên vòng bi tiết diện mỏng là chỉ dẫn lắp đặt:
- Vòng bi hướng kính và bốn điểm có vòng cách kiểu lắp bật (snap-over) phải lắp mặt liền hướng lên, miệng túi chứa bi hướng xuống khi trục nằm trong khoảng 45° so với phương thẳng đứng. Các vòng bi này có mũi tên "UP". Trục nằm ngang không có hướng ưu tiên.
- Một vòng bi loại A đơn lẻ được đánh dấu "THRUST" kèm mũi tên chỉ chiều tải dọc trục mà vòng ngoài chịu được. Trong một cặp lưng đối lưng, các mũi tên chỉ hướng ra xa nhau; ở cặp mặt đối mặt, chúng chỉ hướng vào nhau.
- Các bộ ghép đôi (duplex) đã ghép cặp có dấu "V" trên đường kính ngoài và đường kính trong. Căn hai dấu "V" trùng nhau. Chúng nằm tại điểm cao nhất của độ đảo hướng kính, nên đặt chúng đối diện điểm thấp của trục và vỏ ổ sẽ giảm độ đảo của cụm sau khi lắp.
Mối lắp, kẹp chặt và bôi trơn
Các khuyến nghị mối lắp công bố đều giả định khe hở tiêu chuẩn, chi tiết bằng thép và nhiệt độ phòng. Thay đổi bất kỳ điều kiện nào thì mối lắp cũng thay đổi. Các kim loại khác nhau làm thay đổi mối lắp theo nhiệt độ, có thể khiến vòng bi bị bó theo hướng kính khi vận hành và làm tăng mô-men ma sát. Với vòng bi có tải đặt trước hướng kính, cần để khe hở nhỏ trên cả trục và vỏ ổ.
Để kẹp chặt, dùng vòng kẹp mặt đầu thay vì chỉ dựa vào mối lắp ép. Nhiều bu lông nhỏ tạo lực kẹp đồng đều hơn một số ít bu lông lớn và phải được siết theo trình tự hình sao. Các vòng kẹp chồng mép tạo thành vành chắn kiểu mê cung sẽ giúp giữ chất bôi trơn bên trong và ngăn chất bẩn xâm nhập.
Nếu không thể tránh mối lắp ép, tác dụng áp lực đều trên toàn bộ mặt vòng bi và chỉ ép lên vòng lắp có độ dôi. Không bao giờ truyền lực ép qua các rãnh lăn. Khi độ dôi lớn, dùng gia nhiệt hoặc làm lạnh để tạo khe hở lắp và để cụm trở về nhiệt độ phòng trước khi siết chặt bất kỳ chi tiết nào.
Cần lưu ý: vòng bi hở được xuất xưởng với dầu bảo quản, không phải chất bôi trơn làm việc. Làm sạch và tra chất bôi trơn phù hợp với tải, tốc độ, nhiệt độ và môi trường trước khi lắp. Vòng bi có phớt được nhà máy nạp sẵn mỡ đa dụng. Hướng dẫn bôi trơn vòng bi của chúng tôi trình bày cách chọn, còn bài vòng bi có phớt và vòng bi có nắp chắn trình bày cách chọn kết cấu che kín.
Ứng dụng, phương án thay thế và cách đặc tả
Chọn vòng bi tiết diện mỏng khi kích thước bao hoặc khối lượng là ràng buộc chi phối và tải ở mức vừa phải. Chọn dòng tiêu chuẩn khi khả năng chịu tải là ưu tiên cao nhất. Chọn vòng bi mâm xoay khi tải mô-men và đường kính vượt quá khả năng của vòng mỏng.
Vòng bi tiết diện mỏng được dùng trong khớp robot và đầu ra bộ truyền harmonic, thiết bị chẩn đoán hình ảnh y tế và robot phẫu thuật, gimbal quang học và radar, thiết bị thao tác trong sản xuất bán dẫn, cơ cấu chấp hành hàng không vũ trụ, cùng bộ định vị ăng-ten và camera. Điểm chung là khẩu độ lớn, không gian bao hạn chế và tải vừa phải.
Ví dụ khắt khe nhất được công bố nằm ngoài Trái Đất. Vòng bi Kaydon Reali-Slim được dùng trên xe tự hành sao Hỏa Perseverance của NASA, trong tay robot chính, tháp lấy mẫu, mâm xoay mũi dụng cụ và cụm xử lý mẫu (SKF). Chúng chịu được hành trình kéo dài nhiều tháng và hiện làm việc trong môi trường sao Hỏa.
Những nơi không nên dùng:
- Tải hướng kính lớn trong vỏ ổ kém cứng vững hoặc thành mỏng, nơi vòng bi không được đỡ đúng cách
- Tốc độ cao với loại X, nơi ma sát bốn điểm sinh nhiệt
- Tải hướng kính thuần túy với loại X, vốn phù hợp với loại C
Tiết diện mỏng hay vòng bi mâm xoay?
Cả hai đều là phương án khi tải mô-men chi phối; ranh giới lựa chọn mang tính thực dụng, không tuyệt đối. Chọn vòng bi mâm xoay khi cần vành răng tích hợp, hệ lỗ bu lông lắp trực tiếp hoặc khả năng chịu mô-men vượt quá vòng mỏng, đồng thời tốc độ làm việc thấp. Chọn vòng bi tiết diện mỏng khi cụm quay liên tục ở tốc độ vừa phải, mô-men phải thấp và có thể gia công bệ lắp đủ tròn, đủ phẳng. Hướng dẫn về vòng bi mâm xoay trình bày các loại, biểu đồ tải giới hạn tĩnh dùng để chọn cỡ và dung sai bề mặt đỡ mà loại vòng bi này đòi hỏi.
Nên ghi gì trong yêu cầu báo giá
Vòng bi tiết diện mỏng cần nhiều thông số đặt hàng hơn vòng bi tiêu chuẩn. Nêu đầy đủ các mục sau để tránh phải báo giá lại:
- Đường kính lỗ và dòng tiết diện
- Dạng tiếp xúc: C, A hay X, kèm sơ đồ ghép cặp nếu có
- Hở, có phớt hay có nắp chắn
- Vật liệu và kiểu vòng cách
- Cấp chính xác: một cấp F cho tiết diện mỏng hệ inch, hoặc một cấp ISO 492 cho hệ mét
- Khe hở trong hoặc tải đặt trước
- Vật liệu: thép crôm 52100 hoặc thép không gỉ 440C, cùng lớp mạ nếu có
- Chất bôi trơn, hoặc một ghi chú rằng bạn sẽ tự bôi trơn khi lắp
- Phương pháp dùng để xác lập tải trọng định mức công bố
Dòng vòng bi cầu rãnh sâu của ANDE bao gồm các dòng tiết diện mỏng hệ mét, từ 6800 đến 6820 và 6900 đến 6920, ở dạng hở, có nắp chắn và có phớt. Cần làm rõ một điểm về hình học bốn điểm nói trên: dòng vòng bi cầu tiếp xúc bốn điểm của chúng tôi có đường kính lỗ từ 30 mm đến 500 mm, là dòng hạng nặng cho máy cán và hộp số lớn, nên không phải vòng bi tiết diện mỏng. Nếu cần hỗ trợ xác định tiết diện, loại hoặc mã thay thế tương đương, hãy trao đổi với đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi. Lần đầu tìm nguồn từ nước ngoài? Hướng dẫn tìm nguồn vòng bi Trung Quốc của chúng tôi nêu các câu hỏi kiểm soát chất lượng cần đặt ra.
Câu hỏi thường gặp
Vòng bi tiết diện mỏng là gì?
Vòng bi tiết diện mỏng có tiết diện hướng kính nhỏ hơn khoảng một phần tư đường kính lỗ và nhỏ hơn hai lần đường kính viên bi. Loại này đánh đổi khả năng chịu tải và dung sai lắp đặt để có kích thước bao nhỏ hơn nhiều cùng khối lượng thấp hơn ở cùng cỡ trục.
Vòng bi dòng 6800 và 6900 có phải là vòng bi tiết diện mỏng?
Có. Cả hai đều là dòng kích thước mỏng hệ mét ISO. Ở đường kính lỗ 50 mm, tiết diện của 6810 bằng 0,15 lần đường kính lỗ và của 6910 bằng 0,22, cả hai đều dưới ngưỡng 0,25, còn 6010 là 0,30. Tuy nhiên tiết diện của chúng vẫn tăng theo đường kính lỗ, nên chúng không thay thế được cho vòng bi tiết diện không đổi hệ inch như Kaydon Reali-Slim.
Vòng bi tiết diện mỏng loại C, A và X khác nhau thế nào?
Loại C tiếp xúc hướng kính và phù hợp nhất với tải hướng kính. Loại A tiếp xúc góc, chịu tải dọc trục theo một chiều rất tốt và được dùng theo cặp đồng bộ. Loại X tiếp xúc bốn điểm với rãnh lăn dạng vòm Gothic, chịu tải mô-men và tải dọc trục đảo chiều rất tốt nhưng kém dưới tải hướng kính thuần túy.
Vì sao tải trọng định mức của vòng bi tiết diện mỏng khác nhau giữa các nhà cung cấp?
Vì phương trình xác lập tải trọng theo ISO 281 và ABMA Standard 9 giả định vòng trong và vòng ngoài được đỡ cứng vững, đồng thời khe hở sau khi lắp bằng không; các giả thiết này không còn đúng với vòng bi tiết diện mỏng. Nhà cung cấp dùng bảng tiêu chuẩn công bố giá trị cao hơn nhiều so với nơi dùng phương pháp dựa trên thử nghiệm. Cùng chi tiết KAA10CL0 được Kaydon định mức 150 lb, còn INA và NSK định mức 558 lb.
Trục và vỏ ổ cần đạt độ chính xác đến mức nào?
Độ phẳng của bệ lắp phải tương ứng với độ đảo dọc trục của vòng lắp ghép, còn độ tròn của trục và vỏ ổ phải tương ứng với độ đảo hướng kính của vòng đó. Vòng sẽ định hình theo bệ kẹp, nên bệ lắp không tròn sẽ làm vòng bi không tròn.
Chọn theo tiết diện, không theo danh tiếng thương hiệu
Vòng bi tiết diện mỏng phát huy giá trị khi kỹ sư coi hình học là một biến số thiết kế thay vì chỉ tra danh mục. Sáu điểm quan trọng nhất:
- Định nghĩa là một tỷ lệ, không phải một chiều rộng: tiết diện dưới một phần tư đường kính lỗ.
- Hai họ cùng mang cái tên này, và chỉ họ hệ inch giữ tiết diện không đổi.
- C, A và X ứng với các loại tải, trong đó loại X chuyên chịu mô-men và có thể thay hai vòng bi.
- Kiểm chứng phương pháp xác lập tải trọng định mức trước khi tin bất kỳ khả năng tải công bố nào.
- Tiết diện mỏng hệ inch dùng dung sai cấp F theo ABMA 26.2, không phải thang Standard 20 quen thuộc.
- Hình học bệ lắp chính là thiết kế. Độ tròn của vòng mỏng chỉ bằng độ tròn của bệ lắp mà nó được bắt chặt vào.
Chọn đúng tiết diện và đúng loại, gia công bệ lắp đạt yêu cầu, và một vòng bi nằm gọn trong lòng bàn tay sẽ giữ một khớp robot chính xác đến từng giây góc.
Xem dòng vòng bi cầu rãnh sâu của ANDE cho các dòng tiết diện mỏng 68xx và 69xx. Hoặc gửi cho đội ngũ kỹ thuật của chúng tôi các thông số về không gian lắp đặt, trường hợp tải và tốc độ để cùng xác định phương án.
Về tác giả
Jeff Li viết về kỹ thuật vòng bi và tìm nguồn cung ứng toàn cầu cho ANDE Bearing. Ông làm việc trực tiếp với các bộ phận thu mua của OEM và doanh nghiệp trong thị trường hậu mãi thuộc ngành ô tô, công nghiệp nặng và năng lượng tái tạo. Kết nối qua LinkedIn.
