Bạn có một trục 50 mm, một vỏ ổ không thể nới rộng, và một vòng bi không vừa. Phản xạ đầu tiên là hạ xuống đường kính lỗ nhỏ hơn rồi hy vọng trục vẫn trụ được. Thường thì có một cách tốt hơn: giữ nguyên đường kính lỗ và chọn tiết diện mỏng hơn.
Các con số đủ đáng để bạn dừng lại xem xét. Cả 6810 và 6010 đều nhận trục 50 mm, nhưng 6810 chiếm thể tích khối bao ít hơn khoảng 80%. Đó là lời hứa của vòng bi tiết diện mỏng, và nó có thật.
Nhưng có một cái bẫy khiến kỹ sư mất tiền thật. Hai họ vòng bi khác nhau cùng được bán dưới tên "tiết diện mỏng", và chúng không thay thế được cho nhau. Đem so sánh chéo hai họ này, bạn sẽ đặt về một chi tiết không vừa với khoảng không gian đã thiết kế cho nó.
Điểm chính
- Một vòng bi thường được xem là tiết diện mỏng khi tiết diện hướng tâm nhỏ hơn một phần tư đường kính lỗ và nhỏ hơn hai lần đường kính viên bi (Kaydon, 2014). Đây là phép thử theo tỷ lệ, không phải theo 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 một tiết diện từ khoảng 3/4" đến 40" đường kính lỗ.
- Vòng bi tiết diện không đổi có ba dạng hình học: loại C tiếp xúc hướng tâm, loại A tiếp xúc góc, và loại X tiếp xúc bốn điểm. Loại X chịu tải hướng tâm, dọc trục và mô-men trong một hàng bi nhờ rãnh lăn dạng vòm Gothic, nên một vòng bi có thể thay thế cho hai (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 mang hình dạng của bề mặt lắp, nên độ tròn của trục phải tương ứng với độ đảo hướng tâm của vòng bi, và độ phẳng của bề mặt tựa phải tương ứng với độ đảo dọc trục (Kaydon).
- Đừng so sánh hệ số tải giữa các nhà cung cấp. Các giả thiết tính hệ số tải của ISO 281 không còn đúng với tiết diện mỏng, và khả năng tải công bố cho cùng một chi tiết dao động từ 150 lb đến 558 lb tùy vào ai tính toán.
Vòng bi tiết diện mỏng là gì?
Vòng bi tiết diện mỏng là vòng bi có tiết diện hướng tâm nhỏ một cách không tương xứng so với đường kính lỗ của nó. Phép thử thực dụng mang tính định lượng: tiết diện hướng tâm nhỏ hơn một phần tư đường kính lỗ, và nhỏ hơn hai lần đường kính phần tử lăn (Kaydon, 2014).
Hãy để ý rằng định nghĩa là một tỷ lệ chứ không phải một số đo. Tiết diện 6 mm là mỏng ở lỗ 50 mm và chẳng có gì đặc biệt ở lỗ 10 mm. Chữ "mỏng" chỉ có ý nghĩa khi đặt tương quan với cái trục mà vòng bi phải bao quanh.
Lý do tỷ lệ này quan trọng nằm ở cách các vòng bi thông thường tăng cỡ. Trong một dòng tiêu chuẩn, cả tiết diện hướng tâm lẫn đường kính viên bi đều tăng theo đường kính lỗ, nên khối lượng leo lên rất dốc 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 một đường kính vòng chia lớn hơn.
Bạn đang thực hiện một sự đánh đổi có chủ ý. Bạn mua được kích thước bao và khối lượng, còn phần phải trả là khả năng chịu tải và dung sai lắp đặt. Cả hai nửa của cuộc mặc cả đó đều được trình bày bên dưới.
Áp dụng phép thử tỷ lệ vào các chi tiết catalog thực tế sẽ làm sáng tỏ mọi chuyện. Ở đường kính lỗ 50 mm phổ biến, các kích thước biên trong catalog của ANDE cho ra những tiết diện sau:
| Vòng bi | Lỗ × ĐK ngoài × chiều rộng | Tiết diện hướng tâm | 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 đạt phép thử. Dòng 60xx, 62xx và 63xx thì không. Nếu bạn muốn tự kiểm tra một phương án, phép tính chỉ là (ĐK ngoài − lỗ) ÷ 2, rồi chia cho đường kính lỗ. Để đo trước 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 bạn khỏi ném tiền vào một đơn hàng vô ích. 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 lên.
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 catalog của mình ngay dưới tiêu đề "Thin Section Ball Bearings" (Timken). Chúng có sẵn rộng rãi trong kho, được niêm yết giá catalog, và hầu hết nhà sản xuất đều cung cấp, ANDE cũng vậy.
Tiết diện của chúng mỏng so với đường kính lỗ, và nó vẫn tăng khi đường kính lỗ tăng, chỉ là chậm hơn so với 60xx hay 63xx. Catalog của ANDE cho thấy tiến trình này rất rõ:
| 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) |
Điều này rất đáng nói thẳng, vì nó thường bị mô tả sai. Dòng 68xx và 69xx là một dòng mỏng, không phải một dòng tiết diện không đổi. Tiết diện của chúng tăng gần gấp ba giữa lỗ 10 mm và lỗ 100 mm.
Họ thứ hai: tiết diện không đổi hệ inch
Đây là họ giữ nguyên một tiết diện trên một dải đường kính lỗ khổng lồ. Reali-Slim của Kaydon, cùng các dòng tương đương từ RBC và Silverthin, được xây dựng từ một tập hợp giới hạn các tiết diện giữ cố định khi đường kính lỗ tăng, trải dài khoảng 3/4" đến 40" (Kaydon).
Dòng hở của Kaydon minh họa rõ ý tưởng này. Tiết diện AA là 0,187" × 0,187" và tiết diện G là 1,000" × 1,000", và bất kỳ tiết diện nào cũng có thể đặt cho 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 ở đường kính lỗ lớn (SKF).
Chính tính chất đó làm cuộc sống của người thiết kế gimbal hay đầu quét trở nên dễ dàng hơn. Bạn có thể mở rộng khẩu độ của một cụm lắp mà kích thước bao của vòng bi không phình 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 | Sẵn có trong catalog, chi phí, đường kính lỗ vừa phải | Đường kính lỗ lớn, giới hạn kích thước bao khắc nghiệt, tải mô-men |
Hệ quả thực tế: một 6810 không phải là hàng thay thế cắm-là-chạy cho một Kaydon KA020CP0, và việc tra chéo giữa hai họ này đòi phải kiểm tra đường kính lỗ, tiết diện và dạng tiếp xúc. Nếu bạn đang giải mã một ký hiệu xa lạ, 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 chịu các loại tải khác nhau. Hãy chọn theo tải bạn thực sự có, không theo thứ đang sẵn trong kho.
Loại C, tiếp xúc hướng tâm. Rãnh sâu, khá giống một vòng bi rãnh sâu tiêu chuẩn. Xuất sắc dưới tải hướng tâm, tốt dưới tải dọc trục, và chấp nhận được dưới tải mô-men nhẹ đến vừa phải. Đây là lựa chọn mặc định cho nhiệm vụ chủ yếu hướng tâm.
Loại A, tiếp xúc góc. Xuất sắc dưới tải dọc trục theo một chiều và tốt theo hướng tâm. Một loại A đơn lẻ không bao giờ được dùng một mình cho tải mô-men hoặc tải dọc trục đảo chiều (RBC). Nó làm việc theo cặp ghép, xếp lưng đối lưng, mặt đối mặt hoặc nối tiếp, đúng logic đã trình bày trong hướng dẫn về vòng bi tiếp xúc góc của chúng tôi.
Loại X, tiếp xúc bốn điểm. Đây là hình học không có tương đương thực sự trong các tỷ lệ thông thường. Mỗi rãnh lăn được tạo từ hai cung tròn bán kính bằng nhau giao nhau tại một đỉnh nằm trong mặt phẳng tâm các viên bi. Kaydon gọi biên dạng này là vòm Gothic, và nó tạo ra bốn điểm tiếp xúc quanh mỗi viên bi (Kaydon).
Vì có tiếp xúc trên cả bốn phía của rãnh, một hàng bi loại X đơn lẻ chống lại được đồng thời tải hướng tâm, dọc trục và mô-men. Đó là lý do một vòng bi loại X thường thay thế được hai vòng bi, dù cặp bị thay là tiếp xúc góc, con lăn côn, hay một tổ hợp vòng bi chặn và vòng bi hướng tâm. Ví dụ trụ đứng (king-post) của Kaydon báo cáo mức cải thiện khoảng 50% độ cứng dưới tải mô-men khi thực hiện sự thay thế đó.
Cái giá phải trả là ma sát và khả năng tải hướng tâm. Loại X có ma sát cao hơn loại C hoặc loại A cùng cỡ, và nó là lựa chọn tồi cho tải hướng tâm thuần túy.
| Loại | Hướng tâm | Dọc trục | Mô-men | Dọc trục đảo chiều | Kết hợp |
|---|---|---|---|---|---|
| C hướng tâm | Xuất sắc | Tốt | Tốt | Tốt | Tốt |
| A tiếp xúc góc | Tốt | Xuất sắc | Không dùng | Không dùng | Tốt |
| X bốn điểm | Kém | Tốt | Xuất sắc | Xuất sắc | Kém |
Năng lực chịu tải theo từng loại vòng bi tiết diện mỏng. Nguồn: RBC Bearings, được đối chiếu xác nhận bởi Silverthin.
Một 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, cộng thêm M và W cho các sơ đồ UltraDuplex của họ (Silverthin). Luôn xác nhận một chữ cái với chính catalog của nhà sản xuất.
Bạn thực sự tiết kiệm được bao nhiêu không gian và khối lượng?
Mức tiết kiệm là lớn, và phần lớn thuộc về họ tiết diện không đổi. Chúng cũng chỉ thành hiện thực nếu bạn thiết kế lại trục và vỏ ổ quanh cái vòng mỏng hơn, chứ không phải nhét nó vào không gian bao cũ.
Ví dụ đã công bố của Kaydon là con số được dẫn nhiều nhất trong hạng mục này. So với một vòng bi tiêu chuẩn 6010 ở cùng đường kính lỗ 2,0", một vòng bi tiết diện mỏng cho tiết kiệm 85% không gian và 83% khối lượng. Vòng bi trong phép so sánh đó rộng 0,25" với 27 viên bi đường kính 0,125", và nó vẫn chịu được 1.700 lb tải dọc trục tĩnh. Các vòng bi siêu mỏng của Kaydon đi xa hơn nữa, giảm đến 99,9% khối lượng và 97% thể tích (Kaydon).
Đó là những con số của chính nhà sản xuất ở một cỡ lỗ duy nhất, nên hoàn toàn hợp lý khi hỏi liệu chúng có trụ được qua một phép kiểm tra độc lập. Có. Dùng các kích thước trong catalog của ANDE và coi mỗi vòng bi như một vành khuyên có thể tích π/4 × (ĐK ngoài² − lỗ²) × chiều rộng, ở đường kính lỗ 50 mm:
Một 6810 hóa ra nhỏ hơn 6010 tới 80,6% và nhỏ hơn 6310 tới 95,3%, trong khi vẫn đỡ cùng một trục 50 mm ở mọi trường hợp. Con số đó đủ gần với 85% của Kaydon để coi tuyên bố của nhà sản xuất là đáng tin, và đó là phép tính bạn có thể tái lập từ bất kỳ catalog nào trong một buổi chiều.
Hai điều cần nói thẳng. Đây là phép tính khối bao, không phải khối lượng vòng bi, vì số bi và hình học bên trong không tham gia vào công thức. Và phần không gian bạn tiết kiệm chỉ hữu ích nếu thiết kế xung quanh dùng được nó.
Vì sao khả năng chịu tải vẫn giữ được ở mức chấp nhận? Vì tải được phân bố trên các viên bi nhỏ hơn và nhiều hơn, trải trên một đường kính vòng chia lớn hơn, thay vì dồn vào vài viên bi lớn. Kaydon lưu ý rằng việc đỡ trục và vỏ ổ tốt sẽ phân tải lên nhiều viên bi trong khi vẫn tôn trọng giới hạn tĩnh của ngành là ứng suất Hertz 609.000 psi tại viên bi chịu tải nặng nhất. Cái lợi thứ cấp là các vòng mỏng hơn thường cho phép bạn thu nhỏ cả trục và vỏ ổ, khiến mức tiết kiệm được nhân lên.
Vì sao hệ số tải lại lệch nhau giữa các nhà cung cấp?
Đây là phần đáng nằm trong mọi cuộc trao đổi mua hàng nhưng hầu như chẳng bao giờ xuất hiện. Hệ số 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 catalog là:
| Nguồn | Hệ số tải trọng động hướng tâm công bố |
|---|---|
| Catalog Kaydon | 150 lb |
| Bảng fc ISO/ABMA 1990 | 558 lb |
| INA | 558 lb |
| NSK | 558 lb |
| SKF | 555 lb |
| RBC | 300 lb |
Hệ số tải trọng động hướng tâm công bố cho một chi tiết tiết diện mỏng, theo từng nguồn. Nguồn: Kaydon, 2014.
Không ai gian dối ở đây. Các nhà cung cấp đang trả lời câu hỏi theo những cách khác nhau, vì các phương trình tiêu chuẩn chưa bao giờ được viết ra cho loại vòng bi này.
Cả ABMA Standard 9 và ISO 281 đều suy ra hệ số tải trọng động hướng tâm cơ bản từ một đại lượng gọi là fc, và đại lượng đó dựa trên một tập hợp giả thiết. Kaydon liệt kê tám giả thiết, trong đó vài giả thiết sai hoàn toàn với tiết diện mỏng (Kaydon):
- Bán kính tiết diện 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
Hệ số tải của chính Kaydon xuất phát từ một phương pháp dựa trên ứng suất tiếp xúc, được hiệu chuẩn với khoảng năm năm thử nghiệm mỏi, và đó là lý do các con số họ công bố nằm thấp hơn nhiều so với con số tra bảng. Những nhà cung cấp lấy fc thẳng từ bảng, không hiệu chỉnh theo tỷ số độ cong hay khe hở, sẽ đi tới các con số cao hơn.
Còn một khoảng trống nữa đáng biết. Vòng bi tiếp xúc bốn điểm hoàn toàn không được Standard 9 hay ISO 281 bao phủ, nên bất kỳ hệ số tải động nào bạn thấy cho một vòng bi loại X đều đến từ một phương pháp riêng của nhà sản xuất.
Vậy bạn thực sự làm gì với điều này?
- Đừng bao giờ so sánh hệ số tải giữa các nhà cung cấp như thể chúng là cùng một đại lượng. Hãy so sánh trong phạm vi một phương pháp của một nhà sản xuất.
- Hãy hỏi tiêu chuẩn và phiên bản nào đã tạo ra con số đó. Nhà cung cấp không trả lời được là đang báo một dòng trong bảng tra, không phải một kết quả thử nghiệm.
- Hãy chọn cỡ theo L₁₀ cho trường hợp tải thực tế của bạn, không theo con số khả năng tải in trên tiêu đề. Hướng dẫn về tải trọng động so với tải trọng tĩnh của chúng tôi trình bày phép tính đó.
Điều này áp dụng cho chúng tôi không khác gì bất cứ ai. Hãy hỏi ANDE phương pháp nào tạo ra một hệ số tải, và hãy trông đợi một câu trả lời thẳng thắn. Kiểm chứng con số vẫn hơn tin vào cái nhãn, dù cái nhãn đó thuộc về ai.
Dung sai: vì sao tiết diện mỏng dùng ABEC 1F đến 7F
Vòng bi tiết diện mỏng được cho dung sai theo ANSI/ABMA Standard 26.2, với các cấp ABEC ghi là 1F, 3F, 5F và 7F. Đó là một tiêu chuẩn khác với thang ABEC 1 đến 9 mà phần lớn kỹ sư đã quen, thang này đến từ Standard 20 (NHBB).
Tiêu chuẩn riêng này tồn tại vì một lý do vật lý. Các tiêu chuẩn cho tiết diện mỏng được thiết lập để tính đến đường kính rất lớn và đến 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 tới khi được kẹp chặt, nên giữ nó theo dung sai của vòng cứng vững ở trạng thái tự do sẽ vô 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 thì được cho dung sai theo các cấp ISO 492, vì chúng là chi tiết thuộc dòng kích thước ISO chứ không phải tiết diện mỏng hệ inch. Nếu bạn 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 gì chúng kiểm soát và không kiểm soát.
Một lưu ý thực tế cho ai làm kiểm tra hàng nhập. Kết quả đo độ tròn ở trạng thái tự do trên một vòng mỏng lớn không phải là một báo cáo khuyết tật. Vòng được thiết kế để thích ứng khi lắp, nên hãy đo cái thực sự quan trọng sau khi lắp đặt, không phải trên bàn kiểm.
Lắp đặt: phần quyết định vòng bi sống hay chết
Một vòng mỏng mang lấy hình dạng của trục và vỏ ổ mà nó bị kẹp vào. Chỉ một sự thật đó thôi đã chi phối mọi quy tắc lắp đặt tiếp theo, và đó là lý do hình học bề mặt tựa, chứ không phải bản thân vòng bi, quyết định độ chính xác quay và mô-men mà cuối cùng bạn nhận được (Kaydon).
Quy tắc hình học bề mặt tựa
Kaydon phát biểu yêu cầu dung sai dưới dạng một tương đương trực tiếp, nhờ vậy rất dễ ghi lên bản vẽ:
- Độ phẳng của các bề mặt tựa vòng bi phải bằng độ đảo dọc trục của vòng bi tiếp giáp.
- Độ tròn của trục và vỏ ổ phải bằng độ đảo hướng tâm của vòng bi tiếp giáp.
Ép một vỏ ổ không tròn lên một vòng ngoài mỏng thì vòng ngoài sẽ méo theo. Kết quả là các điểm bị kẹt chặt, ma sát cao hơn, và hỏng sớm mà không lượng chất lượng vòng bi nào ngăn được.
Quy tắc bố trí theo từng loại
Mỗi hình học có logic lắp đặt riêng, và hai trong số các quy tắc này rất dễ làm 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 tâm.
- Một vòng bi loại X ghép với đầu xa của một trục dài: hãy làm vòng bi thứ hai là loại C và để nó tự do dịch chuyển. Không khuyến nghị dùng hai vòng bi loại X trên cùng một trục.
- Vòng bi loại A: dùng theo cặp có tải trước, lưng đối lưng hoặc mặt đối mặt. Hai cặp lưng đối lưng trên cùng một trục không phải thực hành chuẩn. Nếu có vòng bi thứ ba đỡ đầu xa, hãy chọn một vòng bi hướng tâm đơn hoặc một cặp mặt đối mặt, được tự do dịch chuyển.
Dấu định hướng là thông tin chịu tải
Các dấu ghi trên một vòng bi tiết diện mỏng là chỉ dẫn, không phải trang trí:
- Vòng bi hướng tâm và bốn điểm có vòng cách kiểu lắp bật (snap-over) phải lắp mặt kín hướng lên, miệng hốc chứa bi hướng xuống khi trục nằm trong khoảng 45° so với phương thẳng đứng. Loại này có mũi tên "UP". Trục nằm ngang thì 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 mang một dấu "V" trên đường kính ngoài và đường kính trong. Hãy căn hai dấu "V" trùng với nhau. Chúng nằm ở điểm cao nhất của độ đảo hướng tâm, 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 mối lắp đã công bố đều giả định khe hở tiêu chuẩn, chi tiết bằng thép và nhiệt độ phòng. Thay đổi bất kỳ điều nào trong đó thì mối lắp cũng thay đổi theo. Kim loại khác nhau làm mối lắp dịch chuyển theo nhiệt độ, điều có thể khiến vòng bi bị chặt theo hướng kính khi vận hành và đẩy mô-men ma sát tăng lên. Ở nơi vòng bi được cấp kèm tải trước theo đường kính, hãy để một chút khe hở trên cả trục và vỏ ổ.
Về kẹp chặt, hãy dùng vòng kẹp mặt thay vì chỉ dựa vào mối lắp ép. Nhiều bu lông nhỏ cho lực kẹp đều hơn vài bu lông lớn, và chúng phải được siết theo trình tự hình sao. Cho các vòng kẹp gối lên nhau để tạo thành một vành chắn kiểu labyrinth sẽ giúp giữ chất bôi trơn ở trong và ngăn nhiễm bẩn vào.
Nếu không thể tránh mối lắp ép, hãy tác dụng áp lực đều lên toàn bộ mặt vòng bi và chỉ ép lên vòng có phần lắp chặt. Không bao giờ ép xuyên qua các rãnh lăn. Ở nơi độ lắp chặt là đáng kể, hãy dùng nhiệt hoặc làm lạnh để có khe hở, và để cụm lắp trở về nhiệt độ phòng trước khi siết bất cứ thứ gì.
Một chi tiết thường khiến người ta trở tay không kịp: vòng bi hở được xuất xưởng với dầu bảo quản, không phải chất bôi trơn làm việc. Hãy làm sạch chúng và tra chất bôi trơn phù hợp với tải, tốc độ, nhiệt độ và môi trường trước khi lắp. Vòng bi kín thì đến tay bạn đã được nạp sẵn mỡ đa dụng từ nhà máy. Hướng dẫn bôi trơn vòng bi của chúng tôi trình bày cách chọn, và bài vòng bi kín so với vòng bi có tấm chắn trình bày lựa chọn kết cấu che kín.
Ứng dụng, phương án thay thế và cách đặc tả
Hãy chọn vòng bi tiết diện mỏng khi kích thước bao hoặc khối lượng là ràng buộc quyết định và tải ở mức vừa phải. Hãy chọn dòng tiêu chuẩn khi khả năng chịu tải chiếm ưu thế. Hãy chọn vòng bi xoay khi tải mô-men và đường kính vượt quá điều mà một vòng mỏng có thể gánh.
Tiết diện mỏng giành được vị trí của mình trong khớp robot và đầu ra bộ truyền harmonic, chẩn đoán hình ảnh y tế và robot phẫu thuật, gimbal quang học và radar, thao tác bán dẫn, cơ cấu chấp hành hàng không, cùng các bộ định vị ăng-ten và camera. Điểm chung là khẩu độ lớn, không gian bao chật, và tải vừa phải.
Ví dụ khắt khe nhất từng được công bố nằm ngoài Trái Đất. Vòng bi Kaydon Reali-Slim được dùng trên xe tự hành sao Hỏa Perseverance của NASA, ở tay robot chính, đầu quay lấy mẫu, băng chứa mũi công cụ và cụm xử lý mẫu (SKF). Chúng đã sống qua nhiều tháng hành trình và giờ đang làm việc trong môi trường sao Hỏa.
Những nơi không nên dùng:
- Tải hướng tâm lớn trong một vỏ ổ mềm 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 tâm thuần túy với loại X, vốn là việc của loại C
Tiết diện mỏng hay vòng bi xoay?
Cả hai đều được nhắc đến khi tải mô-men là vấn đề, và ranh giới mang tính thực dụng chứ không dứt khoát. Hãy chọn vòng bi xoay khi bạn cần răng liền khối, mẫu lỗ bu lông để lắp, hoặc khả năng chịu mô-men vượt quá điều một vòng mỏng cung cấp, và khi tốc độ thấp. Hãy ở lại với tiết diện mỏng khi cụm lắp quay liên tục ở tốc độ vừa phải, mô-men phải giữ ở mức thấp, và bạn có thể gia công một bề mặt tựa đủ tròn và đủ phẳng.
Nên ghi gì trong yêu cầu báo giá
Vòng bi tiết diện mỏng được đặt hàng theo nhiều thuộc tính hơn một vòng bi tiêu chuẩn. Hãy nêu đầy đủ những 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, kín hay có tấm 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
- Mối lắp bên trong hoặc tải trước
- Vật liệu: thép chrome 52100 hoặc inox 440C, cùng lớp mạ nếu có
- Chất bôi trơn, hoặc một ghi chú rằng bạn sẽ tự bôi trơn khi lắp
- Phương pháp nào đã tạo ra hệ số tải công bố
Dòng vòng bi cầu rãnh sâu của ANDE bao phủ các dòng tiết diện mỏng hệ mét, từ 6800 đến 6820 và 6900 đến 6920, ở dạng hở, có tấm chắn và kín. Một điểm cần làm rõ về hình học bốn điểm nói trên. Dòng vòng bi cầu tiếp xúc bốn điểm của chúng tôi chạy từ 30 mm đến 500 mm đường kính lỗ như một dòng hạng nặng cho nhà máy cán và hộp số lớn, nên chúng không phải chi tiết tiết diện mỏng. Nếu bạn cần trợ giúp để khớp một tiết diện, một loại hay một phương án thay thế, 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 những câu hỏi kiểm soát chất lượng đáng đặt ra.
Câu hỏi thường gặp
Vòng bi tiết diện mỏng là gì?
Vòng bi tiết diện mỏng là vòng bi có tiết diện hướng tâm nhỏ hơn khoảng một phần tư đường kính lỗ, và nhỏ hơn hai lần đường kính viên bi. Nó đánh đổi khả năng chịu tải và dung sai lắp đặt để lấy 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 là tiếp xúc hướng tâm và tốt nhất dưới tải hướng tâm. Loại A là tiếp xúc góc, xuất sắc với tải dọc trục theo một chiều, và được dùng theo cặp ghép. Loại X là tiếp xúc bốn điểm với rãnh lăn dạng vòm Gothic, xuất sắc dưới tải mô-men và tải dọc trục đảo chiều nhưng kém dưới tải hướng tâm thuần túy.
Vì sao hệ số tải của vòng bi tiết diện mỏng khác nhau giữa các nhà cung cấp?
Vì các phương trình tính hệ số tải của ISO 281 và ABMA Standard 9 giả định các rãnh lăn được đỡ cứng vững và khe hở sau khi lắp bằng không, điều mà tiết diện mỏng vi phạm. Các nhà cung cấp dùng bảng tra tiêu chuẩn công bố những con số cao hơn nhiều so với những nơi dùng phương pháp dựa trên thử nghiệm. Một chi tiết, KAA10CL0, được Kaydon định mức 150 lb và được INA cùng NSK định mức 558 lb.
Trục và vỏ ổ cần đạt độ chính xác đến mức nào?
Độ phẳng bề mặt tựa phải tương ứng với độ đảo dọc trục của vòng bi tiếp giáp, và độ tròn của trục cùng vỏ ổ phải tương ứng với độ đảo hướng tâm của nó. Vòng bi sẽ thích ứng theo bất cứ thứ gì nó bị kẹp vào, nên một bề mặt tựa không tròn sẽ tạo ra một vòng bi không tròn.
Hãy đặc tả tiết diện, đừng đặc tả danh tiếng
Vòng bi tiết diện mỏng tưởng thưởng cho những kỹ sư coi hình học là một biến số thiết kế chứ không phải một dòng tra trong catalog. Sáu điều mang phần lớn giá trị:
- 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 là chuyên gia chịu mô-men, có thể thay cho hai vòng bi.
- Hãy kiểm chứng phương pháp tính hệ số tải 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 bề mặt tựa chính là thiết kế. Một vòng mỏng chỉ tròn bằng đúng cái mà bạn bắt bu lông nó vào.
Chọn đúng tiết diện và đúng loại, gia công một bề mặt tựa xứng với chúng, và một vòng bi nằm gọn trong lòng bàn tay sẽ giữ một khớp robot chính xác đến từng giây góc.
Hãy 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 không gian lắp đặt, trường hợp tải và tốc độ của bạn, chúng tôi sẽ cùng bạn làm việc lựa chọn.
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 nhà mua hàng OEM và thị trường phụ tùng trong ngành ô tô, công nghiệp nặng và năng lượng tái tạo. Kết nối qua LinkedIn.
