Vòng bi Đũa: Hướng dẫn đầy đủ cho người dùng và thợ cơ khí
Mục lục bài viết
VÒNG BI ĐŨA
Vòng bi đũa là gì?
Vòng bi đũa (cylindrical roller bearings) là loại bạc đạn sử dụng các con lăn hình trụ thay vì bi cầu. Cấu tạo này cho phép tiếp xúc đường thẳng giữa con lăn và đường lăn, giúp phân bố tải trọng trên diện tích lớn hơn, từ đó tăng khả năng chịu tải hướng kính đáng kể.
Trong ngành cơ khí Việt Nam, ổ bi đũa được sử dụng phổ biến trong các thiết bị công nghiệp yêu cầu độ cứng vững cao, khả năng chịu tải lớn, đặc biệt là tải hướng kính. Chúng thường được lắp đặt trong động cơ, hộp số, máy công cụ và nhiều thiết bị công nghiệp khác.
Cấu tạo cơ bản của vòng bi đũa
Một bạc đạn đũa tiêu chuẩn gồm:
- Vòng ngoài – có đường lăn hình trụ
- Vòng trong – có đường lăn hình trụ
- Các con lăn hình trụ – phần tử lăn chịu lực
- Lồng bi (cage) – giữ các con lăn đúng vị trí và khoảng cách
- Gờ dẫn hướng (ribs/flanges) – tùy loại, định vị các con lăn theo hướng dọc trục
Đặc điểm đáng chú ý là các con lăn hình trụ có chiều dài gần bằng đường kính, tạo nên vùng tiếp xúc lớn với đường lăn, cho phép chịu tải kính cao hơn nhiều so với vòng bi cầu cùng kích thước.
Phân loại vòng bi đũa theo cấu trúc
Vòng bi đũa 1 dãy (Single row cylindrical roller bearings)
Là loại phổ biến nhất, gồm nhiều kiểu cấu trúc khác nhau tùy thuộc vào vị trí gờ dẫn hướng:
- Kiểu NU: Vòng trong không có gờ, vòng ngoài có hai gờ
- Kiểu NJ: Vòng trong có một gờ, vòng ngoài có hai gờ
- Kiểu NUP: Vòng trong có một gờ và một vòng hãm, vòng ngoài có hai gờ
- Kiểu N: Vòng trong có hai gờ, vòng ngoài không có gờ
- Kiểu NF: Vòng trong có hai gờ, vòng ngoài có một gờ
Ứng dụng: Động cơ điện, máy bơm, máy công cụ, hộp số công nghiệp.
Vòng bi đũa 2 dãy (Double row cylindrical roller bearings)
Cấu tạo tương tự vòng bi đũa 1 dãy nhưng có hai dãy con lăn đặt song song:
- Kiểu NN: Hai dãy con lăn, thường có gờ ở giữa
- Kiểu NNU: Tương tự NN nhưng cấu tạo và kích thước khác
Ứng dụng: Máy công cụ (trục chính), thiết bị cần độ cứng vững cao, máy cán kim loại.
Vòng bi đũa 4 dãy (Four-row cylindrical roller bearings)
Gồm bốn dãy con lăn bố trí song song, cho khả năng chịu tải cực lớn:
- Kiểu 4R: Bốn dãy con lăn với cấu trúc đặc biệt
Ứng dụng: Máy cán thép, thiết bị cần chịu tải cực lớn, máy ép công nghiệp nặng.
Vòng bi đũa đặc biệt
- Vòng bi đũa không lồng (Full complement): Không có lồng bi, số lượng con lăn nhiều hơn, khả năng chịu tải cao hơn nhưng tốc độ giới hạn thấp hơn.
- Vòng bi đũa tách rời (Separable bearings): Vòng trong hoặc vòng ngoài có thể tháo rời, thuận tiện cho lắp đặt.
Ký hiệu và bảng tra thông số vòng bi đũa
Hệ thống ký hiệu theo tiêu chuẩn ISO
Ví dụ: NU 2220 ECP/C3
- NU: Loại vòng bi (vòng trong không có gờ, vòng ngoài có hai gờ)
- 22: Dòng vòng bi (22 = dòng trung bình)
- 20: Mã kích thước (20 = đường kính trong 100mm = 20 × 5)
- E: Thiết kế cải tiến
- C: Lồng bi bằng thép đột dập
- P: Lồng bi bằng polyamide/nhựa
- C3: Độ hở trong (lớn hơn tiêu chuẩn)
Bảng tra thông số vòng bi đũa phổ biến
( Dùng cho động cơ điện và ứng dụng công nghiệp)
| Mã hiệu | Đk trong (mm) | Đk ngoài (mm) | Chiều rộng (mm) | Chịu tải động (kN) | Chịu tải tĩnh (kN) | Ứng dụng phổ biến |
|---|---|---|---|---|---|---|
| NU 202 | 15 | 35 | 11 | 12.7 | 8.3 | Động cơ điện nhỏ, bơm mini |
| NU 203 | 17 | 40 | 12 | 14.0 | 10.0 | Động cơ điện 0.75-1kW |
| NU 204 | 20 | 47 | 14 | 22.4 | 17.0 | Động cơ điện 1-2kW |
| NU 205 | 25 | 52 | 15 | 29.6 | 31.5 | Động cơ điện 2-3kW |
| NU 206 | 30 | 62 | 16 | 40.2 | 44.0 | Động cơ điện 3-5kW |
| NU 207 | 35 | 72 | 17 | 52.7 | 56.0 | Động cơ điện 5-7.5kW |
| NU 208 | 40 | 80 | 18 | 58.5 | 63.7 | Động cơ điện 7.5-11kW |
| NU 209 | 45 | 85 | 19 | 65.1 | 71.5 | Động cơ điện 11-15kW |
| NU 210 | 50 | 90 | 20 | 78.7 | 86.5 | Động cơ điện 15-18.5kW |
| NU 212 | 60 | 110 | 22 | 111 | 129 | Động cơ điện 22-30kW |
| NU 213 | 65 | 120 | 23 | 125 | 146 | Động cơ điện 30-37kW |
| NU 215 | 75 | 130 | 25 | 140 | 166 | Động cơ điện 37-45kW |
| NU 216 | 80 | 140 | 26 | 156 | 186 | Động cơ điện 45-55kW |
| NU 217 | 85 | 150 | 28 | 176 | 216 | Động cơ điện 55-75kW |
| NU 218 | 90 | 160 | 30 | 196 | 245 | Động cơ điện 75-90kW |
| NU 220 | 100 | 180 | 34 | 225 | 285 | Động cơ điện 90-110kW |
| NU 222 | 110 | 200 | 38 | 285 | 370 | Động cơ điện 110-132kW |
| NU 224 | 120 | 215 | 40 | 310 | 415 | Động cơ điện 132-160kW |
| NU 226 | 130 | 230 | 40 | 365 | 490 | Động cơ điện 160-200kW |
| NU 228 | 140 | 250 | 42 | 395 | 540 | Động cơ điện 200-250kW |
| NU 230 | 150 | 270 | 45 | 465 | 640 | Động cơ điện 250-315kW |
Vòng bi đũa NJ (định vị một chiều) phổ biến
| Mã hiệu | Đk trong (mm) | Đk ngoài (mm) | Chiều rộng (mm) | Chịu tải động (kN) | Chịu tải tĩnh (kN) | Ứng dụng phổ biến |
|---|---|---|---|---|---|---|
| NJ 204 | 20 | 47 | 14 | 22.4 | 17.0 | Động cơ điện, máy bơm |
| NJ 205 | 25 | 52 | 15 | 29.6 | 31.5 | Động cơ điện lồng sóc |
| NJ 206 | 30 | 62 | 16 | 40.2 | 44.0 | Động cơ điện, máy nén |
| NJ 207 | 35 | 72 | 17 | 52.7 | 56.0 | Động cơ chịu tải dọc trục |
| NJ 208 | 40 | 80 | 18 | 58.5 | 63.7 | Hộp số, động cơ điện |
| NJ 209 | 45 | 85 | 19 | 65.1 | 71.5 | Bơm ly tâm, động cơ |
| NJ 210 | 50 | 90 | 20 | 78.7 | 86.5 | Động cơ bánh đà |
| NJ 212 | 60 | 110 | 22 | 111 | 129 | Trục đầu vào hộp số |
| NJ 215 | 75 | 130 | 25 | 140 | 166 | Động cơ công suất lớn |
| NJ 217 | 85 | 150 | 28 | 176 | 216 | Máy nén khí |
| NJ 220 | 100 | 180 | 34 | 225 | 285 | Động cơ tốc độ thấp |
| NJ 224 | 120 | 215 | 40 | 310 | 415 | Thiết bị công nghiệp nặng |
| NJ 230 | 150 | 270 | 45 | 465 | 640 | Máy nghiền, động cơ lớn |
Vòng bi đũa NUP (định vị hai chiều) dùng cho động cơ điện
| Mã hiệu | Đk trong (mm) | Đk ngoài (mm) | Chiều rộng (mm) | Chịu tải động (kN) | Chịu tải tĩnh (kN) | Ứng dụng phổ biến |
|---|---|---|---|---|---|---|
| NUP 204 | 20 | 47 | 14 | 22.4 | 17.0 | Đầu ra động cơ điện |
| NUP 205 | 25 | 52 | 15 | 29.6 | 31.5 | Động cơ lắp đứng |
| NUP 206 | 30 | 62 | 16 | 40.2 | 44.0 | Động cơ chịu đẩy |
| NUP 207 | 35 | 72 | 17 | 52.7 | 56.0 | Máy bơm ly tâm |
| NUP 208 | 40 | 80 | 18 | 58.5 | 63.7 | Động cơ 2 chiều |
| NUP 209 | 45 | 85 | 19 | 65.1 | 71.5 | Động cơ thang máy |
| NUP 210 | 50 | 90 | 20 | 78.7 | 86.5 | Trục định vị |
| NUP 212 | 60 | 110 | 22 | 111 | 129 | Bơm trục đứng |
| NUP 215 | 75 | 130 | 25 | 140 | 166 | Động cơ công suất lớn |
| NUP 217 | 85 | 150 | 28 | 176 | 216 | Máy nén khí trục vít |
| NUP 220 | 100 | 180 | 34 | 225 | 285 | Động cơ kéo, tời |
| NUP 226 | 130 | 230 | 40 | 365 | 490 | Thiết bị nâng hạ |
| NUP 230 | 150 | 270 | 45 | 465 | 640 | Động cơ công nghiệp lớn |
Vòng bi đũa cho các loại động cơ điện theo công suất
| Công suất động cơ | Vòng bi đầu trục (phía khớp nối) | Vòng bi đối diện | Độ hở khuyến nghị |
|---|---|---|---|
| 0.75-1 kW | NU 204 / NJ 204 | 6204 | CN / C3 |
| 1-2 kW | NU 205 / NJ 205 | 6205 | CN / C3 |
| 3-5 kW | NU 206 / NJ 206 | 6206 | C3 |
| 5-7.5 kW | NU 207 / NJ 207 | 6207 | C3 |
| 7.5-11 kW | NU 208 / NJ 208 | 6208 | C3 |
| 11-15 kW | NU 209 / NJ 209 | 6209 | C3 |
| 15-18.5 kW | NU 210 / NJ 210 | 6210 | C3 |
| 18.5-22 kW | NU 211 / NJ 211 | 6211 | C3 |
| 22-30 kW | NU 212 / NJ 212 | 6212 | C3 |
| 30-37 kW | NU 213 / NJ 213 | 6213 | C3 |
| 37-45 kW | NU 215 / NJ 215 | 6215 | C3 |
| 45-55 kW | NU 216 / NJ 216 | 6216 | C3 |
| 55-75 kW | NU 217 / NJ 217 | 6217 | C3 |
| 75-90 kW | NU 218 / NJ 218 | 6218 | C3 |
| 90-110 kW | NU 220 / NJ 220 | 6220 | C3 |
| 110-132 kW | NU 222 / NJ 222 | 6222 | C3 |
| 132-160 kW | NU 224 / NJ 224 | 6224 | C3 |
| 160-200 kW | NU 226 / NJ 226 | 6226 | C3 |
| 200-250 kW | NU 228 / NJ 228 | 6228 | C3 |
| 250-315 kW | NU 230 / NJ 230 | 6230 | C3 |
Lưu ý: Bảng trên chỉ mang tính tham khảo. Việc lựa chọn loại vòng bi cụ thể còn phụ thuộc vào tốc độ, điều kiện làm việc và yêu cầu đặc biệt của từng ứng dụng. Vòng bi AGA cung cấp đầy đủ các dòng vòng bi đũa chuyên dụng cho động cơ điện với cấp chính xác P6 và tuổi thọ cao hơn 25% so với sản phẩm cùng phân khúc.
Lưu ý: Thông số trong bảng trên chỉ mang tính tham khảo, dựa trên tiêu chuẩn ISO. Giá trị chính xác cần kiểm tra từ catalogue của nhà sản xuất cụ thể.
Các tiêu chuẩn kích thước
Vòng bi đũa được sản xuất theo các tiêu chuẩn kích thước:
- ISO 15:2017 – Tiêu chuẩn quốc tế
- DIN 5412 – Tiêu chuẩn Đức
- GOST 8338 – Tiêu chuẩn Nga
Thông số kỹ thuật quan trọng của vòng bi đũa
Độ hở trong (Internal clearance)
Độ hở trong là khoảng hở giữa con lăn và đường lăn, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất và tuổi thọ vòng bi:
- C2: Nhỏ hơn tiêu chuẩn – cho tải nhẹ, yêu cầu độ chính xác cao
- CN: Tiêu chuẩn – cho điều kiện làm việc thông thường
- C3: Lớn hơn tiêu chuẩn – cho nhiệt độ cao, tải nặng (phổ biến trong công nghiệp)
- C4: Lớn hơn C3 – cho nhiệt độ rất cao, tải rất nặng
- C5: Lớn hơn C4 – cho điều kiện đặc biệt khắc nghiệt
Vật liệu chế tạo
- Thép thông thường: Thép qua tôi (52100, GCr15) – cho ứng dụng tiêu chuẩn
- Thép không gỉ: 440C, SUS440C – cho môi trường ăn mòn
- Thép đặc biệt: Vacuum degassed steel, bainitic steel – cho ứng dụng đặc biệt
Lồng bi (Cage)
- Thép đột dập (J): Giá thành thấp, chịu nhiệt tốt
- Đồng thau (M): Chịu tải sốc tốt, bền hơn thép đột dập
- Polyamide/Nhựa (P, PA66): Nhẹ, êm, phù hợp tốc độ cao
- Phenolic (PF): Chịu nhiệt tốt, phù hợp môi trường khắc nghiệt
Ứng dụng của vòng bi đũa trong công nghiệp
Động cơ điện và máy phát
Vòng bi đũa được dùng phổ biến trong động cơ điện vì:
- Khả năng chịu tải kính lớn
- Độ chính xác cao
- Vận hành êm ái ở tốc độ cao
- Thường dùng kiểu NU hoặc N để cho phép giãn nở nhiệt
Hộp số công nghiệp
Ổ bi đũa đóng vai trò quan trọng trong hộp số:
- Đỡ trục bánh răng
- Chịu tải kính lớn từ lực ăn khớp bánh răng
- Duy trì độ cứng vững cao
- Kết hợp với vòng bi côn hoặc chặn để chịu lực dọc trục
Máy công cụ và máy CNC
Đặc điểm ứng dụng trong máy công cụ:
- Yêu cầu độ chính xác rất cao (P4, P5)
- Độ cứng vững lớn
- Thường dùng dòng NN hoặc NNU cho trục chính
- Đòi hỏi độ đồng tâm và độ đảo mặt đầu chính xác
Thiết bị công nghiệp nặng
Trong các thiết bị như máy cán, máy kéo, máy ép:
- Chịu tải trọng cực lớn
- Môi trường làm việc khắc nghiệt
- Thường dùng dòng 4 dãy (4R) hoặc dòng không lồng
- Yêu cầu độ tin cậy cao và bảo trì tối thiểu
Hướng dẫn lựa chọn vòng bi đũa
Các yếu tố cần xem xét
- Loại tải và giá trị tải:
- Tải kính chủ yếu hay kết hợp?
- Tính chất tải: đều, dao động, sốc?
- Giá trị tải lớn nhất và trung bình?
- Độ chính xác yêu cầu:
- P0: Tiêu chuẩn
- P6: Chính xác
- P5: Chính xác cao
- P4: Chính xác rất cao
- Yêu cầu về vị trí trục:
- Cần định vị dọc trục hay cho phép dịch chuyển?
- Mức độ giãn nở nhiệt?
- Điều kiện môi trường:
- Nhiệt độ làm việc
- Mức độ ô nhiễm
- Độ ẩm và khả năng ăn mòn
Bảng lựa chọn kiểu vòng bi đũa theo ứng dụng
| Yêu cầu ứng dụng | Kiểu vòng bi đũa khuyến nghị |
|---|---|
| Định vị một chiều | NJ |
| Định vị hai chiều | NUP |
| Cho phép dịch chuyển dọc trục | NU |
| Nhiệt độ cao, giãn nở nhiệt lớn | NU, N |
| Tải rất lớn, tốc độ vừa phải | Loại không lồng |
| Tốc độ cao, tải vừa | NU, N với lồng nhựa (P) |
| Độ cứng vững rất cao | NN, NNU (hai dãy) |
Tính toán tuổi thọ
Tuổi thọ của vòng bi đũa được tính theo công thức ISO 281:
L₁₀ = (C/P)^(10/3)
Trong đó:
- L₁₀: Tuổi thọ cơ bản (triệu vòng quay)
- C: Khả năng chịu tải động (kN)
- P: Tải tương đương (kN)
- 10/3: Hệ số mũ cho vòng bi đũa (con lăn)
Lắp đặt và bảo dưỡng vòng bi đũa
Quy trình lắp đặt chuẩn
- Chuẩn bị:
- Vệ sinh kỹ trục và vỏ
- Kiểm tra dung sai kích thước
- Kiểm tra độ nhám bề mặt
- Lắp vòng bi:
- Lắp nguội: Dùng cho vòng bi nhỏ (<40mm)
- Lắp nóng: Gia nhiệt vòng bi đến 80-100°C
- Lắp thủy lực: Cho vòng bi cỡ lớn
- Kiểm tra sau lắp:
- Vòng bi quay tự do
- Không có tiếng ồn bất thường
- Kiểm tra độ rơ hoặc độ siết chặt
Bôi trơn đúng cách
- Loại dầu mỡ phù hợp:
- Mỡ lithium: Cho tải trung bình, nhiệt độ thông thường
- Mỡ polyurea: Cho tốc độ cao, tuổi thọ dài
- Mỡ calcium sulphonate: Cho tải nặng, môi trường ẩm
- Dầu bôi trơn: Cho tốc độ rất cao, bôi trơn tuần hoàn
- Lượng mỡ và tần suất bôi trơn:
- Lượng mỡ: 25-35% không gian trống
- Tần suất: Phụ thuộc vào tốc độ, nhiệt độ và môi trường
Chẩn đoán và xử lý sự cố
| Hiện tượng | Nguyên nhân có thể | Biện pháp khắc phục |
|---|---|---|
| Tiếng ồn lớn | Thiếu dầu mỡ, tạp chất, hỏng con lăn | Thay mỡ, vệ sinh hoặc thay vòng bi |
| Quá nhiệt | Quá tải, thiếu/thừa mỡ, độ hở không đủ | Kiểm tra tải, điều chỉnh bôi trơn |
| Rung động | Hỏng đường lăn, mất cân bằng | Thay vòng bi, kiểm tra cân bằng |
| Mỡ đen/xám | Mài mòn, tạp chất | Thay mỡ, kiểm tra phớt chắn |
Một số câu hỏi thường gặp về vòng bi đũa
Khi nào nên dùng vòng bi đũa thay vì các loại khác?
Nên dùng vòng bi đũa khi:
- Tải kính lớn là chính
- Cần độ cứng vững cao
- Yêu cầu vận hành ở tốc độ cao
- Cần bù trừ giãn nở nhiệt trên trục
Làm sao phân biệt các loại NU, NJ, NUP?
- NU: Vòng trong không có gờ, cho phép dịch chuyển dọc trục tự do
- NJ: Vòng trong có một gờ, có thể chịu tải dọc trục một chiều
- NUP: Vòng trong có một gờ và một vòng hãm, chịu tải dọc trục hai chiều
Tại sao vòng bi đũa thường không thay thế được vòng bi cầu?
Vòng bi đũa không có khả năng bù lệch trục, đòi hỏi độ đồng tâm cao giữa trục và vỏ. Ngoài ra, khả năng chịu tải dọc trục của vòng bi đũa thường kém hơn vòng bi cầu (trừ loại NUP).
Vòng bi đũa có thể tự điều chỉnh được không?
Không. Vòng bi đũa không có khả năng tự điều chỉnh góc như vòng bi tang trống. Nếu cần khả năng tự điều chỉnh, nên dùng vòng bi tang trống (spherical roller bearings).
Độ hở C3 có phù hợp cho mọi ứng dụng vòng bi đũa không?
Không phải lúc nào cũng vậy. Độ hở C3 phù hợp cho:
- Nhiệt độ làm việc cao
- Tải nặng
- Lắp ghép chặt
Với ứng dụng chính xác, tốc độ cao và tải nhẹ, có thể dùng độ hở CN hoặc thậm chí C2.
Kết luận
Vòng bi đũa là loại bạc đạn chuyên dụng cho các ứng dụng cần khả năng chịu tải kính lớn, độ cứng vững cao và vận hành ở tốc độ cao. Với cấu tạo các con lăn hình trụ và đường lăn thẳng, ổ bi đũa cung cấp giải pháp hiệu quả cho nhiều thiết bị công nghiệp từ động cơ điện, hộp số đến máy công cụ chính xác.
Việc hiểu đúng và áp dụng đúng thông số kỹ thuật, ký hiệu và cách lựa chọn vòng bi đũa sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất và tuổi thọ của thiết bị, đồng thời tiết kiệm chi phí bảo trì và thay thế.
Bạn đang tìm kiếm vòng bi đũa chất lượng cao cho doanh nghiệp? Công ty TNHH Kỹ thuật và Thương mại Hồng Anh Huy – đại diện chính thức của vòng bi AGA tại Việt Nam cung cấp đầy đủ các loại vòng bi đũa đạt chuẩn P6, tuổi thọ cao hơn 25% so với các sản phẩm cùng phân khúc.
📞 Hotline: 0969947598
📧 Email: honganhhuy.ltd@gmail.com
🌐 Website: vongbihonganhhuy.com
