Là một kỹ sư, bạn biết tầm quan trọng của việc chính xác, chính xác và đáng tin cậy.
Nhưng bạn đã bao giờ nghĩ về mức độ đóng góp của ổ bi đơn giản vào những phẩm chất quan trọng này trong nhiều ứng dụng kỹ thuật chưa? Ổ bi được sử dụng trong mọi thứ, từ ô tô, tàu vũ trụ, thiết bị y tế cho đến rô-bốt.
Chúng cho phép các bộ phận chuyển động tự do và giảm ma sát giữa các bộ phận chuyển động và cố định.
Cho dù bạn là sinh viên kỹ thuật mới vào nghề hay kỹ sư dày dạn kinh nghiệm muốn tìm hiểu thêm, bài viết này sẽ giới thiệu cho bạn thế giới của ổ bi và giải thích lý do tại sao chúng lại quan trọng đến vậy trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật.
Vì vậy, hãy thắt dây an toàn của bạn và bắt đầu chuyến đi thú vị này vào thế giới của vòng bi.
Giới thiệu về vòng bi
Định nghĩa chính thức:
Vòng bi chống ma sát cho phép chuyển động tự do giữa các bộ phận chuyển động và cố định bằng các quả bóng được giới hạn giữa các vòng ngoài và vòng trong.
Vòng bi là một phần quan trọng của nhiều ngành công nghiệp, chẳng hạn như giao thông vận tải, điện tử, sản xuất và quá trình biến giấy thành các loại giấy khác nhau.
Nhiệm vụ của ổ bi là giảm ma sát và hỗ trợ cả tải trọng hướng tâm và hướng trục.
Nó thực hiện điều này bằng cách sử dụng ít nhất hai vòng đua để giữ các quả bóng tại chỗ và truyền tải qua các quả bóng.
Hầu hết thời gian, một vòng đua được cố định và vòng kia được gắn vào cụm hoặc trục đang chuyển động.
Khi vòng trong quay, các quả bóng lăn quanh mương trong.
Mặt khác, vòng ngoài vẫn đứng yên.
Chuyển động lăn này giảm ma sát và làm cho chuyển động trơn tru.
Vòng bi hoạt động như thế nào
Ý tưởng đằng sau một ổ trục rất đơn giản: mọi thứ sẽ lăn tốt hơn là trượt.
Ổ trục giảm ma sát bằng cách sử dụng bi hoặc con lăn kim loại nhẵn và bề mặt kim loại nhẵn ở cả bên trong và bên ngoài ổ trục.
Những quả bóng hoặc con lăn này "chịu" trọng lượng, giúp thiết bị quay dễ dàng.
Hầu hết các ổ bi được chế tạo bằng cách ghép bốn phần lại với nhau:
- Một vòng ngoài lớn (hoặc một mương ngoài không di chuyển).
- Một vòng trong nhỏ hơn (hoặc rãnh quay bên trong) được gắn vào cụm hoặc trục quay.
- Hàng bóng mắc kẹt giữa mương của hai vòng.
- Một cái lồng hoặc dải phân cách để giữ các quả bóng ở đúng vị trí và không cho chúng chạm vào nhau.
Các loại vòng bi phổ biến
Dựa trên cách chúng được tạo ra, có hai loại vòng bi:
- Các loại Conrad: Những vòng bi này có một hàng bi giữa hai mương.
Chúng có thể xử lý cả tải trọng hướng tâm và hướng trục, nhưng lượng tải trọng hướng trục mà chúng có thể chịu thường bị hạn chế.
Các loại công suất tối đa: Những vòng bi này có nhiều bi hơn các loại Conrad, vì vậy chúng có thể xử lý các tải nặng hơn theo hướng xuyên tâm.
Nhưng chúng không tốt trong việc xử lý tải trọng dọc trục.
Vòng bi cũng có thể được chia thành ba loại dựa trên trọng lượng mà chúng có thể giữ.
- Vòng bi xuyên tâm: Những vòng bi này hỗ trợ tải vuông góc với trục quay.
- Vòng bi chặn: Những vòng bi này hỗ trợ các tải song song với trục quay và được gọi là tải trọng dọc trục.
Vòng bi tiếp xúc góc có thể hỗ trợ cả tải trọng hướng tâm và hướng trục cùng một lúc.
Khám phá cảm giác hồi hộp của vòng bi trong kỹ thuật
Vẫn còn khó hiểu? Hãy để tôi thay đổi quan điểm một chút:
Bạn muốn làm cho công việc kỹ thuật của mình thú vị hơn? Bạn muốn làm cho dự án mới nhất của bạn thú vị hơn? Chà, chúng tôi biết phải làm gì: quên đi các thuật toán phức tạp, vật liệu mới và công nghệ tiên tiến.
Không, một ổ bi kiểu cũ tốt là tất cả những gì bạn cần để thực sự làm rung chuyển mọi thứ.
Đúng vậy, những quả cầu tí hon đó cho phép chuyển động tự do giữa các phần chuyển động và các phần không.
Nghe có vẻ buồn tẻ, phải không? Chà, bạn sai rồi.
Bởi vì, như chúng ta sắp tìm hiểu, vòng bi có thể là bộ phận thú vị trớ trêu nhất trong thế giới kỹ thuật.
Được rồi, đó chỉ là một trò đùa để trông giống như một quảng cáo trên TV.
Bây giờ chúng ta hãy quay lại phần giải thích.
Các thành phần và loại vòng bi
Các loại vòng bi
Vòng bi là cụm cơ khí được tạo thành từ các bộ phận lăn và hầu hết thời gian là các rãnh bên trong và bên ngoài.
Chúng có thể được sử dụng cho các trục quay hoặc di chuyển theo đường thẳng.
Có nhiều loại vòng bi khác nhau, và mỗi loại có các tính năng và cách sử dụng riêng.
- Vòng bi rãnh sâu.
Loại ổ bi phổ biến nhất là loại có rãnh sâu.
Chúng có các rãnh sâu để làm mương, và các vòng bên trong và bên ngoài có các vòng cung tròn chỉ lớn hơn quả bóng một chút.
Thiết kế này cho phép vòng bi xử lý cả tải trọng hướng tâm và hướng trục, đồng thời chạy ở tốc độ cao trong khi chịu tải trọng dọc trục, tải trọng lực đẩy hoặc cả hai.
Vòng bi rãnh sâu có thể được sử dụng trong nhiều thứ khác nhau, như quạt, động cơ, máy công nghiệp, bánh xe ô tô và dụng cụ gia đình.
Ổ bi tiếp xúc góc.
Ổ bi tiếp xúc góc phù hợp với các tải kết hợp khi cần truyền cả lực hướng tâm và lực dọc trục.
Chúng được chế tạo để xử lý cả tải trọng hướng tâm và lực đẩy, khiến chúng trở nên hoàn hảo cho các tình huống mà cả hai loại tải trọng này đều phổ biến.
Các ổ trục này có thể chịu nhiều lực theo một hướng và một số ổ trục một dãy được chế tạo để lắp theo cặp để tận dụng tối đa chúng.
Chúng thường được sử dụng trong máy bơm, máy nén khí, động cơ điện, nông nghiệp, công nghiệp hóa chất, công nghiệp nói chung, tiện ích và nhiều ứng dụng công nghiệp khác.
- Vòng bi tự sắp xếp.
Cách tốt nhất để hấp thụ lực hướng tâm là sử dụng ổ bi tự lựa.
Chúng được tạo ra để có hai hàng bóng và một đường đua dành cho tất cả các quả bóng ở vòng ngoài.
Thiết kế độc đáo này cho phép ổ trục tự căn chỉnh và bù cho bất kỳ sai lệch nào giữa trục và vỏ.
Điều này làm cho ít có khả năng sai lệch sẽ gây ra thiệt hại.
Vòng bi tự lựa thường được sử dụng trong những thứ như máy in, máy dệt và nông cụ.
- Vòng bi mô-men xoắn.
Vòng bi chặn được chế tạo để hoạt động với tải trọng đẩy cùng hướng với trục của ổ trục.
Chúng có thể xử lý tải trọng dọc trục vì chúng có bộ phận lăn là quả bóng hoặc hình trụ.
Hầu hết thời gian, những vòng bi này được sử dụng trong những thứ như hộp số ô tô, hệ thống hàng không vũ trụ và máy công cụ.
- Vòng Bi Làm Bằng Gốm Sứ.
Ổ bi gốm được chế tạo giống như ổ bi thép, nhưng thay vì bi thép, chúng sử dụng bi làm bằng gốm silicon nitride (Si2N4).
Ổ bi gốm tốt hơn ổ bi thép ở một số điểm, bao gồm cả việc chúng dễ lăn hơn vì bề mặt của chúng nhẵn hơn và kích thước của chúng đồng đều hơn.
Chúng cũng bền hơn vì chúng cứng hơn thép và chúng mất ít năng lượng hơn do ít ma sát hơn, giúp thiết bị chạy hiệu quả hơn và lâu hơn.
Vòng bi gốm thường được sử dụng trong các ứng dụng hiệu suất cao như hàng không vũ trụ, xe đua và máy móc công nghiệp cao cấp.
Các thành phần của vòng bi
Vòng bi có ba phần chính: vòng trong, vòng ngoài và một thứ gì đó để lăn.
Bộ phận di chuyển là một quả bóng hoặc một con lăn, và nó di chuyển dọc theo mương hoặc đường được tạo ra ở các vòng ngoài và vòng trong.
Bộ giữ bóng hoặc dải phân cách giữ cho các quả bóng không cọ xát vào nhau để chúng có thể di chuyển tự do.
Vòng bi giữ các quả bóng ở đúng vị trí và truyền tải trọng qua chúng bằng cách sử dụng ít nhất hai vòng đua để giữ các quả bóng ở đúng vị trí.
Một vòng đua được kết nối với bộ phận quay (như trục hoặc trục) và vòng kia được cố định (như vỏ).
Ổ bi có ma sát rất thấp vì chúng sử dụng ma sát lăn thay vì ma sát trượt.
Các vòng và ổ bi được chế tạo với dung sai và độ tròn cao, đồng thời được đánh bóng rất nhiều để chuyển động quay trơn tru.
Điều này làm giảm mô-men xoắn hoặc lực cản quay do ma sát gây ra.
Vòng bi được sử dụng để làm gì cũng ảnh hưởng đến độ rộng của nó.
Ví dụ, vòng bi tiết diện mỏng được sử dụng khi không có nhiều chỗ.
Sự khác biệt về đường kính và chiều rộng giữa các đường đua bên ngoài và bên trong được giữ ở mức tối thiểu.
Điều này làm cho nó có thể thực hiện các thiết kế nhỏ.
Sản xuất và bảo trì vòng bi
Sản xuất vòng bi
Ổ bi là bộ phận quan trọng của nhiều máy công nghiệp và dụng cụ quay, như bánh xe ô tô, trục quay của máy công cụ và máy bơm.
Hầu hết các ổ bi được làm bằng thép crôm carbon cao, còn được gọi là thép mạ crôm, vì nó rẻ và tuổi thọ cao.
Nhưng vòng bi cũng có thể được làm từ những thứ như thép không gỉ, gốm sứ, nhựa hoặc thậm chí là thủy tinh.
Ổ bi được chế tạo theo một quy trình bao gồm các bước như tạo hình, cắt, rửa, khử từ, xử lý nhiệt, mài, mài giũa, mài và ghép tất cả lại với nhau.
Bước đầu tiên là cắt một sợi dây hoặc thanh thành những miếng nhỏ.
Lượng vật liệu cần thiết cho sên nhiều hơn một chút so với lượng cần thiết cho ổ bi thành phẩm.
Sên sau đó được biến thành một quả bóng thông qua một loạt các bước mài và đánh bóng.
Sau đó, những quả bóng được xử lý bằng nhiệt để làm cho chúng cứng hơn.
Các bước cuối cùng là mài và mài, giúp chúng có kích thước và độ hoàn thiện cuối cùng.
Thông thường, lồng cho các quả bóng được làm bằng thép mỏng, nhưng một số vòng bi hiện nay sử dụng lồng làm bằng nhựa đúc vì chúng rẻ hơn và ít gây ma sát hơn.
Nhưng lồng nhựa thường được sử dụng nhiều hơn trong các ứng dụng tải trọng thấp và tốc độ thấp, trong khi lồng thép vẫn được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng công nghiệp.
Thép không gỉ AISI 440C, cũng như các loại thép không gỉ, gốm và thủy tinh khác cũng được sử dụng để chế tạo bi ổ trục.
Bóng gốm rất tốt để sử dụng trong môi trường rất ăn mòn hoặc có nhiệt độ rất cao.
Các loại nhựa khác nhau có khả năng chống ăn mòn tốt đến rất tốt, nhưng chúng chỉ tốt cho tải trọng thấp và tốc độ thấp.
Bảo dưỡng và thay thế vòng bi
Các sự cố và hỏng hóc của vòng bi xảy ra khá thường xuyên, nhưng chúng có thể được dừng lại hoặc khắc phục bằng cách thực hiện một số bước.
Ổ bi thường có vấn đề về bôi trơn, nhiệt độ cao, nhiễm bẩn, xử lý và lắp đặt không đúng cách, quá tải, lệch trục, lắp không tốt và ăn mòn.
Để tránh những vấn đề phổ biến này xảy ra, bạn nên bôi trơn máy theo cách mà nhà sản xuất hướng dẫn.
Các con dấu nên được kiểm tra thường xuyên để đảm bảo chúng không bị hỏng hoặc không hoạt động.
Đảm bảo rằng trục và vỏ ổ trục được căn chỉnh chính xác để tránh bị lệch.
Đảm bảo rằng ổ trục vừa khít với trục có kích thước phù hợp.
Việc kiểm tra bảo trì nên được thực hiện thường xuyên để tìm ra bất kỳ vấn đề nào trước khi chúng trở nên tồi tệ hơn.
Một số âm thanh và dấu hiệu có thể giúp bạn biết liệu ổ bi có bị hỏng hay không.
Dấu hiệu phổ biến nhất là âm thanh lạo xạo phát ra từ ổ trục bánh xe, âm thanh này thay đổi tùy thuộc vào tốc độ xe đang chạy.
Các âm thanh khác bao gồm tiếng vo ve, ầm ầm hoặc gầm gừ to hơn khi xe tăng tốc hoặc rẽ.
Vòng bi bánh xe không tốt cũng có thể tạo ra tiếng ồn như tiếng kêu, cót két hoặc gầm gừ theo chu kỳ.
Có những dấu hiệu khác cho thấy ổ bi hỏng bên cạnh âm thanh của nó.
Một số trong số này là chơi quá nhiều khi bánh xe bị lắc từ bên này sang bên kia, xe quá lỏng, vô lăng bị kéo và xe quá nóng.
Khi vòng bi đã quá mòn và sắp hỏng, bạn cũng có thể nhận thấy rằng xe hoạt động không tốt hoặc lốp xe bị mòn ở những vị trí khác nhau.
Chi phí thay thế ổ bi bao nhiêu tùy thuộc vào kiểu dáng và kiểu dáng của ô tô, vị trí của nó và mức phí của thợ máy.
Bản thân vòng bi thường có giá từ 50 đến 200 đô la, tùy thuộc vào loại và chất lượng (tại thời điểm viết).
Tùy thuộc vào độ khó của công việc và mức phí thợ máy tính mỗi giờ, chi phí lao động có thể thêm từ 100 đến 200 đô la vào tổng chi phí.
Ngoài ra, nếu bộ phận thay thế làm thay đổi cách căn chỉnh ô tô, nó có thể cần một dịch vụ căn chỉnh bổ sung, có thể có giá từ 60 đến 100 đô la.
Nếu chưa có nhiều kinh nghiệm sửa chữa ô tô, bạn không nên tự ý thay thế ổ bi.
Lợi ích và ứng dụng của vòng bi
Ổ bi được sử dụng nhiều trong kỹ thuật khi cần chuyển động trơn tru và chính xác.
Giảm ma sát và tăng hiệu quả
Lợi ích lớn nhất của ổ bi là chúng giảm ma sát và giúp mọi thứ hoạt động hiệu quả hơn.
Ổ bi có hệ số ma sát thấp hơn ổ trượt, nghĩa là chúng cần ít năng lượng hơn để hoạt động.
Điều này làm cho chúng trở nên hoàn hảo cho việc sử dụng tốc độ cao trong các ngành công nghiệp như máy móc, ô tô và du hành vũ trụ.
Bởi vì có ít ma sát hơn nên sẽ có ít nhiệt hơn từ sự tiếp xúc giữa các bề mặt.
Điều này có nghĩa là vòng bi mòn ít hơn và tồn tại lâu hơn.
Cải thiện hiệu suất và độ bền
Ổ bi có thể làm cho thiết bị chạy tốt hơn và bền hơn khi chúng được sử dụng trong đó.
Chúng giữ cho thiết bị không bị hao mòn bằng cách giảm ma sát và rung động có thể làm hỏng thiết bị theo thời gian.
Vì ổ bi giảm mài mòn nên chúng cũng giảm nhu cầu bảo trì và thay thế thiết bị, giúp tiết kiệm thời gian và tiền bạc.
Ổ bi cũng ít có khả năng bị vỡ vì thiết kế của chúng trải đều tải trọng lên các phần tử lăn.
Ứng dụng của vòng bi
Ổ bi được sử dụng trong nhiều nhiệm vụ kỹ thuật, bao gồm nhưng không giới hạn ở:
Ổ bi được sử dụng trong các bộ phận khác nhau của ô tô, như động cơ, hộp số và bánh xe.
Ổ bi được sử dụng trong động cơ, thiết bị hạ cánh và hệ thống điều khiển của máy bay trong ngành hàng không vũ trụ.
Ổ bi được sử dụng trong máy công cụ, máy bơm và động cơ điện trong ngành công nghiệp máy móc.
Trong ngành chế tạo robot, các khớp nối và bộ truyền động được chế tạo bằng ổ bi.
- Thiết bị y tế: Ổ bi được sử dụng trong các thiết bị y tế khác nhau, chẳng hạn như máy khoan nha khoa và máy chụp cộng hưởng từ.
Bản lề ổ bi
Ổ bi cũng được sử dụng trong xây dựng, đặc biệt là dạng bản lề ổ bi.
Các vòng bi ẩn giữa các khớp nối của các bản lề này giúp mở và đóng cửa dễ dàng hơn mà ít ma sát hơn.
Điều này đặc biệt hữu ích đối với những cánh cửa nặng hơn, chẳng hạn như cửa ở lối vào hoặc cửa tự động đóng lại.
Bản lề ổ bi là loại bản lề chịu tải nặng có xu hướng bền lâu hơn bản lề thông thường.
Điều này làm cho chúng trở thành sự lựa chọn tốt nhất cho mục đích thương mại, nơi độ bền là quan trọng.
Vòng bi là gì? Các loại vòng bi và cách chúng hoạt động?
Mẹo: Bật nút phụ đề nếu bạn cần. Chọn “dịch tự động” trong nút cài đặt, nếu bạn không quen với ngôn ngữ nói. Bạn có thể cần nhấp vào ngôn ngữ của video trước khi ngôn ngữ yêu thích của bạn có sẵn để dịch.
Phần kết luận
Khi chúng ta tìm hiểu xong về ổ bi, bạn nên dành một chút thời gian để suy nghĩ xem những bộ phận nhỏ này đã thay đổi thế giới kỹ thuật đến mức nào.
Chúng có thể trông giống như những bộ phận nhỏ, bình thường, nhưng rất nhiều máy móc và thiết bị chúng ta sử dụng hàng ngày sẽ không thể hoạt động nếu không có chúng.
Vòng bi là những anh hùng vô danh của kỹ thuật hiện đại.
Chúng được sử dụng trong mọi thứ, từ động cơ ô tô của bạn đến chuyển động của rô-bốt phẫu thuật.
Vì vậy, lần tới khi bạn nhìn thấy một ổ bi, hãy dừng lại một chút và nghĩ xem nó đã giúp thế giới của chúng ta trở thành một kỳ quan công nghệ như thế nào.
Và khi bạn tiếp tục đẩy các giới hạn của những gì có thể trong công việc kỹ thuật của riêng mình, hãy để ổ bi đơn giản nhắc nhở bạn về sức mạnh của những bộ phận dù nhỏ nhất và dường như là kém quan trọng nhất.
Chia sẻ…
