Tại sao hầu hết các máy móc khai thác mỏ lại chọn ổ lăn thay vì ổ trượt?

Là một bộ phận không thể thiếu và quan trọng trong các sản phẩm cơ khí, ổ bi đóng vai trò quan trọng trong việc đỡ các trục quay. Dựa trên các đặc tính ma sát khác nhau, ổ bi được chia thành ổ bi ma sát lăn (gọi tắt là ổ bi lăn) và ổ bi ma sát trượt (gọi tắt là ổ bi trượt). Hai loại ổ bi này có những đặc điểm riêng về cấu trúc, và mỗi loại đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng về hiệu suất.

So sánh giữa ổ lăn và ổ trượt

1. So sánh cấu trúc và phương thức vận động

Sự khác biệt rõ ràng nhất giữa ổ bi lăn vàổ trượtĐó là sự hiện diện hoặc vắng mặt của các phần tử lăn.

Ổ bi lăn có các phần tử lăn (bi, con lăn hình trụ, con lăn côn, con lăn kim) dựa vào chuyển động quay của chúng để đỡ trục quay, do đó phần tiếp xúc là một điểm, và càng nhiều phần tử lăn thì càng có nhiều điểm tiếp xúc.

Vòng bi trơnChúng không có các bộ phận lăn và dựa vào các bề mặt nhẵn để đỡ trục quay, do đó phần tiếp xúc là một bề mặt.

 

Sự khác biệt về cấu trúc của hai loại ổ bi này quyết định chế độ chuyển động của ổ bi lăn là lăn, còn chế độ chuyển động của ổ bi trượt là trượt, do đó tình trạng ma sát hoàn toàn khác nhau.

 

2. So sánh sức chứa

Nhìn chung, do diện tích chịu lực lớn của ổ trượt, khả năng chịu tải của nó thường cao hơn so với ổ lăn, và khả năng chịu tải va đập của ổ lăn không cao, nhưng ổ trượt được bôi trơn hoàn toàn bằng chất lỏng có thể chịu được tải trọng va đập lớn nhờ vai trò giảm chấn và hấp thụ rung động của màng dầu bôi trơn. Khi tốc độ quay cao, lực ly tâm của các phần tử lăn trong ổ lăn tăng lên, và khả năng chịu tải của nó giảm xuống (dễ xảy ra tiếng ồn ở tốc độ cao). Trong trường hợp ổ trượt động, khả năng chịu tải của chúng tăng lên khi tốc độ cao hơn.

 

3. So sánh hệ số ma sát và lực cản ma sát khởi động

Trong điều kiện làm việc bình thường, hệ số ma sát của ổ lăn thấp hơn so với ổ trơn và giá trị này ổn định hơn. Ngược lại, việc bôi trơn ổ trượt dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố bên ngoài như tốc độ và độ rung, dẫn đến hệ số ma sát thay đổi rộng.

 

Khi khởi động, lực cản lớn hơn so với ổ lăn vì ổ trượt chưa hình thành lớp màng dầu ổn định, nhưng lực cản ma sát khi khởi động và hệ số ma sát làm việc của ổ trượt thủy tĩnh rất nhỏ.

 

4. So sánh tốc độ làm việc áp dụng

Do hạn chế của lực ly tâm của các phần tử lăn và sự tăng nhiệt độ của ổ trục, tốc độ quay của ổ trục lăn không thể quá cao, và nhìn chung chỉ phù hợp với điều kiện làm việc ở tốc độ trung bình và thấp. Đối với ổ trục bôi trơn bằng chất lỏng không hoàn toàn, do hiện tượng sinh nhiệt và mài mòn, tốc độ làm việc không nên quá cao. Hiệu suất hoạt động ở tốc độ cao của ổ trục bôi trơn hoàn toàn bằng chất lỏng rất tốt, đặc biệt khi các ổ trục trơn thủy tĩnh được bôi trơn bằng không khí, tốc độ quay của chúng có thể đạt tới 100.000 vòng/phút.

 

5. So sánh tổn thất điện năng

Do hệ số ma sát nhỏ của ổ lăn, tổn thất công suất của chúng thường không lớn, thấp hơn so với ổ lăn bôi trơn bằng chất lỏng không hoàn toàn, nhưng sẽ tăng lên đáng kể khi được bôi trơn và lắp đặt đúng cách. Tổn thất công suất do ma sát của ổ lăn bôi trơn hoàn toàn bằng chất lỏng thấp, nhưng đối với ổ trượt thủy tĩnh, tổng tổn thất công suất có thể cao hơn so với ổ trượt thủy tĩnh do tổn thất công suất của bơm dầu.

 

6. So sánh tuổi thọ sử dụng

Do ảnh hưởng của hiện tượng rỗ bề mặt và mỏi vật liệu, các ổ lăn thường được thiết kế với tuổi thọ từ 5 đến 10 năm, hoặc được thay thế trong quá trình đại tu. Các má phanh của ổ lăn bôi trơn bằng chất lỏng không hoàn toàn bị mòn nghiêm trọng và cần được thay thế thường xuyên. Về lý thuyết, tuổi thọ của ổ lăn bôi trơn hoàn toàn bằng chất lỏng là không giới hạn, nhưng trên thực tế, sự hỏng hóc do mỏi vật liệu ổ lăn có thể xảy ra do chu kỳ ứng suất, đặc biệt là đối với các ổ trượt động.

 

7. So sánh độ chính xác quay

Ổ bi lăn thường có độ chính xác quay cao do khe hở hướng tâm nhỏ. Ổ bi bôi trơn bằng chất lỏng không hoàn toàn ở trạng thái bôi trơn biên hoặc bôi trơn hỗn hợp, hoạt động không ổn định, mài mòn nghiêm trọng và độ chính xác thấp. Nhờ có màng dầu, ổ bi bôi trơn hoàn toàn bằng chất lỏng giúp giảm chấn và hấp thụ rung động với độ chính xác cao. Ổ bi trơn thủy tĩnh có độ chính xác quay cao hơn.

 

8. So sánh các khía cạnh khác

Ổ lăn sử dụng dầu, mỡ hoặc chất bôi trơn rắn, lượng chất bôi trơn rất nhỏ, lượng cần dùng lớn ở tốc độ cao, yêu cầu độ sạch của dầu rất cao, do đó cần phải được bịt kín, nhưng ổ lăn dễ thay thế và thường không cần sửa chữa trục. Đối với ổ trơn, ngoài các ổ bôi trơn bằng chất lỏng không hoàn toàn, chất bôi trơn thường là chất lỏng hoặc khí, lượng cần dùng rất lớn, yêu cầu độ sạch của dầu cũng rất cao, các miếng đệm ổ lăn cần được thay thế thường xuyên, và đôi khi cần phải sửa chữa trục.

 

Lựa chọn ổ lăn và ổ trượt

Do điều kiện làm việc thực tế phức tạp và đa dạng, không có tiêu chuẩn thống nhất nào cho việc lựa chọn ổ lăn và ổ trượt. Nhờ hệ số ma sát nhỏ, lực cản khởi động nhỏ, độ nhạy cao, hiệu suất cao và tính tiêu chuẩn hóa, ổ lăn có khả năng thay thế và tính linh hoạt tuyệt vời, thuận tiện trong sử dụng, bôi trơn và bảo trì, nên thường được ưu tiên lựa chọn và được sử dụng rộng rãi trong các loại máy móc thông thường. Bản thân ổ trượt cũng có một số ưu điểm riêng, thường được sử dụng trong một số trường hợp mà ổ lăn không thể sử dụng được, hoặc bất tiện hoặc không có ưu điểm, chẳng hạn như các trường hợp sau:

 

1. Kích thước không gian xuyên tâm bị hạn chế, hoặc việc lắp đặt phải được chia nhỏ.

Do cấu tạo gồm vòng trong, vòng ngoài, con lăn và lồng, kích thước xuyên tâm của ổ bi lăn lớn, và phạm vi ứng dụng bị hạn chế ở một mức độ nhất định. Ổ bi kim chỉ khả dụng khi kích thước xuyên tâm yêu cầu nghiêm ngặt, và nếu cần thiết, có thể sử dụng ổ bi trơn. Đối với các bộ phận khó lắp đặt ổ bi, hoặc không thể lắp đặt từ hướng trục, hoặc trường hợp các bộ phận phải được chia thành nhiều phần, người ta sử dụng ổ bi trơn tách rời.

 

2. Các trường hợp yêu cầu độ chính xác cao

Khi yêu cầu độ chính xác cao đối với ổ trục, người ta thường chọn ổ trượt, vì màng dầu bôi trơn của ổ trượt có thể giảm thiểu sự rung động, và khi độ chính xác cực kỳ cao, chỉ có thể chọn ổ trượt thủy tĩnh. Ổ trượt được sử dụng rộng rãi trong các máy mài chính xác cao, các dụng cụ chính xác khác nhau, v.v.

 

3. Các trường hợp tải trọng lớn

Các loại ổ lăn, dù là ổ bi hay ổ lăn, đều dễ bị quá nhiệt và mỏi trong điều kiện tải nặng. Do đó, khi tải trọng lớn, người ta thường sử dụng ổ trượt, ví dụ như trong các nhà máy cán thép, tua bin hơi, phụ kiện động cơ máy bay và máy móc khai thác mỏ.

 

4. Những dịp khác

Ví dụ, trong trường hợp tốc độ làm việc đặc biệt cao, độ rung và chấn động cực lớn, và cần làm việc trong môi trường nước hoặc ăn mòn, v.v., thì việc lựa chọn ổ trượt cũng là một giải pháp hợp lý.

 

Đối với một loại máy móc thiết bị, việc ứng dụng ổ lăn và ổ trượt đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng, cần được lựa chọn hợp lý dựa trên dự án thực tế. Trước đây, các máy nghiền cỡ lớn và trung bình thường sử dụng ổ trượt đúc bằng hợp kim babbitt vì chúng có thể chịu được tải trọng va đập lớn, đồng thời có khả năng chống mài mòn và ổn định cao hơn. Máy nghiền hàm cỡ nhỏ chủ yếu sử dụng ổ lăn, có hiệu suất truyền động cao, nhạy bén hơn và dễ bảo trì. Với sự nâng cao trình độ kỹ thuật sản xuất ổ lăn, hầu hết các máy nghiền hàm cỡ lớn cũng sử dụng ổ lăn.