Ổ trượt Đồ án chi tiết máy BKHN

Cấu tạo - Ổ trượt dùng để đỡ trục và các chi tiết quay, đảm bảo chuyển động quay và đỡ tải trọng tác dụng lên các chi tiết trên, giảm ma sát giữa phần quay và phần không quay..  Bôi tr

Chương 8

Ổ TRƯỢT 8.1 KHÁI NIỆM CHUNG

8.1.1 Cấu tạo

- Ổ trượt dùng để đỡ trục và các chi tiết quay, đảm bảo chuyển động quay và đỡ tải trọng tác dụng lên các chi tiết trên, giảm ma sát giữa phần quay và phần không quay

Thân ổ

Lót ổ

Hình 8.1 Ổ trượt

- Thông thường trục quay còn ổ đứng yên nên khi làm việc bề mặt ngõng trục sẽ trượt trên bề mặt của ổ trượt Ma sát sinh ra trên bề mặt làm việc là ma sát trượt

8.1.2 Phân loại

Hình 8.2 Các dạng bề mặt ổ trượt

b Theo khả năng chịu tải trọng: ổ đỡ, ổ đỡ chặn và ổ chặn

 Ổ bôi trơn thủy: thủy động hoặc thủy tĩnh

 Ổ bôi trơn khí: tạo áp suất trên bề mặt làm việc bằng khí nén

 Ổ bôi trơn từ: bề mặt làm việc không tiếp xúc trực tiếp với nhau mà tiếp xúc nhờ từ tính

8.1.3 Kết cấu ổ trượt

Hình 8.3 a) Ổ nguyên b) Ổ rời

- Kết cấu ổ trượt gồm: thân ổ 1, lót ổ 2 và rãnh chứa dầu 3 Thân ổ có thể liền với thân máy.

- Tùy vào kết cấu của ổ, có thể chia ra ổ nguyên và ổ rời:

 Ổ nguyên: thân ổ và lót ổ là các chi tiết nguyên

 Ổ rời: thân ổ và lót ổ là các chi tiết rời Thân ổ 1 được nối với nắp ổ 2 bằng mối ghép bulông 3 Lót ổ gồm hai phần: phần dưới 5 và phần trên 4 Có thể sử dụng lót ổ

nhiều mảnh ghép lại

- Lót ổ thường được chế tạo từ loại vật liệu có hệ số ma sát thấp

Hình 8.4 Kết cấu lót ổ a) Ống lót b) Lót ổ gồm hai lớp vật liệu c) Lót ổ là băng mỏng có tính chống mòn cao

- Rãnh chứa dầu giúp cho việc phân bố đều dầu bôi trơn trong ổ Rãnh chứa dầu có thể nằm theo chiều dọc trục hoặc vòng theo chu vi của ổ

8.1.4 Ưu, nhược điểm và phạm vi sử dụng

- Làm việc có độ tin cậy cao khi vận tốc lớn (nếu dùng ổ lăn thì tuổi thọ của ổ thấp)

- Chịu được tải trọng động và va đập nhờ khả năng giảm chấn của màng dầu bôi trơn

- Làm việc êm

- Khi trục quay chậm thì kết cấu của ổ trượt rất đơn giản

- Kích thước hướng kính tương đối nhỏ

- Kích thước dọc trục tương đối lớn

- Yêu cầu chăm sóc, bảo dưỡng thường xuyên, chi phí lớn cho dầu bôi trơn

- Tổn thất lớn về ma sát khi mở máy, dừng máy và khi bôi trơn không tốt

Ổ trượt được sử dụng trong các trường hợp sau:

- Khi trục quay với vận tốc cao (v>30m/s), nếu dùng ổ lăn, tuổi thọ của ổ sẽ thấp

- Khi trục quay chậm, không quan trọng, rẻ tiền

- Trong các máy chính xác, đòi hỏi độ chính xác hướng kính và khả năng điều chỉnh khe hở (trục chính máy công cụ)

- Khi ổ làm việc trong những điều kiện đặc biệt (trong nước, trong môi trường ăn mòn…) vì có thể chế tạo ổ trượt bằng các vật liệu như cao su, gỗ, chất dẻo… thích hợp với môi trường

- Khi cần phải dùng ổ ghép để dễ tháo lắp (ổ trên trục khuỷu)

- Khi có tải trọng va đập và dao động (ổ trượt làm việc tốt nhờ khả năng giảm chấn của màng dầu)

- Khi khoảng cách giữa các trục quá gần

- Khi đường kính ngõng trục quá lớn (nằm ngoài tiêu chuẩn ổ lăn hoặc nếu chế tạo ổ lăn thì giá thành sẽ rất cao)

8.2 VẬT LIỆU CHẾ TẠO LÓT Ổ

- Vật liệu lót ổ quyết định khả năng làm việc của ổ trượt Vật liệu lót ổ cần thỏa mãn các yêu cầu chủ yếu sau:

 Hệ số ma sát giữa lót ổ và ngõng trục thấp

 Có khả năng chống mòn và chống dính

 Đảm bảo độ bền mỏi

 Dẫn nhiệt tốt

 Dễ tạo thành màng dầu bôi trơn

 Có khả năng chạy mòn tốt

- Vật liệu lót ổ được chia làm ba nhóm: vật liệu kim loại, vật liệu gốm kim loại và vật liệu

không kim loại

a Vật liệu kim loại:

 Babít: hợp kim có thành phần chủ yếu là thiếc hoặc chì , tạo thành một nền mềm, có xen

các hạt rắn như antimon, đồng, niken Babít được dùng khi áp suất và vận tốc cao Vì có

cơ tính thấp nên babít chỉ dùng để tráng một lớp mỏng (2/10 ÷ 4/10mm) lên lót ổ có độ bền cao như đồng thanh, thép hoặc gang

 Đồng thanh: sử dụng phổ biến nhất

 Hợp kim nhôm: vì có độ giãn nở lớn khi nhiệt độ thay đổi nên ít được sử dụng

 Hợp kim kẽm: được dùng thay babít và đồng thanh

 Đồng than: dùng khi vận tốc ngõng trục thấp (v<2m/s)

 Gang xám: dùng khi vận tốc ngõng trục thấp (0,5 ÷ 1 m/s)

b Vật liệu gốm kim loại:

Được chế tạo bằng cách ép và nung bột kim loại (bột sắt, sắt-graphit, đồng thanh-graphit)

với nhiệt độ 850÷1100 0 C và áp suất khoảng 700Mpa Gốm kim loại có nhiều lỗ rỗng, sau khi

chế tạo xong được ngâm trong dầu với nhiệt độ 110÷120 0 C trong 2÷3 giờ Khi làm việc, dầu

ngấm trong các lỗ này sẽ tự ứa ra bôi trơn cho lót ổ và ngõng trục

Vật liệu không kim loại được sử dụng do có các ưu điểm sau:

 Chống dính

 Chạy mòn tốt

 Bụi mài có độ rắn thấp

 Bôi trơn tốt bằng nước hoặc các chất lỏng khác dủng trong các máy không thể bôi trơn bằng dầu

 Sử dụng trong các môi trường dễ bị ăn mòn (như chân vịt tàu thủy )

8.3 NGUYÊN LÝ BÔI TRƠN THỦY ĐỘNG

8.3.1 Các dạng ma sát trong ổ trượt

- Có 4 dạng ma sát giữa hai bề mặt trượt tương đối với nhau:

 Ma sát khô: ma sát giữa hai bề mặt tuyệt đối sạch tiếp xúc với nhau không có dầu bôi trơn (chỉ có trong điều kiện thí nghiệm) Hệ số ma sát f = 0,4÷1

 Ma sát nửa khô: ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc với nhau không có dầu bôi trơn (ma sát trong bộ truyền đai, phanh ) Hệ số ma sát f = 0,1÷0,4

 Ma sát ướt: ma sát giữa hai bề mặt không tiếp xúc trực tiếp với nhau, ngăn cách bỡi lớp dầu bôi trơn (ma sát trong ổ trượt ) Hệ số ma sát f = 0,001÷0,008

 Ma sát nửa ướt: ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc trực tiếp với nhau và có dầu bôi trơn (ma sát trong ổ trượt có dầu, mỡ ) Hệ số ma sát f = 0,01÷0,1

- Để giảm ma sát và mài mòn cho ổ ta phải bôi trơn Có ba chế độ bôi trơn là bôi trơn màng

mỏng, bôi trơn nửa ướt và bôi trơn ma sát ướt Ổ trượt làm việc tốt nhất khi được bôi trơn ma

sát ướt Để thực hiện bôi trơn ma sát ướt, có thể dùng hai phương pháp sau:

 Bôi trơn thủy tĩnh: bơm dầu có áp suất cao vào ổ Phương pháp này đòi hỏi phải có

bơm để tạo áp cho dầu

 Bôi trơn thủy động: tạo những điều kiện nhất định để dầu theo ngõng trục vào khe

hở, gây nên áp suất thủy động cân bằng với tải trọng ngoài Phương pháp này được sử dụng nhiều

8.3.2 Nguyên lý bôi trơn thủy động

Hình 8.5 Nguyên lý bôi trơn thủy động

- Giả sử có hai tấm phẳng 1 và 2 nghiêng với nhau một góc nào đó, chuyển động với vận tốc tương đối v Kích thước các tấm theo phương vuông góc với hình vẽ coi như lớn vô cùng Lớp

bôi trơn nằm giữa hai tấm có độ nhớt động lực 

- Khi chưa chuyển động, hai tấm ép chặt vào nhau Khi tấm 1 chuyển động so với tấm 2, lớp dầu dính vào bề mặt tấm 1 bị kéo theo và nhờ có độ nhớt, các lớp dầu bên dưới chuyển động

theo Dầu bị dồn vào phần hẹp của khe hở và bị nén lại tạo nên áp suất dư Khi vận tốc đủ

lớn (v>v gh ) thì tấm 1 được nâng hẳn lên

- Từ đây ta suy ra điều kiện để hình thành chế độ bôi trơn ma sát ướt bằng phương pháp bôi trơn thủy động :

 Giữa hai bề mặt trượt phải có khe hở hình chêm

 Vận tốc tương đối giữa hai bề mặt phải có phương, chiều thích hợp và trị số đủ lớn để áp suất sinh ra cân bằng với tải trọng ngoài

 Dầu phải có độ nhớt nhất định và liên tục chảy vào khe hở

- Sự thay đổi áp suất trong lớp dầu nằm giữa ngõng trục và lót ổ được xác định theo phương trình Reynolds:

3

) ( 6 h

h h v dx

dp    m (8.1)

trong đó,  : độ nhớt động lực của dầu bôi trơn (Centipoise, 1cP = 10-3 Ns/m2),

h m : trị số khoảng hở tại tiết diện có áp suất lớn nhất,

h : trị số khe hở tại tiết diện có toạ độ x

8.3.3 Áp dụng vào ổ trượt

Hình 8.6 a) Khi chưa quay  =0 b) Khi làm việc  > gh

- Đối với ổ trượt, khe hở hình chêm đã được định sẵn bởi kết cấu

- Khi trục chưa quay, dưới tác dụng của lực hướng tâm F r, ngõng trục tì sát vào bề mặt lót ổ

- Khi trục bắt đầu quay, giữa bề mặt ngõng trục và bề mặt lót ổ có dầu bôi trơn, tuy nhiên áp suất sinh ra trong lớp dầu không đủ lớn để cân bằng với tải trọng ngoài F r Giai đoạn này ổ được bôi trơn ma sát nửa ướt

- Khi trục quay đạt tốc độ cần thiết thì ngõng trục được nâng hẳn lên Tương ứng với độ nhớt

 của dầu thì áp suất p sinh ra trong lớp dầu đủ cân bằng với tải trọng ngoài F r Lúc này ổ trượt làm việc trong chế độ bôi trơn ma sát ướt

8.4 CÁC DẠNG HỎNG VÀ CHỈ TIÊU TÍNH

8.4.1 Các dạng hỏng

Các dạng hỏng chủ yếu của ổ trượt bao gồm:

 Mòn: lót ổ và ngõng trục bị mòn khi trong ổ không hình thành được lớp dầu bôi trơn,

ngăn cách hai bề mặt làm việc Đối với các ổ được tính toán đảm bảo bôi trơn ma sát ướt, mòn cũng xảy ra khi đóng máy và mở máy, vì trong các giai đoạn này vận tốc chưa đủ lớn để tạo thành lớp bôi trơn thủy động Nếu trong dầu có lẫn nhiều bụi mài thì lót ổ

và ngõng trục càng bị mòn nhanh

 Dính: thường xảy ra do áp suất và nhiệt độ cục bộ trong ổ lớn, lớp dầu bôi trơn không hình thành được khiến lót ổ và ngõng trục trực tiếp tiếp xúc với nhau

 Mỏi rỗ: khi chịu tải trọng thay đổi lớn, lớp bề mặt lót ổ có thể hỏng vì mỏi rỗ (lót ổ

trong các máy có piston, máy rung, máy va đập…)

 Biến dạng nhiệt: xảy ra đối với các ổ có khe hở nhỏ, gây kẹt ngõng trục và làm hỏng ổ

8.4.2 Chỉ tiêu tính

- Để tránh các dạng hỏng kể trên, tốt nhất là cho ổ trượt làm việc với chế độ bôi trơn ma sát

ướt Vì vậy, tính toán bôi trơn ma sát ướt là tính toán cơ bản đối với ổ trượt

- Tuy nhiên, không phải bao giờ cũng có thể tạo được điều kiện để ổ trượt làm việc với chế

độ ma sát ướt, nên trong thực tế còn dùng phương pháp tính qui ước ổ trượt theo áp suất cho phép [p] và tích số giữa áp suất với vận tốc cho phép [pv] để ổ trượt có thể làm việc trong

trường hợp ma sát nửa ướt hoặc nửa khô

- Ngoài ra, do hai bề mặt tiếp xúc nhau, khi làm việc sẽ sinh ra nhiệt, nên ta cần tính toán

nhiệt cho ổ trượt

8.5 TÍNH TOÁN Ổ TRƯỢT BÔI TRƠN MA SÁT NỬA ƯỚT

Tính toán cho các ổ làm việc với số vòng quay thấp, thường xuyên đóng mở máy, máy làm việc ở chế độ không ổn định, bôi trơn không tốt…

- Tính theo áp suất cho phép: (trường hợp ổ quay chậm, bôi trơn gián đoạn)

l d

F

- Tính theo tích số pv : (trường hợp ổ làm việc với vận tốc trung bình)

] [ pv

10 6

n d l d

Fr   (8.4)

19100

pv l

n

Fr  (8.5)

Đối với lót ổ làm bằng gang và đồng thanh: [p] = 2÷6 Mpa; [pv] = 4÷8 Mpa.m/s

Vật liệu là babit: [p] = 5÷15 Mpa; [pv] = 5÷15 Mpa.m/s

8.6 TÍNH TOÁN Ổ TRƯỢT BÔI TRƠN MA SÁT ƯỚT

- Độ hở hướng kính:

1



 (8.6)

- Độ hở tương đối:

d

  2 1  (8.7)

- Độ lệch tâm tuyệt đối:

2

1O O

e (8.8)

- Độ lệch tâm tương đối:



  2e (8.9)

- Khe hở cực tiểu:

) 1 ( 2

min  

h (8.10)

- Từ phương trình Reynolds ta chứng minh được công thức:









2 ld

Fr  (8.11)

trong đó,

m

t

t 











0



 với  là độ nhớt ở nhiệt độ tiêu chuẩn và 0 m2,63 (tùy loại dầu),  : vận tốc góc của ngõng trục (rad/s),

3 0 , 25

10 8 ,



 với vận tốc v (m/s), (có thể chọn theo kinh nghiệm),

dl, : chiều dài lót ổ và đường kính ngõng trục (m),

 : hệ số khả năng tải,









 1

'

m với m' tra bảng trang 426, tài liệu [1]

8.7 TÍNH TOÁN NHIỆT

- Nhiệt độ tăng lên làm giảm độ nhớt động lực của dầu bôi trơn, dẫn đến khả năng tải của lớp dầu bôi trơn giảm đi Tính toán nhiệt xuất phát từ phương trình cân bằng nhiệt:

2

Q

Q  (8.12)

 Q : nhiệt lượng sinh ra trong một giây, xác định theo công thức:

) ( 10

F

Q r  (8.13)

trong đó, F r : lực hướng tâm (N),

v : vận tốc vòng (m/s),

f : hệ số ma sát



1

t

Q : nhiệt lượng thoát ra theo dầu chảy qua ổ trong thời gian 1 giây

t q C

Qt1 0 . (8.14)

trong đó, C : nhiệt dung riêng của dầu, C = 1,7 ÷ 2,1 (kJ/kg 0 C),

0 : khối lượng riêng của dầu, 0 = 850 ÷ 900 (kg/ m 3 ),

q : lưu lượng dầu chảy qua ổ trong 1 giây (m 3 /s),

t : sự thay đổi nhiệt độ của dầu 0 C



2

t

Q : nhiệt thoát qua trục và thân ổ trong 1 giây

A K d l K t A K t d l K

Qt2  T.   T .  T.  T (8.15)

trong đó, K T = 0,04 ÷ 0,08 : hệ số thoát nhiệt qua trục và thân ổ (kW/m 2 0 C)

Từ phương trình cân bằng nhiệt ta có:

)

.(

1000

A K d l K q C

v F f t

t t

T T

r v







Nhiệt độ trung bình của dầu:

2 2

t t t t

Nhiệt độ dầu ở cửa ra:

t t

tr  v  (8.18)

Thông thường t v = 35 ÷ 45 0 C; t r = 80 ÷ 100 0 C và t = 45 ÷ 75 0 C

8.8 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN Ổ TRƯỢT (SV tự đọc trong tài liệu [1])

Thông số đầu vào:

- Tải trọng tác dụng lên ổ F r

- Số vòng quay của ổ

- Đường kính ngõng trục

- Chiều dài ổ, loại dầu bôi trơn

- Nhiệt độ dầu ở cửa vào (nhiệt độ môi trường)