Vòng Bi Đũa Chặn Trục (Cylindrical Roller Thrust Bearing): Chịu Tải Dọc Trục Cao, Cứng Vững Vượt Trội

Giới thiệu vòng bi đũa chặn trục

Khi các ứng dụng đòi hỏi khả năng chịu tải trọng dọc trục (Axial/Thrust Load) cao kết hợp với độ cứng vững (rigidity) tối đa theo phương dọc trục, vòng bi đũa chặn trục (Cylindrical Roller Thrust Bearing) là một lựa chọn kỹ thuật không thể bỏ qua. Thường được gọi là bạc đạn đũa chặn hay ổ lăn đũa chặn trục, loại vòng bi này được thiết kế chuyên biệt để xử lý các lực đẩy lớn mà vòng bi cầu chặn trục thông thường khó đáp ứng được.

Điểm đặc trưng cốt lõi của chúng là sử dụng các con lăn hình trụ (cylindrical rollers) làm phần tử lăn, được bố trí nằm ngang (song song với mặt phẳng ổ lăn) và dẫn hướng bởi một vòng cách chắc chắn. Các con lăn này lăn giữa hai vòng đệm phẳng (washers) đóng vai trò là rãnh lăn. Thiết kế này tạo ra diện tích tiếp xúc đường lớn, mang lại khả năng chịu tải dọc trục vượt trội và độ cứng vững hệ thống cao theo phương dọc trục.

Tuy nhiên, cần phân biệt rõ loại vòng bi này với các loại vòng bi chặn khác (như bi cầu chặn, kim chặn, tang trống chặn) và vòng bi đũa trụ hướng tâm. Vòng bi đũa chặn trục không được thiết kế để chịu tải hướng tâm và rất nhạy cảm với độ lệch tâm.

Ưu điểm chính vòng bi đũa chặn trục

Bạc đạn đũa mang lại những lợi ích kỹ thuật đáng kể trong các ứng dụng phù hợp:

• Khả năng chịu tải dọc trục rất cao: Nhờ tiếp xúc đường giữa nhiều con lăn trụ và rãnh lăn phẳng, chúng có thể chịu được lực đẩy dọc trục lớn hơn đáng kể so với vòng bi cầu chặn trục cùng kích thước.
• Độ cứng vững dọc trục tuyệt vời: Số lượng lớn con lăn và diện tích tiếp xúc lớn tạo ra một hệ thống ổ đỡ cực kỳ cứng vững theo phương dọc trục, hạn chế tối đa biến dạng dưới tác dụng của lực đẩy. Điều này rất quan trọng trong các ứng dụng đòi hỏi độ chính xác vị trí cao theo chiều trục.
• Khả năng chịu tải va đập tốt: Cấu trúc con lăn trụ đặc và các vòng đệm dày dặn giúp vòng bi chịu được tải trọng va đập tốt hơn so với vòng bi cầu chặn.
• Thiết kế đơn giản và chắc chắn: Cấu tạo tương đối đơn giản nhưng rất mạnh mẽ và bền bỉ.
• Có thể tháo rời (separable): Các thành phần (vòng đệm trục, vòng đệm ổ đỡ, cụm con lăn và vòng cách) có thể tách rời hoàn toàn, giúp việc lắp đặt và tháo dỡ trở nên dễ dàng.

Tuy nhiên, cần lưu ý các hạn chế quan trọng:

• Hoàn toàn không chịu được tải hướng tâm.
• Rất nhạy cảm với độ lệch tâm (misalignment): Yêu cầu độ song song và đồng phẳng tuyệt đối giữa các bề mặt lắp đặt.
• Tốc độ giới hạn thường thấp hơn so với vòng bi cầu chặn hoặc vòng bi hướng tâm.

Tìm hiểu cấu tạo vòng bi đũa chặn trục

Cấu trúc của ổ lăn đũa chặn trục tương đối đơn giản nhưng đòi hỏi độ chính xác cao:

Vòng đệm trục - vòng trong (shaft washer)

• Cấu tạo: Là một vòng thép phẳng, dày, được tôi cứng và mài nhẵn bóng bề mặt làm việc (bề mặt tiếp xúc với con lăn). Lỗ bên trong (d) được gia công chính xác để lắp chặt lên trục quay. Một số thiết kế có thể có vai nhỏ để định vị tốt hơn.
• Chức năng: Cung cấp một bề mặt rãnh lăn phẳng, cứng vững cho các con lăn trụ phía trục.

Vòng đệm gối đỡ - vòng ngoài (housing washer)

• Cấu tạo: Tương tự vòng đệm trục, là một vòng thép phẳng, dày, được tôi cứng và mài nhẵn bóng bề mặt làm việc. Đường kính ngoài (D) được gia công chính xác để lắp lỏng vào lỗ trên thân máy hoặc gối đỡ.
• Chức năng: Cung cấp bề mặt rãnh lăn phẳng, cứng vững còn lại cho các con lăn trụ phía gối đỡ. Việc lắp lỏng giúp vòng bi tự định tâm nhẹ và tránh bị cưỡng bức.

Con lăn trụ (cylindrical roller)

• Con lăn trụ: Là các phần tử lăn hình trụ tròn, làm từ thép chịu lực cao cấp. Chiều dài (L) thường tương đương hoặc lớn hơn đường kính (D) một chút. Chúng được bố trí nằm ngang, song song với nhau.

Vòng cách (cage assembly)

• Vòng cách: Bộ phận quan trọng giữ các con lăn trụ ở khoảng cách đều nhau, dẫn hướng chúng lăn trên các vòng đệm và ngăn chúng tiếp xúc trực tiếp. Do chịu lực lớn, vòng cách thường được làm rất chắc chắn bằng đồng thau gia công (m) hoặc thép gia công (f), đặc biệt ở các kích thước lớn. Thép dập (j) có thể dùng cho loại nhỏ hơn.
• Ký hiệu cụm: Thường bắt đầu bằng K811xx, K812xx (theo ISO) hoặc 811xx, 812xx (theo một số hệ thống).

Vật liệu chế tạo và đặc tính

Để đảm bảo khả năng chịu tải và độ bền, vật liệu chế tạo được lựa chọn cẩn thận:

• Vòng đệm trục, vòng đệm ổ đỡ, con lăn trụ: sử dụng thép chịu lực crom hàm lượng carbon cao (100Cr6 / SUJ2), được tôi và xử lý nhiệt để đạt độ cứng bề mặt rất cao (HRC 58-64), độ bền mỏi và chống mài mòn tuyệt vời dưới áp suất tiếp xúc lớn.
• Vòng cách:
  • Đồng thau gia công (m): rất phổ biến do độ bền cao, khả năng chịu nhiệt và chống mài mòn tốt, phù hợp cho tải nặng và rung động.
  • Thép gia công (f): bền chắc, lựa chọn tốt khác.
  • Thép dập (j): dùng cho các kích thước nhỏ hơn, chi phí thấp hơn.

Phân loại vòng bi đũa chặn trục

Loại vòng bi này chủ yếu được phân loại dựa trên:

1. Theo số dãy con lăn và khả năng chịu tải

a. Một dãy, một chiều (Single Row, Single Direction)

• Mô tả:
  • Đây là loại vòng bi đũa chặn trục phổ biến nhất, bao gồm một dãy con lăn và vòng cách (cage), được kẹp giữa một vòng đệm trục (shaft washer) và một vòng đệm ổ đỡ (housing washer).
  • Chỉ chịu được tải trọng dọc trục theo một hướng, không chịu tải radial.
  • Thiết kế đơn giản, gọn nhẹ, phù hợp cho các ứng dụng cần tiết kiệm không gian dọc trục.
• Đặc điểm kỹ thuật chung:
  • Kích thước: Thay đổi tùy theo thiết kế, thường có chiều cao nhỏ để tối ưu hóa không gian.
  • Tải trọng: Chịu được tải trọng dọc trục vừa phải, thấp hơn so với các loại hai dãy.
  • Tốc độ: Có thể hoạt động ở tốc độ quay tương đối cao so với các loại hai dãy.
  • Vật liệu: Thường sử dụng thép vòng bi chất lượng cao, lồng (cage) làm từ kim loại gia công hoặc vật liệu tổng hợp (tùy nhà sản xuất).
  • Lớp dung sai: Thông thường là lớp dung sai bình thường (Normal), nhưng có thể tùy chỉnh theo yêu cầu.
• Ứng dụng:
  • Dùng trong các ngành công nghiệp như sản xuất thép, giấy, máy nén, hoặc các thiết bị truyền động cần chịu tải dọc trục một chiều với tải trọng không quá lớn.
  • Phù hợp cho các hệ thống yêu cầu tốc độ quay cao và không gian hạn chế.
• Ký hiệu seri: Thường thuộc dòng 811xx hoặc 812xx (ví Ascending là ký hiệu tiêu chuẩn trong ngành công nghiệp vòng bi.

b. Hai dãy, một chiều (Double Row, Single Direction)

• Mô tả:
  • Loại này có hai dãy con lăn và vòng cách, được sắp xếp trên cùng một mặt phẳng (liền kề nhau), kẹp giữa một vòng đệm trục và một vòng đệm ổ đỡ.
  • Tương tự loại một dãy, chỉ chịu tải trọng dọc trục theo một hướng, nhưng có khả năng chịu tải lớn hơn đáng kể nhờ hai dãy con lăn.
  • Vẫn giữ được thiết kế tách rời, phù hợp cho các ứng dụng công nghiệp nặng.
• Đặc điểm kỹ thuật chung:
  • Kích thước: Lớn hơn loại một dãy về đường kính ngoài và chiều cao để chứa hai dãy con lăn.
  • Tải trọng: Chịu được tải trọng dọc trục cao hơn nhiều so với loại một dãy, phù hợp cho tải trọng nặng.
  • Tốc độ: Tốc độ quay thấp hơn loại một dãy do trọng lượng và tải trọng lớn hơn.
  • Vật liệu: Thép vòng bi chất lượng cao, lồng thường là kim loại gia công để đảm bảo độ bền.
  • Lớp dung sai: Thường là lớp dung sai bình thường, nhưng có thể tùy chỉnh.
• Ứng dụng:
  • Dùng trong các máy móc công nghiệp nặng như máy ép, máy cán thép, máy đùn, hoặc các hệ thống truyền động lớn, nơi cần chịu tải trọng dọc trục rất lớn theo một hướng.
  • Thích hợp cho các ứng dụng yêu cầu độ cứng cao và khả năng chịu tải vượt trội.
• Ký hiệu seri: Thường thuộc dòng 893xx hoặc 894xx.

c. Hai dãy, hai chiều (Double Row, Double Direction)

• Mô tả:
  • Loại này có hai dãy con lăn và vòng cách, được đặt trên hai mặt phẳng riêng biệt, song song với nhau.
  • Cấu trúc bao gồm một vòng đệm trục (shaft washer) có đường kính trong nhỏ hơn, hai vòng đệm ổ đỡ (housing washers) có đường kính ngoài lớn hơn, và hai cụm con lăn và vòng cách.
  • Chịu được tải trọng dọc trục theo cả hai hướng, đồng thời có khả năng định vị trục theo cả hai chiều, nhưng không chịu tải radial.
• Đặc điểm kỹ thuật chung:
  • Kích thước: Yêu cầu không gian dọc trục lớn hơn do có hai dãy con lăn riêng biệt.
  • Tải trọng: Chịu được tải trọng dọc trục từ cả hai hướng, phù hợp cho tải trọng đối xứng hoặc thay đổi.
  • Tốc độ: Thường có tốc độ quay thấp hơn do thiết kế phức tạp và trọng lượng lớn.
  • Vật liệu: Thép vòng bi, lồng có thể là kim loại gia công hoặc vật liệu khác tùy theo nhà sản xuất.
  • Lớp dung sai: Thường là lớp dung sai bình thường, tùy chỉnh theo ứng dụng.
• Ứng dụng:
  • Dùng trong các ứng dụng như cần trục, máy khoan, máy nghiền, hoặc các hệ thống truyền động có tải trọng dọc trục thay đổi hướng.
  • Phù hợp cho các hệ thống cần định vị trục chính xác theo cả hai hướng.
• Ký hiệu seri: Thường thuộc dòng K 81100, K 81200, GS 81100, GS 81200, WS 81100, WS 81200.

So sánh tổng quan

Theo seri kích thước (dimension series)

• Seri 811xx: Có tiết diện (chiều cao T) nhỏ nhất, khả năng chịu tải thấp nhất.
• Seri 812xx: Tiết diện lớn hơn 811xx, khả năng chịu tải cao hơn.
• (Các seri khác như 893xx, 894xx cho loại hai hướng).

Theo vật liệu vòng cách

Như đã đề cập: đồng thau (m), thép (j, f).

Cách đọc hiểu mã hiệu vòng bi đũa chặn trục

Cấu trúc chung

Thường là: [Seri] + [Mã đường kính lỗ] + [Hậu tố]

Seri (811, 812, 893, 894,…)

Chỉ loại vòng bi (một hướng/hai hướng) và seri kích thước (tiết diện).

Mã đường kính lỗ (Bore Code)

Hai hoặc ba chữ số cuối cùng của phần số chính:

• Nhân mã số với 5 = d (mm) (áp dụng cho d ≥ 20 mm, tức mã lỗ từ 04 trở lên).
• Với kích thước lớn, mã lỗ có thể thể hiện trực tiếp đường kính d.

Ví dụ:

• 81108 → mã lỗ 08 → d = 08 × 5 = 40 mm
• 81220 → mã lỗ 20 → d = 20 × 5 = 100 mm
• 89330 → mã lỗ 30 → d = 30 × 5 = 150 mm

Hậu tố phổ biến (Suffix)

• M: Vòng cách đồng thau gia công
• F: Vòng cách thép gia công
• (Không hậu tố vòng cách): Thường là vòng cách thép dập (J) cho kích thước nhỏ
• TN: Vòng cách nhựa polyamide (ít phổ biến đối với loại vòng bi này)
• P5, P6: Cấp chính xác cao hơn bình thường (Normal)

Ví dụ đọc mã hiệu đầy đủ:

• 81112: Vòng bi đũa chặn trục một hướng, seri 811, lỗ d = 60 mm (12 × 5), vòng cách thép dập (mặc định)
• 81230 M: Vòng bi đũa chặn trục một hướng, seri 812, lỗ d = 150 mm (30 × 5), vòng cách đồng thau gia công (M)
• K 81108 TN: Cụm lồng giữ và con lăn trụ chặn (chỉ phần giữa), seri 811, cho trục d = 40 mm (08 × 5), vòng cách nhựa (TN)
  (Lưu ý: mã này chỉ là cụm con lăn – cần mua thêm vòng đệm WS/GS 81108 để hoàn chỉnh một vòng bi)

Thông số kỹ thuật quan trọng cần nắm

Kích thước chính: d (lỗ vòng đệm trục), D (đường kính ngoài vòng đệm ổ đỡ), T (chiều cao tổng).

Khả năng chịu tải DỌC TRỤC: Động (Ca) và Tĩnh (C₀a).

Giới hạn tốc độ (Speed Rating): Thường thấp hơn nhiều so với vòng bi hướng tâm.

Tải trọng dọc trục tối thiểu yêu cầu (Minimum Axial Load): Rất quan trọng để đảm bảo con lăn lăn đúng cách.

Yêu cầu về độ phẳng và độ vuông góc của bề mặt lắp.

Bảng tra cứu kích thước thông dụng tại Mecsu

So sánh với các loại vòng bi chặn khác

• Vòng bi cầu chặn: Chịu tải thấp hơn, tốc độ có thể cao hơn một chút, rẻ hơn.
• Vòng bi kim chặn trục: Mỏng hơn nhiều, chịu tải thấp hơn đáng kể, tốc độ rất thấp.
• Vòng bi tang trống chặn trục: Chịu được lệch tâm (đây là điểm khác biệt lớn), khả năng chịu tải dọc trục tương đương hoặc cao hơn, thường đắt hơn.

Ứng dụng thực tế của vòng bi đũa chặn trục

Với khả năng chịu tải dọc trục cao và độ cứng vững tuyệt vời, chúng được dùng trong các ứng dụng nặng, yêu cầu định vị trục chính xác theo chiều dọc và không có hoặc có rất ít lệch tâm:

• Máy ép phun nhựa (Injection Molding Machines): Cơ cấu trục vít ép nhựa chịu lực đẩy rất lớn.
• Máy đùn (Extruders): Tương tự máy ép phun.
• Hộp số công nghiệp hạng nặng: Các trục chịu lực đẩy dọc trục lớn từ bánh răng nghiêng hoặc trục vít.
• Trục chính máy tiện đứng (Vertical Lathe Spindles).
• Bàn xoay hạng nặng yêu cầu độ cứng vững cao.
• Thiết bị nâng hạ công nghiệp: Cơ cấu trục vít me, tời kéo.
• Móc cẩu (Crane Hooks - một số thiết kế).

Hướng dẫn lắp đặt và bôi trơn vòng bi đũa chặn trục

Lắp đặt - Yêu cầu độ chính xác và song song tuyệt đối

Vệ sinh: Cực kỳ quan trọng.
Kiểm tra bề mặt tựa: Bề mặt vai trục và mặt tựa trong gối đỡ phải phẳng và vuông góc tuyệt đối với tâm trục. Đây là yêu cầu tối quan trọng. Loại vòng bi này không chịu được lệch tâm, dù là nhỏ. Sai lệch sẽ gây hỏng vòng bi cực nhanh.
Dụng cụ: Máy ép, máy gia nhiệt (cho vòng đệm trục). Không dùng búa.
Lắp đúng vòng đệm: Vòng đệm trục (lỗ nhỏ) lắp chặt lên trục. Vòng đệm ổ đỡ (lỗ lớn) lắp lỏng vào gối đỡ.
Lắp đúng chiều (Loại 1 hướng): Lực đẩy phải tác động đúng vào vòng đệm chịu lực.
Lực ép: Đều, thẳng trục, chỉ tác động lên vòng đệm cần lắp chặt.
Tải trọng tối thiểu: Đảm bảo hệ thống tạo đủ lực ép dọc trục tối thiểu khi vận hành.

Bôi trơn - Ưu tiên dầu

Dầu bôi trơn: Do áp suất tiếp xúc trên đường lăn rất cao, bôi trơn bằng dầu tuần hoàn được khuyến nghị mạnh mẽ để đảm bảo bôi trơn đầy đủ, làm mát hiệu quả và loại bỏ mạt mài mòn. Cần chọn dầu có độ nhớt ISO VG phù hợp và thường cần phụ gia EP.
Mỡ bôi trơn: Chỉ nên sử dụng cho các ứng dụng có tốc độ quay cực kỳ thấp. Phải dùng mỡ gốc Lithium phức hợp hoặc Polyurea chất lượng rất cao, có phụ gia EP mạnh và độ đặc NLGI phù hợp. Cần đảm bảo mỡ đến được toàn bộ vùng tiếp xúc của con lăn.
Bảo dưỡng bôi trơn: Tuân thủ nghiêm ngặt lịch thay dầu hoặc tái bôi trơn mỡ. Kiểm tra chất lượng chất bôi trơn định kỳ.

Các thương hiệu vòng bi đũa chặn trục nổi bật

Chất lượng là yếu tố hàng đầu cho loại vòng bi chịu tải nặng này. Hãy tin tưởng các thương hiệu lớn:

• SKF (Thụy Điển)
• FAG / INA (Schaeffler - Đức)
• NSK (Nhật Bản)
• NTN (Nhật Bản)
• Koyo (JTEKT - Nhật Bản)
• Timken (Mỹ)

FAQ - Câu hỏi thường gặp về vòng bi đũa chặn trục

1. Hỏi: Vòng bi đũa chặn trục có chịu được tải hướng tâm không?
   Đáp: Không. Chúng được thiết kế chuyên biệt cho tải dọc trục. Mọi tải trọng hướng tâm đáng kể đều có thể gây hư hỏng.
2. Hỏi: Loại này có chịu được lệch tâm không?
   Đáp: Hoàn toàn không. Yêu cầu độ song song và đồng phẳng tuyệt đối giữa các bề mặt lắp đặt. Nếu có lệch tâm, phải dùng vòng bi tang trống chặn trục.
3. Hỏi: Tại sao lại ưu tiên bôi trơn bằng dầu?
   Đáp: Do áp suất tiếp xúc trên đường lăn rất cao, dầu giúp bôi trơn hiệu quả hơn, làm mát tốt hơn và cuốn đi mạt mài mòn, kéo dài tuổi thọ vòng bi trong điều kiện tải nặng.
4. Hỏi: Tải trọng tối thiểu có quan trọng không?
   Đáp: Rất quan trọng. Nếu tải trọng dọc trục quá thấp so với tốc độ quay, con lăn có thể bị trượt thay vì lăn, gây mài mòn nhanh chóng. Cần đảm bảo tải tối thiểu theo khuyến cáo.
5. Hỏi: Có loại vòng bi đũa chặn trục hai hướng không?
   Đáp: Có, các seri như 893xx, 894xx được thiết kế để chịu tải dọc trục hai hướng.
6. Hỏi: Vòng cách đồng (M) có thực sự tốt hơn thép (J/F)?
   Đáp: Vòng cách đồng thường cứng vững hơn, chịu rung động và nhiệt tốt hơn, phù hợp cho ứng dụng khắc nghiệt, nhưng cũng đắt hơn. Vòng cách thép vẫn rất đáng tin cậy cho nhiều ứng dụng.
7. Hỏi: Ký hiệu K811xx khác gì 811xx?
   Đáp: K811xx thường chỉ cụm lồng giữ và con lăn trụ chặn (không bao gồm vòng đệm trục WS và vòng đệm ổ đỡ GS). Mã 811xx thường chỉ bộ vòng bi hoàn chỉnh bao gồm cả 3 thành phần (cần kiểm tra lại catalogue).
8. Hỏi: Mua Vòng bi đũa chặn trục ở đâu?
   Đáp: Nên chọn nhà cung cấp uy tín như Mecsu để đảm bảo mua đúng hàng chính hãng, chất lượng cao và nhận tư vấn kỹ thuật cần thiết.

Kết luận

Vòng bi đũa chặn trục (Cylindrical Roller Thrust Bearing) là lựa chọn lý tưởng cho các ứng dụng chịu tải dọc trục lớn, đòi hỏi độ cứng vững cao và gần như không cho phép lệch tâm. Với thiết kế đơn giản, chắc chắn và khả năng tháo lắp linh hoạt, chúng rất phù hợp trong các máy móc công nghiệp nặng.

Tuy nhiên, để vận hành hiệu quả, cần đảm bảo bề mặt lắp đặt siêu phẳng và vuông góc, đồng thời ưu tiên bôi trơn bằng dầu tuần hoàn để tăng độ bền và hiệu suất.

Mecsu cung cấp các loại vòng bi đũa chặn trục chính hãng từ thương hiệu uy tín, sẵn sàng đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật khắt khe. Liên hệ ngay để được tư vấn giải pháp phù hợp nhất cho ứng dụng của bạn.

✅ Cần Vòng Bi Chịu Lực Đẩy Lớn, Độ Cứng Vững Cao? Chọn Vòng Bi Đũa Chặn Trục Tại Mecsu!

Xem thêm:

• So Sánh Chi Tiết Các Loại Vòng Bi Chặn Trục: Ưu Nhược Điểm và Ứng Dụng
• Yêu Cầu Về Độ Phẳng và Độ Vuông Góc Bề Mặt Khi Lắp Vòng Bi Chặn
• Bôi Trơn Bằng Dầu Cho Vòng Bi Chịu Tải Nặng: Lựa Chọn và Kỹ Thuật
• Tìm Hiểu Về Tải Trọng Tối Thiểu Yêu Cầu Đối Với Vòng Bi Chặn
• Vòng Bi Tang Trống Chặn Trục: Giải Pháp Chịu Tải Dọc Trục và Lệch Tâm