Vòng bi cầu tiếp xúc góc hai dãy là một thiết kế ổ trục kết hợp hai hàng bi tiếp xúc góc trong một vòng trong và ngoài duy nhất, được bố trí quay lưng vào nhau để chúng có thể đồng thời chịu tải trọng hướng tâm, tải trọng trục theo cả hai hướng và tải trọng mô men. Góc tiếp xúc của mỗi hàng được đặt sao cho các đường tải từ các phía đối diện của ổ trục hội tụ về trục ổ trục, tạo ra một bộ phận khép kín chống lại lực nghiêng mà không cần ổ trục thứ hai được gắn riêng biệt để xử lý hướng trục đối diện. Về mặt nguyên lý cấu trúc, vòng bi tiếp xúc góc hai dãy về cơ bản tương đương với một cặp hai vòng bi tiếp xúc góc đối lưng (DB) được tích hợp vào một bộ phận hẹp hơn, nhỏ gọn hơn có chung vòng trong và vòng ngoài (nguồn: Thư viện Kỹ thuật Toàn cầu NSK; Danh mục Vòng bi NTN 2203E). Góc tiếp xúc tiêu chuẩn của vòng bi hai dãy 5200 và 5300 là 25 độ , trong khi Schaeffler và một số họ thiết kế khác sử dụng góc tiếp xúc 30 độ, giúp tăng khả năng chịu tải dọc trục so với khả năng xuyên tâm (nguồn: NSK; Schaeffler TPI 213). Hình học nhỏ gọn có nghĩa là ổ trục đôi chiếm không gian trục ít hơn đáng kể so với hai ổ trục tiếp xúc góc một dãy được lắp riêng biệt có cùng lỗ khoan và đường kính ngoài, khiến nó trở thành giải pháp ưu tiên ở bất cứ nơi nào cần ràng buộc trục hai chiều trong phạm vi lắp đặt hẹp. Vòng bi tiếp xúc góc đôi hàng trong dòng 30 và 38 bao gồm nhiều kích cỡ lỗ khoan và các tùy chọn bịt kín phù hợp chính xác với loại ứng dụng tải đa hướng, nhỏ gọn này.
Góc tiếp xúc xác định hành vi vòng bi như thế nào
Góc tiếp xúc là thông số hình học quan trọng nhất giúp phân biệt ổ bi tiếp xúc góc với ổ bi rãnh sâu và nó trực tiếp xác định tỷ lệ tải trọng hướng trục và tải trọng hướng tâm mà ổ trục có thể mang lại.
Ý nghĩa hình học của góc tiếp xúc
Trong bất kỳ ổ lăn nào, các bi truyền tải trọng giữa mương vòng trong và mương vòng ngoài thông qua các điểm tiếp xúc. Trong ổ trục rãnh sâu, các điểm tiếp xúc này nằm trên đường vuông góc với trục trục, có nghĩa là ổ trục rất phù hợp với tải trọng hướng tâm nhưng chỉ có thể chịu tải trọng trục một cách ngẫu nhiên. Trong ổ trục tiếp xúc góc, các rãnh lăn được bù sao cho đường nối hai điểm tiếp xúc tạo thành một góc với mặt phẳng hướng tâm. Góc này là góc tiếp xúc, ký hiệu là alpha. Khi tải trọng dọc trục được tác dụng lên ổ trục tiếp xúc góc, nó sẽ được truyền qua đường tiếp xúc nghiêng này, đường này sẽ phân giải lực thành thành phần hướng tâm và thành phần trục trong hình dạng ổ trục. Góc tiếp xúc càng cao thì tỷ lệ tải trọng dọc trục được truyền hiệu quả càng lớn và tỷ lệ tải trọng trục và hướng tâm mà ổ trục có thể duy trì trước khi ứng suất tiếp xúc trở nên nghiêm trọng (nguồn: Danh mục vòng bi NTN 2203E; brkbears.com).
Giá trị góc tiếp xúc trong thiết kế hàng đôi
Vòng bi tiếp xúc góc một hàng có bốn cấu hình góc tiếp xúc tiêu chuẩn: 15 độ, 25 độ, 30 độ và 40 độ. Biến thể 15 độ ưu tiên vận hành tốc độ cao và độ cứng dọc trục thấp; biến thể 40 độ ưu tiên khả năng chịu tải dọc trục tối đa với chi phí giảm tốc độ và sinh nhiệt cao hơn. Vòng bi tiếp xúc góc hai hàng thuộc dòng 5000 tiêu chuẩn (sê-ri 5200, 5300) được sản xuất với công nghệ Góc tiếp xúc 25 độ trên mỗi hàng, được sắp xếp quay lưng lại với nhau để mỗi hàng chịu được tải trọng dọc trục từ một hướng. Các biến thể công suất cao, bao gồm cả dòng thiết kế Schaeffler, sử dụng Góc tiếp xúc 30 độ mang lại tỷ lệ tải dọc trục cao hơn nhưng tạo ra mức giảm tương ứng về giới hạn tốc độ khi hoạt động liên tục (nguồn: NSK Global; Schaeffler TPI 213).
Khả năng tải thời điểm
Một khả năng cực kỳ quan trọng được tạo ra bởi sự sắp xếp hàng đôi là khả năng chống lại tải trọng mô men, còn được gọi là mômen nghiêng. Tải trọng mômen có tác dụng làm quay trục so với vỏ quanh một trục vuông góc với đường tâm trục. Ổ trục tiếp xúc góc đơn hoặc ổ trục rãnh sâu đơn không thể chịu được loại tải này một cách đáng tin cậy vì vùng tiếp xúc ở một bên sẽ bị quá tải trong khi phía đối diện sẽ mất tiếp xúc. Sự sắp xếp tựa lưng của một ổ trục đôi tạo ra một khoảng cách hiệu quả rộng giữa hai đường tải, ngay cả trong chiều rộng ổ trục đơn, cung cấp một cánh tay đòn cơ học chống lại lực lật. Đây là lý do tại sao vòng bi tiếp xúc góc hai hàng được chỉ định cho các ứng dụng trong đó trục bị uốn, tải trọng quá mức hoặc lực hồi chuyển tạo ra mô men tải trên vị trí vòng bi (nguồn: NTN Bearing Catalog 2203E).
Cấu trúc bên trong và vật liệu thành phần
Việc hiểu cấu tạo bên trong của ổ bi tiếp xúc góc hai hàng sẽ giải thích tại sao các lựa chọn vật liệu và thiết kế cụ thể lại ảnh hưởng đến hiệu suất theo những cách không phải lúc nào cũng rõ ràng nếu chỉ xét riêng xếp hạng tải trong danh mục.
Vòng và Đường đua
Vòng trong và ngoài của vòng bi tiếp xúc góc hai hàng tiêu chuẩn được sản xuất từ thép chịu lực crom cacbon cao, phổ biến nhất là loại 52100 hoặc loại tiêu chuẩn quốc gia tương đương, được tôi cứng đến độ cứng bề mặt thường nằm trong khoảng từ 58 đến 65 HRC. Các đường lăn được mài với dung sai chặt chẽ về đường kính, độ tròn và độ nhám bề mặt, vì chất lượng bề mặt tại vùng tiếp xúc quyết định trực tiếp sự phân bố ứng suất dưới tải cũng như mức độ tiếng ồn và độ rung khi vận hành. Hình dạng vai trên mỗi vòng được thiết kế để tạo ra độ lệch giữa hai mương hàng tạo ra góc tiếp xúc dự định và chiều cao vai này cũng đặt ra tải trọng trục tối đa mà các vòng có thể hỗ trợ trước khi ứng suất tiếp xúc di chuyển sang vai vòng thay vì duy trì trên mương.
Yếu tố lăn
Các quả bóng ở cả hai hàng thường được sản xuất từ cùng loại thép chịu lực 52100 như các vòng hoặc từ gốm như silicon nitride (Si3N4) trong các ứng dụng tốc độ cao hoặc có tính ăn mòn cao. Đường kính bi và số lượng bi trên mỗi hàng được chọn trong quá trình thiết kế để tối ưu hóa mức tải trọng động, mức tải trọng tĩnh và khả năng tốc độ của ổ trục cho loạt ứng dụng dự định của nó. Trong một chuỗi nhất định, đường kính quả bóng lớn hơn sẽ tăng mức tải trọng nhưng làm giảm tốc độ tối đa cho phép vì lực ly tâm trên mỗi quả bóng tỉ lệ với khối lượng quả bóng và bình phương tốc độ. Các quả bóng cấp chính xác có sự thay đổi đường kính nhỏ hơn 0,00025 mm giữa các quả bóng trong cùng một hàng, vì ngay cả những khác biệt nhỏ về đường kính cũng gây ra sự chia sẻ tải không đồng đều làm giảm mức tải hiệu quả dưới con số trong danh mục.
Tùy chọn lồng
Lồng ngăn cách các quả bóng và duy trì khoảng cách chu vi nhất quán để tải trọng được phân bổ đều xung quanh chu vi vòng bi. Vòng bi tiếp xúc góc hai dãy có hai loại vòng cách chính (nguồn: NSK Global; NTN):
- Vòng cách bằng thép ép, là lựa chọn tiêu chuẩn cho hầu hết các ứng dụng tốc độ trung bình và tốc độ cao và được dập từ tấm thép cacbon thấp có các túi được tạo thành để dẫn hướng các quả bóng; vòng cách bằng thép ép phù hợp với hầu hết các ứng dụng bôi trơn bằng dầu và mỡ trong định mức tốc độ tiêu chuẩn của vòng bi
- Vòng cách bằng polyamit hoặc nylon, mang lại khối lượng thấp hơn và độ ồn thấp hơn ở tốc độ cao, hiệu suất tốt hơn trong các vòng bi kín được bôi trơn bằng mỡ trong đó lực cản nhớt từ mỡ là nguồn nhiệt và giảm nguy cơ bị nhòe khi mất bôi trơn tạm thời ở tốc độ cao
Tùy chọn niêm phong và che chắn
Vòng bi tiếp xúc góc hai hàng mở yêu cầu bôi trơn bên ngoài thông qua việc bổ sung dầu mỡ định kỳ hoặc hệ thống dầu điều áp. Các biến thể kín và được che chắn có sẵn và ngày càng được chỉ định cho các ứng dụng mà khả năng tiếp cận bảo trì bị hạn chế hoặc sự xâm nhập của ô nhiễm là mối lo ngại (nguồn: Danh mục vòng bi NTN 2203E; NSK). Các chỉ định hậu tố được sử dụng phổ biến nhất là:
| Mã hậu tố | Mô tả thiết kế | Lợi ích ứng dụng điển hình |
| ZZ hoặc 2Z | Tấm chắn thép không tiếp xúc ở cả hai bên | Giảm sự xâm nhập của ô nhiễm; cho phép tốc độ cao hơn một chút so với con dấu tiếp xúc; giữ lại lượng dầu mỡ ban đầu |
| 2RS hoặc DDU | Liên hệ với con dấu cao su ở cả hai bên | Khả năng loại trừ ô nhiễm cao hơn tấm chắn; được bôi trơn trước và không cần bảo trì; giảm tốc độ nhẹ |
| Mở (không có hậu tố) | Không có con dấu hoặc lá chắn | Thích hợp cho hệ thống tắm dầu hoặc tuần hoàn dầu; khả năng tốc độ cao nhất; yêu cầu lọc bên ngoài để kiểm soát ô nhiễm |
Quy ước đặt tên sê-ri 30-2RS, 38-2RS, 30-ZZ và 38-ZZ được sử dụng trong Vòng bi tiếp xúc góc đôi hàng dòng sản phẩm mã hóa trực tiếp cả số sê-ri và loại vòng đệm vào ký hiệu vòng bi, giúp dễ dàng xác định biến thể nào phù hợp cho một ứng dụng nhất định chỉ từ số bộ phận.
Xếp hạng tải và thông số hiệu suất
Hiệu suất của bất kỳ ổ lăn nào được đặc trưng chủ yếu bởi ba giá trị định mức: định mức tải trọng động cơ bản, định mức tải trọng tĩnh cơ bản và tốc độ giới hạn. Những số liệu này được xác định bởi hình dạng bên trong của ổ trục và phải được diễn giải chính xác liên quan đến tốc độ và chu kỳ tải thực tế của ứng dụng trước khi có thể dự đoán được tuổi thọ sử dụng đáng tin cậy.
Xếp hạng tải động cơ bản
Định mức tải trọng động cơ bản (C) được định nghĩa là tải trọng hướng tâm không đổi, theo đó một nhóm ổ trục giống hệt nhau sẽ đạt được tuổi thọ mỏi danh định là một triệu vòng quay với độ tin cậy 90%, theo phương pháp tính toán được xác định trong ISO 281. Đối với ổ bi tiếp xúc góc hai hàng, định mức tải trọng động cao hơn so với ổ bi một hàng có cùng lỗ vì hai hàng bi chia sẻ tải trọng tác dụng, phân bổ ứng suất tiếp xúc Hertzian trên số lượng điểm tiếp xúc lớn hơn. Là một tài liệu tham khảo thực tế, ổ trục dòng 5200 có lỗ khoan 10 mm (số ổ bi 5200) có định mức tải trọng động là 7.150 N , trong khi dòng 5203 với lỗ khoan 17 mm mang khoảng 12.700 N, và dòng 5204 với lỗ khoan 20 mm mang khoảng 15.900 N (nguồn: Danh mục vòng bi tiếp xúc góc hai hàng loại kín và được che chắn của NSK, tài liệu e1249b).
Xếp hạng tải tĩnh cơ bản
Xếp hạng tải trọng tĩnh cơ bản (C0) xác định tải trọng mà ứng suất tiếp xúc tối đa giữa quả bóng và mương đạt khoảng 4.000 MPa, mức độ biến dạng dẻo cục bộ của mương bắt đầu tạo ra vết lõm vĩnh viễn làm tăng độ rung và tiếng ồn trong quá trình vận hành tiếp theo. Sử dụng cùng dữ liệu tham chiếu NSK, dòng 5200 (đường kính 10 mm) có mức tải trọng tĩnh là 3.900 N, trong khi dòng 5203 (đường kính 17 mm) có 8.300 N và dòng 5204 (đường kính 20 mm) có 10.700 N (nguồn: danh mục NSK e1249b). Các ứng dụng liên quan đến tải va đập, tải tĩnh nặng trong quá trình lắp ráp hoặc tải mô men nặng duy trì ở tốc độ thấp phải được đánh giá theo định mức tĩnh thay vì định mức động.
Tính toán tải động tương đương
Khi ổ trục chịu tải trọng hướng tâm và hướng trục kết hợp thay vì tải hướng tâm thuần túy, tải trọng động tương đương P phải được tính toán trước khi áp dụng phương trình tuổi thọ ISO 281. Đối với vòng bi tiếp xúc góc hai dãy, công thức tiêu chuẩn là P = XFr YFa, trong đó Fr là lực hướng tâm, Fa là lực dọc trục và X và Y là hệ số tải phụ thuộc vào tỷ số giữa lực hướng trục và lực hướng tâm so với giá trị ngưỡng e. Đối với dãy hàng đôi được bịt kín và được che chắn, các giá trị điển hình khi Fa/Fr nhỏ hơn hoặc bằng e là X = 1, Y = 0,92 và khi Fa/Fr vượt quá e, X = 0,67 và Y = 1,41, với e xấp xỉ 0,68 (nguồn: danh mục NSK e1249b). Các giá trị này thay đổi theo góc tiếp xúc và dãy ổ trục, đồng thời người thiết kế phải luôn sử dụng các giá trị từ bảng dữ liệu của nhà sản xuất cụ thể cho dãy ổ trục được áp dụng.
Khả năng tốc độ
Giới hạn tốc độ của ổ bi tiếp xúc góc hai dãy được thiết lập bằng nhiệt sinh ra tại các điểm tiếp xúc lăn và tại bề mặt tiếp xúc lồng-bóng, và được biểu thị theo quy ước là giới hạn tốc độ bôi trơn hoặc giới hạn tốc độ dầu, với giới hạn dầu thường cao hơn 20 đến 30 phần trăm so với giới hạn mỡ. Các biến thể bịt kín và được che chắn có giới hạn tốc độ thấp hơn so với các vòng bi mở tương đương vì ma sát của môi bịt kín hoặc khoảng cách gần của tấm chắn sẽ tăng thêm nhiệt mà lớp mỡ cố định phải tiêu tan mà không cần làm mát bên ngoài. Tiêu chuẩn DIN 628-3, chi phối các kích thước chính của vòng bi tiếp xúc góc hai dãy, thiết lập các giới hạn kích thước nhằm đảm bảo khả năng thay thế lẫn nhau giữa các nhà sản xuất vòng bi trong cùng một dòng (nguồn: Schaeffler TPI 213).
Hệ thống ký hiệu và nhận dạng sê-ri
Việc đọc chính xác ký hiệu ổ bi tiếp xúc góc hai dãy cho phép kỹ sư hoặc chuyên gia mua hàng xác nhận đường kính lỗ, dãy (và do đó là đường kính ngoài và chiều rộng) cũng như cấu hình bịt kín từ số bộ phận mà không cần tham khảo bảng chiều đầy đủ.
| Phần tử số phần | Ý nghĩa | Ví dụ |
| Hai hoặc ba chữ số đầu tiên (5200, 5300, 3200, 3300) | Chỉ định loạt; mã hóa chuỗi đường kính ngoài và loại hàng đôi | 5200 = hàng đôi nhẹ tiêu chuẩn; 5300 = hàng đôi vừa |
| Các chữ số còn lại | Mã kích thước lỗ khoan; nhân với 5 đối với kích thước trên 04 để có lỗ khoan tính bằng mm | Mã 5204 = 04, lỗ khoan 04 x 5 = 20 mm |
| ZZ hoặc 2Z suffix | Tấm chắn thép không tiếp xúc ở cả hai bên | 5204 ZZ = lỗ khoan 20 mm, được che chắn cả hai bên |
| 2RS hoặc DDU suffix | Liên hệ với con dấu cao su ở cả hai bên | 5204 2RS = lỗ khoan 20 mm, bịt kín cả hai mặt |
| Không có hậu tố (mở) | Không có con dấu hoặc lá chắn, requires external lubrication | 5204 = lỗ khoan 20 mm, loại mở |
| Hậu tố C2, C3, C4 | Nhóm giải phóng mặt bằng nội bộ; C3 lớn hơn bình thường, C2 nhỏ hơn | 5204 C3 = lỗ khoan 20 mm, khoảng hở bên trong lớn hơn |
Các tham chiếu sê-ri 30 và 38 trong ký hiệu sản phẩm đề cập đến việc phân loại sê-ri đường kính ngoài ổ trục. Dòng 30 và 38 trong vòng bi tiếp xúc góc hai hàng biểu thị đường bao kích thước cụ thể, đồng thời các biến thể hậu tố 2RS và ZZ đi kèm xác định trực tiếp xem phớt tiếp xúc hay tấm chắn bằng thép được sử dụng hay không, cho phép chỉ định biến thể chính xác cho dịch vụ bịt kín bôi trơn bằng mỡ hoặc dịch vụ được che chắn tương ứng.
So sánh với các loại vòng bi thay thế
Việc chọn ổ bi tiếp xúc góc hai hàng cho một ứng dụng đòi hỏi phải hiểu nó khác với các loại ổ bi khác như thế nào có thể được xem xét cho cùng một vị trí.
vs Vòng bi tiếp xúc góc đơn hàng
Vòng bi tiếp xúc góc một hàng chỉ có thể chịu tải dọc trục theo một hướng vì hình dạng mương lệch tạo ra một đường tiếp xúc chỉ hội tụ trên trục từ một phía. Để hỗ trợ tải trọng dọc trục hai chiều với các vòng bi một dãy, hai vòng bi phải được lắp đối lập nhau, hoặc quay lưng lại (DB), mặt đối mặt (DF) hoặc song song (DT để tăng tải trọng trục cùng hướng). Vòng bi hai hàng đạt được giới hạn trục hai chiều tương tự trong một bộ phận đơn, hẹp hơn với một vòng trong và một vòng ngoài, giúp đơn giản hóa thiết kế vỏ và giảm không gian trục cần thiết. Sự cân bằng là thiết bị hàng đôi có góc tiếp xúc cố định và cách sắp xếp tựa lưng không thể thay đổi, trong khi cách sắp xếp hàng đơn ghép đôi cho phép kỹ sư chọn cách lắp trực tiếp nếu hình dạng ứng dụng yêu cầu các đặc điểm cánh tay đòn khác nhau (nguồn: NSK Global; Danh mục vòng bi NTN 2203E).
vs Vòng bi rãnh sâu
Vòng bi cầu rãnh sâu có rãnh mương đối xứng trên cả hai vòng cho phép nó chịu tải trọng trục vừa phải ở cả hai hướng, nhưng đường tải về cơ bản vẫn hướng tâm ở tải trọng trục thấp và ổ trục không có góc tiếp xúc xác định. Đối với tải trọng kết hợp thấp đến trung bình ở tốc độ cao, ổ trục rãnh sâu thường tiết kiệm hơn và đạt tốc độ cao hơn so với ổ trục tiếp xúc góc có cùng kích thước. Tuy nhiên, vòng bi rãnh sâu không thể cung cấp khả năng định vị dọc trục cứng nhắc của trục mà ổ trục tiếp xúc góc mang lại và chúng không phù hợp cho các ứng dụng mà mô men phải chịu được hoặc khi độ cứng trục chính xác là một phần của thiết kế hệ thống (nguồn: brkbears.com).
vs Vòng bi côn
Vòng bi côn chịu tải trọng hướng tâm và hướng trục cao hơn ổ bi tiếp xúc góc có cùng kích thước lỗ khoan vì sự tiếp xúc đường thẳng giữa các con lăn và mương phân phối tải trọng trên một diện tích lớn hơn, làm giảm ứng suất tiếp xúc cực đại. Tuy nhiên, vòng bi côn yêu cầu điều chỉnh tải trước dọc trục chính xác trong quá trình lắp ráp, tạo ra nhiều nhiệt hơn ở tốc độ cao do ma sát trượt mặt bích ở đầu con lăn và có giới hạn tốc độ thấp hơn so với vòng bi tiếp xúc góc. Đối với các ứng dụng tốc độ trung bình trong đó yêu cầu chính là tải trọng kết hợp vừa phải và hình học nhỏ gọn, vòng bi tiếp xúc góc hai dãy thường được ưu tiên hơn vòng bi côn.
Bảng so sánh
| Thuộc tính | Liên hệ góc đôi hàng | Liên hệ góc hàng đơn (ghép nối) | Vòng bi rãnh sâu | Vòng bi côn |
| Hỗ trợ trục hai chiều | Có, trong một đơn vị | Có, yêu cầu hai vòng bi | Trung bình, không có góc tiếp xúc xác định | Có, yêu cầu hai hoặc được tải sẵn dưới dạng đơn vị |
| Khả năng chịu tải thời điểm | Cao | Cao in DB arrangement | Thấp | Cao |
| Chiều rộng trục nhỏ gọn | Cao, single unit | Thấper, two housings needed | Cao | Trung bình |
| Khả năng tốc độ | Cao | Cao | Caoest | Thấper |
| Khả năng chịu tải xuyên tâm trên mỗi kích thước | Trung bình | Trung bình | Trung bình | Cao |
| Độ phức tạp lắp ráp | Thấp, drops into one housing | Caoer, two-bearing setup | Thấp | Yêu cầu điều chỉnh trục chính xác |
Các ứng dụng điển hình và trường hợp sử dụng trong ngành
Vòng bi tiếp xúc góc hai hàng được tìm thấy trong các ứng dụng có chung yêu cầu: ràng buộc trục hai chiều trong một không gian nhỏ gọn với tốc độ từ trung bình đến cao, trong đó tải trọng mô men hoặc tải trọng kết hợp làm cho ổ trục rãnh sâu không đủ.
Động cơ điện và máy thổi
Động cơ điện thường sử dụng vòng bi tiếp xúc góc hai hàng ở vị trí đầu truyền động, nơi lực dọc trục từ lực căng đai, lực đẩy bánh răng xoắn hoặc tải trọng cánh quạt tạo ra tải trọng trục hai chiều tùy thuộc vào hướng bắt đầu-dừng. Thiết kế đơn khối nhỏ gọn giúp đơn giản hóa việc xây dựng vỏ động cơ so với bố trí hai ổ trục và góc tiếp xúc 25 độ của dòng 5200 và 5300 tiêu chuẩn mang lại sự kết hợp giữa độ cứng trục hợp lý và tốc độ quay phù hợp với hầu hết các ứng dụng động cơ cảm ứng. NSK liệt kê máy bơm, động cơ điện và máy thổi là những ứng dụng điển hình chính cho loại vòng bi này (nguồn: Thư viện kỹ thuật toàn cầu NSK).
Máy bơm và máy nén
Bơm ly tâm tạo ra lực đẩy dọc trục ngược hướng với sự thay đổi về tốc độ dòng chảy và chênh lệch áp suất, và tải trọng trục hai chiều này chính xác là điều kiện để thiết kế vòng bi tiếp xúc góc hai dãy. Các thiết kế máy bơm công suất cao sử dụng ổ trục góc tiếp xúc 30 độ có thể chịu được tải trọng trục cao hơn điển hình của máy bơm ly tâm nhiều tầng trong khi vẫn duy trì khả năng tốc độ phù hợp cho hầu hết các điều kiện vận hành máy bơm. Các biến thể kín và được che chắn với ký hiệu 2RS hoặc ZZ được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng máy bơm trong đó khoang ổ trục không thể tiếp cận được để tái bôi trơn định kỳ.
Hộp số và bộ phận bánh răng
Bánh răng xoắn ốc tạo ra một thành phần dọc trục của tải trọng răng tác dụng dọc theo trục trục và hướng của lực đẩy này sẽ đảo ngược giữa bánh răng nhỏ và bánh răng thành một cặp ghép đôi. Vòng bi tiếp xúc góc hai hàng ở đầu trục hạn chế lực đẩy này theo cả hai hướng mà không yêu cầu các vị trí ổ đỡ lực đẩy riêng biệt hoặc bố trí tải trước dọc trục bổ sung. Trong các hộp số công nghiệp nhỏ gọn trong đó việc giảm thiểu chiều dài vỏ là ưu tiên thiết kế, ổ trục đôi một khối tại mỗi vị trí trục giúp tiết kiệm đáng kể đường bao trục so với cách bố trí một hàng ghép đôi.
Trục máy công cụ và thiết bị chính xác
Trục chính của máy công cụ CNC, đặc biệt là những trục hoạt động ở dải tốc độ trung bình, sử dụng vòng bi tiếp xúc góc hai dãy để cung cấp khả năng định vị hướng trục và hướng tâm cứng nhắc của trục chính so với vỏ đầu máy. Khả năng chịu tải mômen đặc biệt có giá trị trong ứng dụng này vì lực cắt tác dụng lên đầu dụng cụ tạo ra mômen uốn ở vị trí ổ trục phía trước có thể gây ra độ lệch trục chính không thể chấp nhận được nếu sử dụng ổ trục rãnh sâu tiêu chuẩn. Vòng bi hai hàng được tải trước chính xác có khe hở bên trong chặt hơn bình thường (loại khe hở C2) được chỉ định cho các yêu cầu về độ cứng cao nhất trong danh mục ứng dụng này.
Ô tô và thiết bị nông nghiệp
Hộp số máy nông nghiệp, hộp số máy kéo và một số ứng dụng truyền động phụ kiện ô tô sử dụng vòng bi tiếp xúc góc hai hàng ở những vị trí mà tải trọng hướng tâm và hướng trục kết hợp với các bộ phận mô men phải được xử lý trong một bộ phận kín nhỏ gọn, không cần bảo trì. Các biến thể được che chắn ZZ hoặc 2RS kín đặc biệt thích hợp cho các ứng dụng này vì khả năng tiếp cận dịch vụ thường bị hạn chế và cần phải bảo vệ khỏi ô nhiễm từ đất, mảnh vụn cây trồng hoặc sạn đường trong khoảng thời gian dịch vụ hàng trăm giờ hoạt động.
Yêu cầu bôi trơn và khoảng thời gian bảo trì
Bôi trơn là nguyên nhân gốc rễ phổ biến nhất gây ra hư hỏng ổ trục con lăn và việc hiểu rõ các yêu cầu bôi trơn dành riêng cho ổ bi tiếp xúc góc hai hàng là điều cần thiết để đạt được tuổi thọ sử dụng mong đợi trong bất kỳ ứng dụng nào.
Bôi trơn bằng mỡ cho vòng bi kín và được che chắn
Vòng bi 2RS kín và ZZ được che chắn được bôi trơn tại nhà máy trong quá trình sản xuất và được thiết kế để không cần bảo trì trong thời gian sử dụng dự kiến trong điều kiện vận hành bình thường. Thể tích đổ đầy dầu mỡ được tối ưu hóa ở giai đoạn sản xuất để cung cấp đủ dầu bôi trơn mà không bị thất thoát quá mức do khuấy trộn có thể tạo ra nhiệt và làm giảm tuổi thọ sử dụng hiệu quả của dầu mỡ. Việc thay thế các vòng bi này khi hết thời hạn sử dụng dự kiến thường tiết kiệm chi phí hơn so với việc cố gắng bổ sung dầu mỡ, vì thiết kế bịt kín hoặc được che chắn không tạo điều kiện thuận lợi cho việc tiếp cận khoang chứa mỡ mà không ảnh hưởng đến chức năng bịt kín.
Bôi trơn bằng mỡ cho vòng bi hở
Vòng bi tiếp xúc góc hai hàng mở yêu cầu bôi mỡ bên ngoài. Thể tích đổ đầy dầu mỡ trong khoang ổ trục và vỏ ổ trục thường phải lấp đầy từ một phần ba đến một nửa không gian trống có sẵn; đổ quá đầy gây ra nhiệt khuấy làm tăng tốc độ phân hủy dầu mỡ và rút ngắn tuổi thọ ổ trục. Mỡ gốc lithium hoặc lithium phức hợp có độ đặc NLGI Cấp 2 phù hợp với hầu hết các điều kiện nhiệt độ và tốc độ tiêu chuẩn. Hướng dẫn của Schaeffler về chu kỳ thay dầu cho vòng bi tiếp xúc góc hai hàng được bôi trơn bằng dầu khuyến nghị tuân theo các khoảng thời gian đã thiết lập được tham chiếu trong Dự án FVA số 171 và điều chỉnh dựa trên nhiệt độ vận hành và mức độ nhiễm bẩn (nguồn: Schaeffler TPI 213).
Dầu bôi trơn cho các ứng dụng tốc độ cao
Ở tốc độ cao hơn, nơi việc bôi trơn bằng mỡ sẽ tạo ra nhiệt quá mức, vòng bi tiếp xúc góc hai hàng mở có thể được bôi trơn bằng dầu thông qua bố trí bể dầu, sương dầu hoặc cung cấp dầu tuần hoàn. Dầu tuần hoàn với bộ làm mát và bộ lọc bên ngoài là phương pháp được ưu tiên cho các ứng dụng tải trọng cao, tốc độ cao nhất như trục chính của máy công cụ và máy nén tốc độ cao, vì nó đồng thời bôi trơn, làm mát và loại bỏ các mảnh vụn mài mòn khỏi khoang ổ trục.
Hướng dẫn cài đặt, giải phóng mặt bằng và tải trước
Việc lắp đặt đúng cũng quan trọng như việc lựa chọn ổ trục chính xác để đạt được tuổi thọ sử dụng định mức, đặc biệt đối với các ổ bi tiếp xúc góc hai dãy phải được lắp đặt với khớp nối và định vị trục thích hợp.
Phù hợp với trục và vỏ
Vòng trong của ổ bi tiếp xúc góc hai hàng thường được gắn trên trục với khớp nối nhiễu khi vòng trong quay tương ứng với hướng tải, đây là cấu hình phổ biến nhất trong máy móc quay. Một khớp nối nhiễu đảm bảo vòng không bị trườn trên bề mặt trục dưới tải trọng quay, điều này có thể gây ra sự mài mòn trên trục và tạo ra nhiệt. Vòng ngoài thường được gắn trong vỏ với sự can thiệp ánh sáng hoặc khớp nối chuyển tiếp. Độ lớn của nhiễu được chỉ định trong bảng dung sai lắp ISO 286 và được chọn dựa trên kích thước ổ trục, tốc độ quay và cường độ tải; vòng bi lớn hơn và tải nặng hơn đòi hỏi phải lắp chặt hơn để tránh hiện tượng rão khi chịu tải.
Lựa chọn thông quan nội bộ
Vòng bi tiếp xúc góc hai hàng có sẵn ở một số nhóm khe hở bên trong: C2 (nhỏ hơn bình thường), CN (bình thường, mặc định nếu không có hậu tố khe hở), C3 (lớn hơn bình thường) và C4 (thậm chí lớn hơn). Nhóm khe hở chính xác phụ thuộc vào sự phù hợp của trục và vỏ cũng như nhiệt độ vận hành dự kiến. Việc lắp khít vào trục sẽ làm giảm độ hở bên trong sau khi lắp đặt, do đó ổ trục đo độ hở thông thường trước khi lắp có thể hoạt động ở độ hở bằng 0 hoặc tải trước nhẹ sau khi lắp. Nếu nhiệt độ vận hành làm cho trục giãn nở nhanh hơn vỏ thì độ hở sẽ tiếp tục giảm trong quá trình vận hành. Đối với các ứng dụng mà trục chạy nóng hơn đáng kể so với vỏ, khe hở khởi động C3 hoặc C4 sẽ bù cho chênh lệch giãn nở nhiệt này và ngăn ổ trục hoạt động ở mức tải trước quá mức (nguồn: Danh mục vòng bi NTN 2203E).
Cân nhắc tải trước
Tải trước nhẹ, trong đó ổ trục hoạt động với độ hở bên trong bằng 0 hoặc một lượng biến dạng đàn hồi rất nhỏ được chia sẻ giữa hai hàng, làm tăng độ cứng hướng tâm và hướng trục của vị trí ổ trục và giảm độ rung và tiếng ồn khi tải trọng dao động. Vòng bi trục chính của máy công cụ thường được tải trước để cải thiện độ chính xác định vị. Tải trước quá mức tạo ra nhiệt và làm tăng ứng suất mỏi, rút ngắn tuổi thọ sử dụng, do đó tải trước phải được xác định và xác minh cẩn thận trong quá trình lắp ráp bằng cách sử dụng lực tải trước dọc trục hoặc đo mômen khởi động.
Các chế độ lỗi và giám sát tình trạng
Hiểu được các dạng hư hỏng của vòng bi tiếp xúc góc hai hàng cho phép các kỹ sư bảo trì phát hiện sớm tình trạng hư hỏng và lên kế hoạch thay thế vòng bi trước khi hỏng hóc nghiêm trọng gây ra hư hỏng thứ cấp cho trục, vỏ hoặc máy.
Mệt mỏi
Độ mỏi tiếp xúc lăn tạo ra các vết nứt dưới bề mặt trong rãnh lăn hoặc vật liệu bi lan truyền lên bề mặt và cuối cùng làm cho vật liệu vỡ ra, tạo ra vết nứt hoặc hố. Sự nứt vỡ tạo ra dấu hiệu rung động tần số cao đặc biệt có thể được phát hiện bằng cách theo dõi độ rung dựa trên gia tốc kế bằng cách sử dụng phân tích tần số khuyết tật vòng bi. Tần số khuyết tật đặc trưng của vòng ngoài, vòng trong và bi phụ thuộc vào hình dạng ổ trục và tốc độ quay, đồng thời các tần số này có thể được tính toán từ các thông số hình học ổ trục tiêu chuẩn bằng cách sử dụng các phương trình được xác định trong ISO 15243 và các tiêu chuẩn liên quan.
Ô nhiễm và mài mòn
Sự ô nhiễm hạt trong chất bôi trơn gây ra sự mài mòn ba phần ở các điểm tiếp xúc lăn, dần dần làm nhám bề mặt mương, làm tăng độ rung và tiếng ồn, và cuối cùng tạo ra các hạt mài mòn làm tăng tốc chu kỳ hư hỏng. Vòng bi hai dãy được bọc kín và che chắn mang lại khả năng chống nhiễm bẩn tốt hơn đáng kể so với vòng bi mở trong hầu hết các môi trường công nghiệp và đây là một trong những lý do chính khiến các biến thể 2RS và ZZ được chỉ định ưu tiên cho vòng bi mở ở bất kỳ môi trường vận hành nào có nguy cơ bụi, mảnh vụn hoặc chất lỏng xử lý xâm nhập.
Lỗi bôi trơn
Chất bôi trơn không đủ, chất bôi trơn kém chất lượng hoặc chất bôi trơn không đúng loại gây ra sự tiếp xúc giữa kim loại với kim loại tại các bề mặt lăn, tạo ra nhiệt độ tăng nhanh, hao mòn bám dính, làm ố bề mặt bóng và mương, và cuối cùng là bị kẹt. Đối với các ổ trục bịt kín và được che chắn, lỗi bôi trơn thường xảy ra ở hoặc gần hết tuổi thọ thiết kế của ổ trục khi mỡ bôi trơn tại nhà máy bị hỏng do suy giảm nhiệt và cơ học. Phát hiện sớm thông qua giám sát nhiệt độ của vỏ ổ trục hoặc phân tích dấu hiệu rung động định kỳ cho phép lập kế hoạch thay thế trước khi xảy ra lỗi thay vì sau khi xảy ra lỗi.
