Ố LĂN - Ổ LĂN CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN - PHẦN 2: TẢI TRỌNG TĨNH DANH ĐỊNH
Rolling bearings - Linear motion rolling bearings - Part 2 : static load ratings
Lời nói đầu
TCVN 8028- 2 : 2009 hoàn toàn tương đương với ISO 14728-2 : 2004.
TCVN 8028-2 : 2009 do Ban kỹ thuật tiêu chuẩn quốc gia TCVN/TC 4 Ổ lăn, ổ đỡ biên soạn, Tổng cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng đề nghị, Bộ Khoa học và Công nghệ công bố.
TCVN 8028 Ổ lăn - Ổ lăn chuyển động tịnh tiến gồm hai phần:
- TCVN 8028-1 (ISO 14728-1 : 2004) Phần 1: Tải trọng động danh định và tuổi thọ danh định;
- TCVN 8028-2 (ISO 14728-2 : 2004) Phần 2: Tải trọng tĩnh danh định;
Ố LĂN - Ổ LĂN CHUYỂN ĐỘNG TỊNH TIẾN - PHẦN 2: TẢI TRỌNG TĨNH DANH ĐỊNH
Rolling bearings - Linear motion rolling bearings - Part 2 : static load ratings
Tiêu chuẩn này quy định phương pháp tính toán tải trọng tĩnh cơ bản danh định, tải trọng tĩnh tương đương và hệ số an toàn tĩnh cho ổ lăn chuyển động tịnh tiến được sản xuất từ thép làm ổ lăn, được tôi cứng, chất lượng cao, thường được sử dụng hiện nay, phù hợp với công nghệ sản xuất thích hợp và thiết kế cơ bản theo thông lệ về hình dạng của các bề mặt tiếp xúc lăn (mặt lăn).
Tiêu chuẩn này không áp dụng cho các thiết kế trong đó các phần tử lăn làm việc trực tiếp trên bề mặt trượt của thiết bị máy, trừ khi bề mặt đó tương đương hoàn toàn đối với mặt lăn của bộ phận ổ lăn chuyển động tịnh tiến mà nó thay thế.
Các tài liệu viện dẫn sau rất cần thiết cho việc áp dụng tiêu chuẩn này. Đối với các tài liệu viện dẫn ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản được nêu. Đối với các tài liệu viện dẫn không ghi năm công bố thì áp dụng phiên bản mới nhất, bao gồm cả các sửa đổi, bổ sung (nếu có).
TCVN 8029 : 2009 (ISO 76 :1987), Ổ lăn - Tải trọng tĩnh danh định.
ISO 5593 : 1997, Rolling bearings - Vocabulary (Ổ lăn - Từ vựng).
ISO 15241 : 2001, Rolling bearings - Symbol for quantities (Ổ lăn - Các kí hiệu cho các đại lượng).
Tiêu chuẩn này áp dụng các thuật ngữ và định nghĩa được cho trong TCVN 8029 (ISO 76), ISO 5593 và các thuật ngữ sau.
3.1. Ổ bi tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu ống lót, có hoặc không có các rãnh trên mặt lăn
(recirculating linear ball bearing, sleeve type, with or without raceway grooves)
Ổ kiểu ống lót trụ có một số vòng kín của các viên bi quay vòng được thiết kế để đạt được chuyển động lăn tịnh tiến dọc theo một trục trụ tròn đã được tôi cứng.
Xem Hình 1.
CHÚ THÍCH: Có thể thiết kế các mặt lăn trong ống lót theo hình trụ cũng như các ống lót bằng thép có các rãnh trên mặt lăn song song với trục.
Hình 1 - Ổ bi tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu ống lót
3.2. Ổ bi (đũa) tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu dẫn hướng thẳng (recirculating linear ball [roller] bearing, linear guideway type)
Ổ bi (lăn) tịnh tiến có số lượng bi (đũa) được sắp xếp đối xứng vòng kín, được thiết kế để đạt được chuyển động lăn tịnh tiến dọc theo một đường dẫn hướng có các mặt lăn thích hợp được tôi cứng.
Xem Hình 2.
Hình 2 - Ổ bi (lăn) tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu dẫn hướng thẳng
3.3. Ổ bi tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu rãnh sâu (non-recirculating linear ball bearing, linear guideway, deep groove type)
Ổ tịnh tiến với các viên bi được coi như là các phần tử lăn, mỗi viên bi có hai điểm tiếp xúc.
Xem Hình 3.
CHÚ THÍCH: Các bán kính mặt cắt ngang của các rãnh trên mặt lăn trong hai đường dẫn hướng bằng nhau và có thể nằm giữa 0,52Dw và vô cùng.
Hình 3 - Ổ bi tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu rãnh sâu
3.4. Ổ bi tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu tiếp xúc 4 điểm (non-recirculating linear ball bearing, linear guideway, four-point-contact type)
Ổ tịnh tiến có các viên bi như là các phần tử lăn, mỗi viên bi có 4 điểm tiếp xúc.
Xem Hình 4.
CHÚ THÍCH: Các bán kính của mặt cắt ngang của các rãnh trên mặt lăn đối với 4 điểm tiếp xúc nằm trong hai đường dẫn hướng bằng nhau và nằm giữa 0,52Dw, và vô cùng.
Hình 4 - Ổ bi tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu tiếp xúc 4 điểm
3.5. Ổ đũa tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu phẳng (non-recirculating linear roller bearing, linear guideway, flat type)
Ổ tịnh tiến có đũa kim hoặc đũa trụ được coi là các phần tử lăn.
Xem Hình 5.
Hình 5 - Ổ đũa tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu phẳng
3.6. Ổ đũa tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu góc chữ V (non-recirculating linear roller bearing, linear guideway, V-angle type)
Ổ tịnh tiến được thiết kế với các đường dẫn như các chi tiết của một khối V có góc 90 °.
Xem Hình 6.
CHÚ THÍCH: Đũa kim hoặc đũa trụ được sử dụng như các phần tử lăn.
Hình 6 - Ổ đũa tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu góc chữ V
3.7. Ổ đũa tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu đũa cắt ngang (non- recirculating linear roller bearing, linear guideway, crossed roller type)
Ổ tịnh tiến có các đũa trụ được lắp đặt trong một một cấu trúc đũa cắt ngang.
Xem Hình 7.
Hình 7 - Ổ đũa tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu đũa cắt ngang
3.8. Hệ số an toàn tải tĩnh (static load safety factor)
Tỷ số giữa tải trọng tĩnh cơ bản danh định và tải trọng tương đương tĩnh tạo ra độ an toàn dư chống lại biến dạng dư không thể chấp nhận được trên các phần tử lăn và các mặt lăn.
3.9. Tải trọng tĩnh cơ bản danh định của một ổ lăn chuyển động tịnh tiến (basic static load rating of a linear motion rolling bearing)
Tải trọng tĩnh tương ứng với ứng suất tiếp xúc tính toán smax tại tâm của phần lớn phần tử lăn chịu tải nặng đường tiếp xúc trên mặt lăn.
CHÚ THÍCH: Đối với ứng suất tiếp xúc này, tổng biến dạng dư của phần tử lăn và mặt lăn xấp xỉ bằng 0001 đường kính phần tử lăn.
- Đối với một ổ bi tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu ống lót: smax = 5300 MPa;
- Đối với một ổ bi tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu dẫn hướng thẳng: xem Bảng 1;
- Đối với một ổ bi tịnh tiến không tuần hoàn khép kín: xem Bảng 1;
- Đối với một ổ đũa tịnh tiến smax = 4000 MPa.
Bảng 1 - Ứng suất tiếp xúc, smax
|
rg |
£ 0,52 Dw |
0,53 Dw |
0,54 Dw |
0,55 Dw |
0,56 Dw |
0,57 Dw |
0,58 Dw |
0,59 Dw |
³ 0,6 Dw |
|
smax |
4200 |
4250 |
4300 |
4350 |
4400 |
4450 |
4500 |
4550 |
4600 |
3.10. Tải trọng tĩnh tương đương (static equivalent load)
Tải trọng tĩnh gây ra ứng suất tiếp xúc tại tâm của phần lớn các phần tử lăn chịu tải nặng đường tiếp xúc mặt lăn tương tự như ứng suất xảy ra trong các điều kiện tải trọng thực.
3.11. Chiều của tải trọng (direction of load)
Chiều của tải trọng được áp dụng để tính toán tải trọng danh định.
CHÚ THÍCH: Để tính toán các tải tĩnh cơ bản danh định, chiều của tải trọng được chỉ định cho tất cả các ổ chuyển động tịnh tiến bằng mũi tên trong Hình 8.
Hình 8 - Chiều của tải trọng
3.12. Đường kính chia (pitch diameter)
(Ổ bi tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu ống lót), đường kính của một đường tròn có chứa các tâm của các viên bi tiếp xúc với các mặt lăn, trong một mặt phẳng vuông góc với đường tâm của ổ.
3.13. Góc tiếp xúc danh nghĩa (nominal contact angle)
Góc giữa chiều của tải trọng trên ổ tịnh tiến và đường tác dụng danh nghĩa của hợp lực các lực được truyền bởi một bộ phận mặt lăn của ổ cho một phần tử lăn.
Xem Hình 9.
Hình 9 - Góc tiếp xúc danh nghĩa
Tiêu chuẩn này áp dụng các ký hiệu cho trong các tiêu chuẩn TCVN 8029 (ISO 76), ISO 15241 và ký hiệu theo Bảng 2.
Bảng 2 - Các ký hiệu, thuật ngữ và đơn vị
|
Ký hiệu |
Thuật ngữ |
Đơn vị |
|
C0 |
Tải trọng tĩnh cơ bản danh định |
N |
|
Dpw |
Đường kính chia của các dãy bi |
mm |
|
Dw |
Đường kính bi |
mm |
|
Dwe |
Đường kính đũa có thể áp dụng trong tính toán các tải trọng danh định |
mm |
|
F |
Tải trọng tác dụng lên ổ |
N |
|
f0 |
Hệ số phụ thuộc vào hình học của các thành phần của ổ, và phụ thuộc vào mức ứng suất có thể được áp dụng |
1 |
|
i |
Số dãy của bi hoặc đũa có thể áp dụng trong tính toán các tải trọng danh định CHÚ Ý: Trong trường hợp ổ tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu ống lót, đây là tổng số dây bi. |
1 |
|
it |
Số dãy mang tải của bi trong vùng chịu tải -90° < Fj < +900 |
1 |
|
k0F |
Hệ số tải trọng tĩnh |
1 |
|
k0i |
Hệ số tải trọng phụ thuộc vào số dãy của bi trong ổ bi tuần hoàn khép kín, kiểu ống lót |
1 |
|
Lwe |
Độ dài đũa có thể áp dụng trong tính toán các tải trọng danh định |
mm |
|
P0 |
Tải trọng tĩnh tương đương |
N |
|
rg |
Bán kính mặt cắt ngang của rãnh mặt lăn trên đường dẫn hướng |
mm |
|
S0 |
Hệ số an toàn tải tĩnh |
1 |
|
Z |
Số bi hoặc đũa trong một dãy |
1 |
|
Zt |
Số bi hoặc đũa chịu tải trong một dãy |
1 |
|
a |
Góc tiếp xúc danh nghĩa |
0 |
|
jj |
Góc giữa chiều của tải trọng và dãy bi j |
0 |
|
smax |
Ứng suất tiếp xúc tại tâm của phần lớn phần tử lăn chịu tải đường tiếp xúc trên mặt lăn |
MPa |
5. Tải trọng tĩnh cơ bản danh định
5.1. Ổ bi tịnh tiến
5.1.1. Ổ bi tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu ống lót có hay không có các rãnh trên mặt lăn
Tải trọng tĩnh cơ bản danh định cho các ổ này được xác định theo các công thức sau:
C0 = f0 x k0i x Zt x
trong đó:
Trong số dãy bi mang tải trong vùng chịu tải, it, những dãy này được sắp xếp trong một diện tích góc là -900 < fj < +90 0 đối với chiều của tải trọng vuông góc (xem Hình 8) được đưa vào trong tính toán Các giá trị của k0i để tính toán ổ bi tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu ống lót, với các khoảng cách dãy bi bằng nhau, được cho trong Bảng 3 và giá trị của f0 trong Bảng 4.
Bảng 3 - Giá trị của k0i
|
i |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
|
k0i |
1,000 |
1,000 |
1,106 |
1,354 |
1,614 |
1,841 |
2,052 |
2,284 |
Bảng 4 - Giá trị của f0
|
Dw/Dpw |
f0 |
|
Dw/Dpw |
f0 |
|
Dw/Dpw |
f0 |
|
0,005 |
14,801 |
0,105 |
13,297 |
0,205 |
11,77 |
||
|
0,01 |
14,726 |
0,11 |
13,221 |
0,21 |
11,693 |
||
|
0,015 |
14,651 |
0,115 |
13,146 |
0,215 |
11,616 |
||
|
0,02 |
14,577 |
0,12 |
13,07 |
0,22 |
11,539 |
||
|
0,025 |
14,502 |
0,125 |
12,994 |
0,225 |
11,462 |
||
|
0,03 |
14,427 |
0,13 |
12,918 |
0,23 |
11,384 |
||
|
0,035 |
14,352 |
0,135 |
12,842 |
0,235 |
11,307 |
||
|
0,04 |
14,277 |
0,14 |
12,765 |
0,24 |
11,23 |
||
|
0,045 |
14,202 |
0,145 |
12,689 |
0,245 |
11,152 |
||
|
0,05 |
14,127 |
0,15 |
12,613 |
0,25 |
11,075 |
||
|
0,055 |
14,052 |
0,155 |
12,537 |
0,255 |
10,997 |
||
|
0,06 |
13,977 |
0,16 |
12,46 |
0,26 |
10,92 |
||
|
0,065 |
13,902 |
0,165 |
12,384 |
0,265 |
10,842 |
||
|
0,07 |
13,826 |
0,17 |
12,307 |
0,27 |
10,765 |
||
|
0,075 |
13,751 |
0,175 |
12,231 |
0,275 |
10,687 |
||
|
0,08 |
13,675 |
0,18 |
12,154 |
0,28 |
10,609 |
||
|
0,085 |
13,6 |
0,185 |
12,077 |
0,285 |
10,531 |
||
|
0,09 |
13,524 |
0,19 |
12 |
0,29 |
10,454 |
||
|
0,095 |
13,449 |
0,195 |
11,924 |
0,295 |
10,376 |
||
|
0,1 |
13,373 |
0,2 |
11,847 |
0,3 |
10,298 |
5.1.2. Ổ bi tịnh tiến tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, kiểu bàn trượt
Tải trọng tĩnh cơ bản danh định cho các ổ này, được xác định theo các công thức sau:
C = f0 x i x Zt x x cosa
Các giá trị của f0 được đưa ra trong Bảng 5 và phụ thuộc vào bán kính mặt cắt ngang của rãnh mặt lăn trên đường dẫn hướng và phụ thuộc vào đường kính bi.
Bảng 5 - Giá trị của f0
|
rg |
f0 |
|
0,52 Dw |
94,64 |
|
0,53 Dw |
76,33 |
|
0,54 Dw |
66,07 |
|
0,55 Dw |
59,48 |
|
0,56 Dw |
54,89 |
|
0,57 Dw |
51,55 |
|
0,58 Dw |
49,03 |
|
0,59 Dw |
47,08 |
|
0,60 Dw |
45,57 |
Khả năng mang tải của một ổ không nhất thiết tăng lên bởi sử dụng các bán kính rãnh trên mặt lăn nhỏ hơn, nhưng sẽ giảm đi bằng cách sử dụng các bán kính rãnh trên mặt lăn lớn hơn các giá trị đã được đưa ra trong Bảng 5.
5.1.3. Ổ bi tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng các kiểu rãnh sâu và tiếp xúc bốn điểm
Tải trọng tĩnh cơ bản danh định, được xác định theo công thức sau:
C = f0 x i x Zt x x cosa
Các giá trị i và Zt cho trong Bảng 6.
Bảng 6 - Giá trị của i và Zt
|
Ổ |
i |
Zt |
|
Kiểu rãnh sâu |
1 |
Z |
|
Kiểu tiếp xúc 4 điểm |
2 |
Z |
Giá trị của f0 được đưa ra trong Bảng 7.
Bảng 7 - Giá trị của f0
|
rg |
fc |
|
0,52 Dw |
94,64 |
|
0,53 Dw |
76,33 |
|
0,54 Dw |
66,07 |
|
0,55 Dw |
59,48 |
|
0,56 Dw |
54,89 |
|
0,57 Dw |
51,55 |
|
0,58 Dw |
49,03 |
|
0,59 Dw |
47,08 |
|
0,60 Dw |
45,57 |
|
¥ |
9,72 |
5.2. Ổ lăn tịnh tiến
5.2.1. Ổ lăn tịnh tiến tuần hoàn khép kín, kiểu dẫn hướng thẳng
Tải trọng tĩnh cơ bản danh định cho ổ này được xác định theo công thức sau:
C0 = f0 x i x Zt x Lwe x Dwe x cosa
trong đó:
f0 = 221
5.2.2. Ổ đũa tịnh tiến không tuần hoàn khép kín, dẫn hướng thẳng, các kiểu phẳng, góc chữ V và đũa cắt ngang
Tải trọng tĩnh cơ bản danh định cho ổ này được xác định theo công thức sau:
C0 = f0 x i x Zt x Lwe x Dwe x cosa
trong đó:
f0 = 221
Giá trị của i và Zt được đưa ra trong Bảng 8.
Bảng 8 - Giá trị của i và Zt
|
Trục |
i |
Zt |
|
Kiểu phẳng |
1 |
Z |
|
Kiểu góc chữ V |
2 |
Z |
|
Kiểu đũa cắt ngang |
2 |
Z/2 |
Tải trọng tĩnh tương đương cho một ổ tịnh tiến được xác định theo công thức sau:
P0 = k0F x F
Hệ số tải tĩnh k0F được lấy bằng 1 khi chiều của tải trọng ổ, F, là vuông góc (xem Hình 8) và khe hở ổ trong phạm vi bình thường. Khi các điều kiện trên không thỏa mãn, nhà sản xuất ổ phải tư vấn để có thể áp dụng được giá trị hệ số k0F.
7. Hệ số an toàn tải trọng tĩnh
Hệ số an toàn tải trọng tĩnh cho một ổ được xác định theo công thức sau:
Hệ số an toàn tải trọng tĩnh S0 phải lớn hơn 2 đối với các điều kiện làm việc quy ước. Đối với một điều kiện hoạt động đặc biệt, nhà sản xuất ổ phải tư vấn để có thể áp dụng được giá trị hệ số S0.
THƯ MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] ISO 10285 : 1992, Rolling bearing, linear motion, recirculating ball, sleeve type- Metric series (ổ lăn, chuyển động tịnh tiến, kiểu bạc lót - Loạt hệ mét).