Giới thiệu về ổ lăn
Trong bài viết này tôi sẽ dẫn bạn đi tìm hiểu về ổ lăn hoặc ổ đỡ.
Như các bạn đã biết trong cuộc sống nói chung và các ngành nghề liên quan đến lĩnh vực cơ khí nói riêng đều có sự xuất hiện của ổ lăn. Ổ lăn có nhiệm vụ rất lớn trong sự phát triển của ngành công nghiệp từ xưa đến nay và là một trong các yếu tố giúp hạn chế sự chuyển động tương đối và làm giảm ma sát giữa các chi tiết chuyển động. Thiết kế của ổ lăn nhằm mục đích hỗ trợ cho các chuyển động tuyến tính tự do của các bộ phận chuyển động hoặc xoay tự do quanh một trục, ngoài ra nó có thể ngăn chặn các chuyển động bằng cách điều khiển các vector của các lực tác động trên các bộ phận chuyển động. Ổ lăn được phân loại rộng rãi theo hoạt động, chuyển động cho phép hoặc theo hướng của tải (lực) tác dụng lên các bộ phận.
1. Lịch sử hình thành và phát triển của ổ lăn
Để bắt đầu tìm hiểu có bao nhiêu loại ổ lăn hiện nay thì tôi sẽ nói sơ nét về lịch sử hình thành của ổ lăn.
Việc phát minh ra ổ lăn đầu tiên là dưới dạng con lăn bằng gỗ hoặc ổ trục và có thể được phát minh ra trước khi xuất hiện cơ cấu bánh xe đầu tiên. Có thể bạn đã hoặc xem một số bài viết nói người Ai Cập đã sử dụng vòng bi lăn dưới dạng thân cây dưới những xe trượt lý do là vì trong các bản vẽ được khắc họa trong hầm mộ của Djehutihotep, dựa theo các kí tự tượng hình cho thấy khi di chuyển các khối đá lớn trên các xe trượt và được bôi trơn bằng chất lỏng. Ngoài ra còn có bản vẽ tượng hình Ai Cập của vòng bi được sử dụng trong máy khoan cầm tay.
Một trong những phát hiện sớm nhất đó là việc sử dụng ổ lăn có dạng bi là trong con tàu Nemi trong hồ Nemi tại Ý, xác tàu này được giám định có từ 40 năm trước công nguyên. Tiếp đến đó là sự kết hợp vòng bi của Leonardo da Vinci trong bản thiết kế một máy bay trực thăng vào năm 1500, đây cũng là lần đầu tiên ghi nhận sử dụng vòng bi trong thiết kế hàng không vũ trụ. Tuy nhiên, Agostino Ramelli là người đầu tiên công bố bản phác thảo ổ lăn dạng vòng bi. Nhưng một vấn đề với vòng bi và ổ lăn đó là các viên bi được đặt trong các vòng lại sinh ra các ma sát phụ đã được Galieo đề cập trong thế kỉ 17.
Ổ lăn thực tế đầu tiên được phát minh vào giữa những năm 1740 bởi nhà chiêm tinh học John Harrison cho đồng hồ bấm giờ trên biển H3. Tuy nhiên bằng sáng chế hiện tại đầu tiên được trao cho Philip Vaughan, một nhà phát minh và thợ sắt người Anh vào năm 1794 tại Carmarthen. Đây là thiết kế vòng bi hiện đại đầu tiên với các viên bi chạy dọc theo theo rảnh trong cụm trục.
Vòng bi đóng vai trò quan trọng trong cuộc cách mạng công nghiệp non trẻ, cho phép máy móc hoạt động một cách hiệu quả và ít phải bảo dưỡng. Sự phát triển tiếp theo đó là vòng bi xuyên tâm do Jules Suiray, một thợ sửa xe đạp ở Paris sáng chế và cấp bằng vào ngày 3 tháng 8 năm 1869. Và chính vòng bị này đã được ứng dụng vào chiếc xe đạp chiến thắng của James Moore tại Paris-Rouen vào tháng 11 cùng năm. Từ đây sự phát triển mạnh mẽ của các phát minh bắt đầu, chúng ta có thể kể đến các ví dụ điển hình sau.
Trong thế kỷ 19 Friedrich Fischer người sáng lập FAG đã phát triển máy nghiền bi từ đó tạo ra được các viên bi có kích thước bằng nhau và độ tròn chính xác, Henry Timken đã sáng chế và được cấp bằng cho ổ trục côn năm 1898, tiếp đến thế kỷ 20 có thể kể đến Sven Wingquist là một trong những nhà sáng lập công ty SKF, ông cũng là người phát minh ra vòng bi tự sắp xếp nhiều hàng vào năm 1907
Năm 1934, Erich Franke đã phát minh và cấp bằng sáng chế cho vòng bi dây, cho đến nay các ổ lăn được phát triển liên tục để phù hợp với nhu cầu và điều kiện sử dụng. Vì vậy có nhiều loại vòng ổ lăn với hình dạng, vật liệu, nguyên lý khác nhau, v.v…
2. Các loại ổ lăn
Về phân chia sẽ có ít nhất 4 loại phổ biến trong ngành cơ khí, mỗi loại hoạt động theo nguyên tắc khác nhau:
- Ổ lăn trơn: bao gồm một trục quay trong một lỗ có thể sử dụng thêm ống lót, như hình bên dưới ổ lăn trơn được sử dụng trên đầu máy S-Motor 1906
- Ổ lăn chất lỏng: ổ lăn này có thiết kế tương tự như ổ lăn trơn tuy nhiên trên bề mặt trụ sẽ có các lỗ để chất lỏng thoát ra (chất lỏng ở đây có thể là dầu hoặc không khí) lớp đệm chất lỏng giúp giảm sự ma sát giữa lỗ và trục
- Ổ lăn có sử dụng bi (vòng bi): loại ổ lăn này sử dụng được sử dụng phổ biến và được nhiều người biết đến, cấu tạo gồm các phần tử lăn được đặt giữa các 2 vòng cố định nhằm giảm ma sát trượt, phần tử lăn ở đây có thể là bi hình cầu hoặc các con lăn hình trụ, côn trụ, hình kim hoặc hình tang trống (đối xứng hoặc không đối xứng). Từ đây sẽ có 2 loại chính:
✔️ Vòng bi có sử dụng bi hình cầu (Ball Bearing): đây là loại được sử dụng phổ biến nhất vì có thể chịu được cả lực hướng kính và lực dọc trục, tuy nhiên nhược điểm của loại vòng bi này là chịu được tải không cao do dễ bị biến dạng khi quá tải vì thế thường không được sử dụng trong các máy móc công nghiệp nặng hoặc các công việc đòi hỏi tải trọng cao. Vòng bi hình cầu cũng có nhiều loại ví dụ như vòng bi có phớt hoặc không phớt, vòng bi có nhiều dãy, vòng bi chặn, v.v…
✔️ Vòng bi sử dụng bi hình trụ (Roller Bearing): vòng bi dưới dạng sử dụng bi hình trụ đáp ứng được tải trọng hướng kính lớn và tốc độ cao. Tuy nhiên thiết kế của loại ở lăn này không thích hợp đối với các công việc đòi hỏi tải dọc trục, chính vì lý do này ổ lăn côn sử dụng bị hình trụ ra đời để chịu tải trọng hỗn hợp, hoặc ổ lăn chặn sử dụng bi hình trụ được thiết kế chịu được tải trọng dọc trục cao hơn ổ lăn sử dụng bi cầu.
Qua viết này đã giúp các bạn hiểu thêm về các loại ổ lăn, chúc các bạn thành công trong công việc!!!
Xem thêm: Các khóa học CAD/CAM/CNC tại TechK
✨ Khóa học SolidWorks
✨ Khóa học MasterCAM
✨ Khóa học Creo Parametric
✨ Khóa học ArtCAM
✨ Khóa học NX Unigraphic
✨ Khóa học Inventor
✨ Khóa học Catia
✨ Khóa học AutoCAD
✨ Khóa học lập trình và vận hành máy CNC
