Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 8: Ổ trượt Chương Ổ TRƯT 8.1 KHÁI NIỆM CHUNG 8.1.1 Cấu tạo - Ổ trượt dùng để đỡ trục chi tiết quay, đảm bảo chuyển động quay đỡ tải trọng tác dụng lên chi tiết trên, giảm ma sát phần quay phần không quay Thân ổ Lót ổ Hình 8.1 Ổ trượt - Thông thường trục quay ổ đứng yên nên làm việc bề mặt ngõng trục trượt bề mặt ổ trượt Ma sát sinh bề mặt làm việc ma sát trượt 8.1.2 Phân loại a Theo hình dạng bề mặt làm việc: mặt trụ, mặt phẳng, mặt nón mặt cầu Hình 8.2 Các dạng bề mặt ổ trượt a) Mặt trụ Bm Thiết kế máy b) Mặt phẳng -84- c) Mặt nón d) Mặt cầu TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 8: Ổ trượt b Theo khả chòu tải trọng: ổ đỡ, ổ đỡ chặn ổ chặn c Theo phương pháp bôi trơn:  Ổ bôi trơn thủy: thủy động thủy tónh  Ổ bôi trơn khí: tạo áp suất bề mặt làm việc khí nén  Ổ bôi trơn từ: bề mặt làm việc không tiếp xúc trực tiếp với 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 rãnh chứa dầu Thân ổ liền với thân máy - Tùy vào kết cấu ổ, chia ổ nguyên ổ rời:  Ổ nguyên: thân ổ lót ổ chi tiết nguyên  Ổ rời: thân ổ lót ổ chi tiết rời Thân ổ nối với nắp ổ mối ghép bulông Lót ổ gồm hai phần: phần phần Có thể sử dụng lót ổ nhiều mảnh ghép lại - Lót ổ thường 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 băng mỏng có tính chống mòn cao - Rãnh chứa dầu giúp cho việc phân bố dầu bôi trơn ổ Rãnh chứa dầu nằm theo chiều dọc trục vòng theo chu vi ổ Bm Thiết kế máy -85- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 8: Ổ trượt 8.1.4 Ưu, nhược điểm phạm vi sử dụng a Ưu điểm: - Làm việc có độ tin cậy cao vận tốc lớn (nếu dùng ổ lăn tuổi thọ ổ thấp) - Chòu tải trọng động va đập nhờ khả giảm chấn màng dầu bôi trơn - Làm việc êm - Khi trục quay chậm kết cấu ổ trượt đơn giản - Kích thước hướng kính tương đối nhỏ b Nhược điểm: - 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 ma sát mở máy, dừng máy bôi trơn không tốt c Phạm vi sử dụng: Ổ trượt sử dụng trường hợp sau: - Khi trục quay với vận tốc cao (v>30m/s), dùng ổ lăn, tuổi thọ ổ thấp - Khi trục quay chậm, không quan trọng, rẻ tiền - Trong máy xác, đòi hỏi độ xác hướng kính khả điều chỉnh khe hở (trục máy công cụ) - Khi ổ làm việc điều kiện đặc biệt (trong nước, môi trường ăn mòn…) chế tạo ổ trượt vật liệu cao su, gỗ, chất dẻo… thích hợp với môi trường - Khi cần phải dùng ổ ghép để dễ tháo lắp (ổ trục khuỷu) - Khi có tải trọng va đập dao động (ổ trượt làm việc tốt nhờ khả giảm chấn màng dầu) - Khi khoảng cách trục gần - Khi đường kính ngõng trục lớn (nằm tiêu chuẩn ổ lăn chế tạo ổ lăn giá thành cao) 8.2 VẬT LIỆU CHẾ TẠO LÓT Ổ - Vật liệu lót ổ đònh khả làm việc ổ trượt Vật liệu lót ổ cần thỏa mãn yêu cầu chủ yếu sau:  Hệ số ma sát lót ổ ngõng trục thấp  Có khả chống mòn chống dính  Đảm bảo độ bền mỏi  Dẫn nhiệt tốt  Dễ tạo thành màng dầu bôi trơn  Có khả chạy mòn tốt - Vật liệu lót ổ chia làm ba nhóm: vật liệu kim loại, vật liệu gốm kim loại vật liệu không kim loại a Vật liệu kim loại:  Babít: hợp kim có thành phần chủ yếu thiếc chì , tạo thành mềm, có xen hạt rắn antimon, đồng, niken Babít dùng áp suất vận tốc cao Vì có Bm Thiết kế máy -86- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 8: Ổ trượt tính thấp nên babít dùng để tráng lớp mỏng (2/10 ÷ 4/10mm) lên lót ổ có độ bền cao đồng thanh, thép gang  Đồng thanh: sử dụng phổ biến  Hợp kim nhôm: có độ giãn nở lớn nhiệt độ thay đổi nên sử dụng  Hợp kim kẽm: dùng thay babít đồng  Đồng than: dùng vận tốc ngõng trục thấp (vvgh) nâng hẳn lên - Từ ta suy điều kiện để hình thành chế độ bôi trơn ma sát ướt phương pháp bôi trơn thủy động :  Giữa hai bề mặt trượt phải có khe hở hình chêm  Vận tốc tương đối hai bề mặt phải có phương, chiều thích hợp trò số đủ lớn để áp suất sinh cân với tải trọng  Dầu phải có độ nhớt đònh liên tục chảy vào khe hở - Sự thay đổi áp suất lớp dầu nằm ngõng trục lót ổ xác đònh theo phương trình Reynolds: dp 6 v(h  hm )  dx h3 (8.1) đó,  : độ nhớt động lực dầu bôi trơn (Centipoise, 1cP = 10-3 Ns/m2), hm : trò số khoảng hở tiết diện có áp suất lớn nhất, h : trò số khe hở tiết diện có toạ độ x 8.3.3 Áp dụng vào ổ trượt Bm Thiết kế máy -88- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 8: Ổ trượt Hình 8.6 a) Khi chưa quay  =0 b) Khi làm việc  >gh - Đối với ổ trượt, khe hở hình chêm đònh sẵn kết cấu - Khi trục chưa quay, tác dụng lực hướng tâm Fr, ngõng trục tì sát vào bề mặt lót ổ - Khi trục bắt đầu quay, bề mặt ngõng trục bề mặt lót ổ có dầu bôi trơn, nhiên áp suất sinh lớp dầu không đủ lớn để cân với tải trọng Fr Giai đoạn ổ bôi trơn ma sát nửa ướt - Khi trục quay đạt tốc độ cần thiết ngõng trục nâng hẳn lên Tương ứng với độ nhớt  dầu áp suất p sinh lớp dầu đủ cân với tải trọng Fr Lúc ổ trượt làm việc 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 ổ trượt bao gồm:  Mòn: lót ổ ngõng trục bò mòn ổ không hình thành lớp dầu bôi trơn, ngăn cách hai bề mặt làm việc Đối với ổ tính toán đảm bảo bôi trơn ma sát ướt, mòn xảy đóng máy mở máy, giai đoạn vận tốc chưa đủ lớn để tạo thành lớp bôi trơn thủy động Nếu dầu có lẫn nhiều bụi mài lót ổ ngõng trục bò mòn nhanh  Dính: thường xảy áp suất nhiệt độ cục ổ lớn, lớp dầu bôi trơn không hình thành khiến lót ổ ngõng trục trực tiếp tiếp xúc với  Mỏi rỗ: chòu tải trọng thay đổi lớn, lớp bề mặt lót ổ hỏng mỏi rỗ (lót ổ máy có piston, máy rung, máy va đập…)  Biến dạng nhiệt: xảy ổ có khe hở nhỏ, gây kẹt ngõng trục làm hỏng ổ 8.4.2 Chỉ tiêu tính - Để tránh dạng hỏng kể trên, tốt cho ổ trượt làm việc với chế độ bôi trơn ma sát ướt Vì vậy, tính toán bôi trơn ma sát ướt tính toán ổ trượt - Tuy nhiên, tạo điều kiện để ổ trượt làm việc với chế độ ma sát ướt, nên thực tế dùng phương pháp tính qui ước ổ trượt theo áp suất cho phép [p] tích số áp suất với vận tốc cho phép [pv] để ổ trượt làm việc trường hợp ma sát nửa ướt nửa khô - Ngoài ra, hai bề mặt tiếp xúc nhau, làm việc sinh nhiệt, nên ta cần tính toán nhiệt cho ổ trượt Bm Thiết kế máy -89- TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 8: Ổ trượt 8.5 TÍNH TOÁN Ổ TRƯT BÔI TRƠN MA SÁT NỬA ƯỚT Tính toán cho ổ làm việc với số vòng quay thấp, thường xuyên đóng mở máy, máy làm việc chế độ không ổn đònh, bôi trơn không tốt… - Tính theo áp suất cho phép: (trường hợp ổ quay chậm, bôi trơn gián đoạn) p Fr d l (8.2) - Tính theo tích số pv : (trường hợp ổ làm việc với vận tốc trung bình) pv  [ pv] (8.3)  Fr  d n   [ pv] d l 6.104 (8.4)  Fr n  [ pv] 19100.l (8.5) Đối với lót ổ làm gang đồng thanh: [p] = 2÷6 Mpa; [pv] = 4÷8 Mpa.m/s Vật liệu babit: [p] = 5÷15 Mpa; [pv] = 5÷15 Mpa.m/s 8.6 TÍNH TOÁN Ổ TRƯT BÔI TRƠN MA SÁT ƯỚT - Độ hở hướng kính:   d  d1 (8.6) - Độ hở tương đối:   Bm Thiết kế máy d  d1   d d -90- (8.7) TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 8: Ổ trượt - Độ lệch tâm tuyệt đối: e  O1O2 (8.8) - Độ lệch tâm tương đối:  2e (8.9)  - Khe hở cực tieåu: hmin   (1   ) (8.10) - Từ phương trình Reynolds ta chứng minh công thức: Fr  . l.d  2 (8.11) m t  đó,   0   với  độ nhớt nhiệt độ tiêu chuẩn m  2,6  (tùy loại dầu), t   : vận tốc góc ngõng trục (rad/s),   0,8.103.v0, 25 với vận tốc v (m/s), (có thể chọn theo kinh nghiệm), l, d : chiều dài lót ổ đường kính ngõng trục (m), m'  với m' tra bảng trang 426, tài liệu [1]  : hệ số khả tải,   1  8.7 TÍNH TOÁN NHIỆT - Nhiệt độ tăng lên làm giảm độ nhớt động lực dầu bôi trơn, dẫn đến khả tải lớp dầu bôi trơn giảm Tính toán nhiệt xuất phát từ phương trình cân nhiệt: Q  Qt1  Qt2 (8.12)  Q : nhiệt lượng sinh giây, xác đònh theo công thức: Q  Fr v f 103 (kW) (8.13) đó, Fr : lực hướng tâm (N), v : vận tốc vòng (m/s), f : hệ số ma sát  Qt1 : nhiệt lượng thoát theo dầu chảy qua ổ thời gian giây Qt1  C. q.t Bm Thiết kế máy -91- (8.14) TS Bùi Trọng Hiếu Bài giảng CHI TIẾT MÁY Chương 8: Ổ trượt đó, C : nhiệt dung riêng dầu, C = 1,7 ÷ 2,1 (kJ/kg0C), 0 : khối lượng riêng dầu, 0 = 850 ÷ 900 (kg/ m3), q : lưu lượng dầu chảy qua ổ giây (m3/s), t : thay đổi nhiệt độ dầu 0C  Qt2 : nhiệt thoát qua trục thân ổ giây Qt  KT  l.d t  KT A.t  KT  l.d  KT A (8.15) đó, KT = 0,04 ÷ 0,08 : hệ số thoát nhiệt qua trục thân ổ (kW/m2.0C) Từ phương trình cân nhiệt ta coù: t  tr  tv  f Fr v 1000.(C. q  KT  l.d  KT A) (8.16) Nhiệt độ trung bình dầu: t tv  t r t  tv  2 (8.17) tr  tv  t (8.18) Nhiệt độ dầu cửa ra: Thông thường tv = 35 ÷ 450C; tr = 80 ÷ 1000C t = 45 ÷ 750C 8.8 TRÌNH TỰ TÍNH TOÁN Ổ TRƯT (SV tự đọc tài liệu [1]) Thông số đầu vào: - Tải trọng tác dụng lên ổ Fr - Số vòng quay ổ - Đường kính ngõng trục - Chiều dài ổ, loại dầu bôi trơn - Nhiệt độ dầu cửa vào (nhiệt độ môi trường) Bm Thiết kế máy -92- TS Bùi Trọng Hiếu