Vòng bi tang trống ban đầu được sử dụng trong các ứng dụng có tải nặng, tốc độ vừa phải và nguy cơ sai lệch. Ứng dụng của các vòng bi này đã phát triển bao gồm tua-bin gió, động cơ đẩy hàng hải, chế biến đường, sản xuất giấy và bột giấy, xử lý vật liệu, khai thác mỏ và xây dựng. Góp phần vào sự phát triển của vòng bi tang trống là do chúng cho phép quay với ma sát thấp và cho phép lệch góc.
Vòng bi lăn hình cầu được phát minh như thế nào
Kỹ sư SKF Arvid Palmgren được ghi nhận là người đã phát triển ổ lăn tang trống. Ông gia nhập SKF vào năm 1917, đảm nhận một vị trí trong bộ phận tiếp thị của công ty để làm việc về thông tin kỹ thuật. Nhận ra rằng mình còn thiếu nhiều kiến thức cơ bản cần thiết để cung cấp các chi tiết kỹ thuật, anh ấy bắt đầu nghiên cứu về lý thuyết ổ trục và bắt đầu thực hiện các thí nghiệm trong phòng thí nghiệm.
Năm 1918, SKF bắt đầu phát triển một loại ổ trục có thể chịu tải cho việc bố trí ổ trục bộ bánh xe trong các ứng dụng đường sắt, và Palmgren được yêu cầu nghiên cứu sâu về ổ lăn. Người sáng lập SKF, Sven Wingquist, rất muốn tìm ra giải pháp càng nhanh càng tốt và dồn mọi nguồn lực của công ty vào nhiệm vụ này. Wingquist hy vọng rằng công việc sẽ mất vài tuần, nhưng không có lý thuyết nào tồn tại để họ có thể tính toán cơ sở cho sự phát triển ổ trục, vì vậy Palmgren đã tiến hành các thử nghiệm với nhiều sự kết hợp khác nhau của các phần tử ổ trục. Phải mất gần sáu tháng để đạt được một thiết kế vòng bi mới. Trọng tâm công việc của ông là niềm tin rằng SKF nên tạo ra một sản phẩm không chỉ là một giải pháp tốt mà còn mang lại giá trị kinh tế cho khách hàng. Vào tháng 6 năm 1919, Palmgren đã giới thiệu ổ trục lăn tự điều chỉnh hai hàng, cuối cùng đã trở thành một trong những thành công thương mại và kỹ thuật lớn nhất của công ty. Bản thân ông đã trở thành một người quan trọng trong thế giới kỹ thuật, thực hiện nghiên cứu về các đặc tính của ổ trục liên quan đến khả năng chịu tải và tuổi thọ của ổ trục.
Hình ảnh Vòng bi tang trống ứng dụng trong Tuabine gió
Năm 1924, cùng với đồng nghiệp Gustaf Lundberg, ông đã công bố lý thuyết đầu tiên trên thế giới về tuổi thọ của ổ lăn. Điều này đã trở thành tiêu chuẩn cho toàn bộ ngành công nghiệp vòng bi và được sử dụng làm hướng dẫn cho các thiết kế trong tương lai. Năm 1930, Palmgren đã được trao huy chương vàng từ Viện Hàn lâm Khoa học Kỹ thuật Hoàng gia Thụy Điển cho công việc của mình.
Thiết kế cơ bản của vòng bi tang trống
Vòng bi tang trống có hai hàng con lăn đối xứng, một rãnh vòng ngoài hình cầu chung và hai rãnh vòng trong hình cầu nghiêng một góc với trục ổ trục. Tâm của quả cầu trong rãnh vòng ngoài nằm ở trục chịu lực.
Sự phát triển của vòng bi tang trống đã được hỗ trợ bởi sự phát triển và cải tiến sản phẩm khác về chất lượng vật liệu. Chúng bao gồm các loại thép cao hơn và giới thiệu các giải pháp vòng bi kín và bôi trơn tốt hơn. Vòng bi tang trống tiêu chuẩn được sản xuất với nhiều kích cỡ khác nhau, với đường kính lỗ khoan từ 20 mm đến 1.800 mm.
| Các ứng dụng của vòng bi tang trống | |
|---|---|
| Các ứng dụng cho vòng bi tang trống hở (không phớt) | Các ứng dụng vòng bi tang trống có phớt chắn |
| Hộp số | Thang máy |
| Turbine điện gió | Động cơ |
| Bơm | Khai thác mỏ và Xây dựng |
| Quạt và thông gió | Máy xử lý chất lỏng |
| Khai thác mỏ và Xây dựng | Công nghiệp hàng hải |
| Ngành công nghiệp giấy | Ngành thực phẩm |
| Hàng hải và dầu khí | Chế tạo thép |
| Công nghiệp thép | Băng tải |
| Tàu điện | Cầu trục |
Các cột mốc quan trọng
Năm 1951 SKF ra mắt ổ lăn tang trống thiết kế C, kết hợp vòng dẫn hướng nổi và vòng cách thép ép. Thiết kế vòng bi trước đây dành cho kích thước vòng bi nhỏ hơn có vòng trong với mặt bích dẫn hướng trung tâm để dẫn hướng các con lăn. Mặt bích đã được chứng minh là có vấn đề đối với các ứng dụng có tải trọng kết hợp, dẫn đến ma sát cao và độ tin cậy không đủ. Vòng dẫn hướng nổi cho phép các con lăn tự định vị dọc trục mà không gây thêm nội lực và ma sát.
Điều này được tiếp nối vào năm 1979 bởi thiết kế CC, có các con lăn tự dẫn hướng. Lần đầu tiên SKF có thể tối ưu hóa mối quan hệ qua lại giữa các con lăn và mương bằng cách sử dụng phân tích có sự trợ giúp của máy tính. Do đó, các con lăn có nhiều quyền tự do hơn để tìm vị trí cân bằng của riêng mình giữa các mương. Thiết kế mới này cung cấp ma sát ổ trục thấp hơn, đặc biệt khi chịu được tải kết hợp.
Năm 1989, SKF đã đáp ứng nhu cầu của ngành về tăng khả năng chịu tải cho máy móc hiệu suất cao hơn bằng cách giới thiệu thiết kế E. Điều này liên quan đến việc thiết kế lại triệt để thiết kế CC để có các lồng thép ép nhẹ, công nghệ cao và có độ chính xác cao. Những lồng này cung cấp không gian cho nhiều con lăn hơn, lớn hơn đáng kể trong khi vẫn cung cấp tính năng tự điều chỉnh nhằm thúc đẩy ma sát thấp. Sáu năm sau, một loạt các vòng bi lăn hình cầu kín tiêu chuẩn đã được tung ra thị trường.
Con lăn cao cấp Las Vegas. Lắp ráp bố trí ổ trục. Lắp vòng dẫn động để điều chỉnh vòng bi lần cuối.
Vòng bi SKF Explorer thay đổi cuộc chơi
Sự ra mắt của SKF Explorer vào năm 1999 đã tạo ra một loại hiệu suất mới cho các ổ tang trống giúp tăng đáng kể mật độ công suất. Đó là tác động của những vòng bi này mà hiệu suất của chúng không còn có thể dự đoán được bằng các phép tính tuổi thọ tiêu chuẩn của vòng bi. SKF Explorer là kết quả của một số bước phát triển, bao gồm các chương trình tính toán máy tính ngày càng tinh vi để tối ưu hóa mọi bộ phận ổ trục, cải tiến quy trình sản xuất và thép chịu lực cũng như xử lý nhiệt tốt hơn. Khi vận hành, khách hàng có thể hưởng lợi từ khả năng chịu tải cao hơn, tuổi thọ lâu hơn và độ tin cậy tăng lên cũng như khả năng tăng tốc độ trục, giảm mức tiêu thụ điện năng, cải thiện độ chính xác khi vận hành và đạt được mức độ ồn và độ rung thấp hơn cũng như tuổi thọ của chất bôi trơn dài hơn.
Ngoài thiết kế ổ trục, SKF đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc sử dụng các vòng đệm thích hợp nhất cho các môi trường khắc nghiệt. Do đó, SKF cung cấp các ổ lăn tang trống kín, được bôi trơn tại nhà máy bằng mỡ có công thức đặc biệt. Phớt tiếp xúc có thể giảm hoặc loại bỏ các yêu cầu bôi trơn lại và giảm chi phí bảo trì. Gắn kết và lắp ráp dễ dàng hơn với các giải pháp kín. Trong một số ứng dụng, việc chuyển sang thiết kế kín có thể tăng xếp hạng tuổi thọ của ổ trục lên tới bốn lần.
KÍCH THƯỚC LÀ VẤN ĐỀ
Cao 168 mét, Las Vegas High Roller là bánh xe quan sát lớn nhất thế giới khi nó được hoàn thành vào năm 2015. Bánh xe mang 28 cabin và tối đa 40 người trong mỗi cabin, quay trên hai vòng bi lăn hình cầu được thiết kế riêng . Các vòng bi có đường kính lỗ khoan 1.600 mm và đường kính ngoài 2.300 mm và nặng 8,8 tấn mỗi chiếc. Mỗi ổ lăn hình cầu có 30 con lăn trên mỗi hàng.
Trong một ứng dụng rất khác, SKF ở Gothenburg đã chế tạo một trong những ổ lăn tang trống lớn nhất cho ngành khai thác mỏ. Nó được sản xuất vào năm 2017 và nặng 7,8 tấn (mỗi con lăn nặng 42 kg). Nó có đường kính lỗ khoan là 1.250 mm. Ổ trục được trang bị SKF SensorMount, một hệ thống độc đáo đo lường mức độ lắp thực tế của ổ trục lên trục. Nó giúp tránh rủi ro lắp đặt không đúng cách, một vấn đề lớn đối với các vòng bi kích thước lớn.
Vào năm 2017, SKF đã sản xuất một trong những vòng bi tang trống lớn nhất cho ngành khai thác mỏ.
Tốc độ phát triển tiếp tục cho phép sử dụng vòng bi tang trống trong điều kiện ngày càng khắc nghiệt, với mức độ nhiễm bẩn cao hơn hoặc bôi trơn kém. Ví dụ, vào năm 2011, phương pháp xử lý nhiệt mới được cấp bằng sáng chế cho thép ổ trục đã dẫn đến việc nâng cấp ổ lăn SKF Explorer cho các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Tuổi thọ của dịch vụ sau đó sẽ tăng lên gấp hai lần trong điều kiện bị ô nhiễm hoặc bôi trơn kém. Vào năm 2015, những cải tiến tiếp theo trong công nghệ vòng đệm đã mang lại lợi ích cho vòng bi tang trống, giờ đây có khả năng chạy với tốc độ gấp đôi công suất trước đó và giảm ma sát vòng đệm.
Thiết kế mới nhất
Như với tất cả các sản phẩm của SKF, vòng bi tang trống đã trải qua quá trình phát triển liên tục, gần đây nhất là vào năm 2018 với sự ra mắt của vòng bi tang trống SKF Explorer mới dành cho các ứng dụng tốc độ cao nhắm vào lĩnh vực hộp số công nghiệp. Tương lai của vòng bi tang trống có nghĩa là liên tục vượt qua ranh giới của hiệu suất.