Vòng bi cầu chính xác cao Timken - Fafnir

1. Giới thiệu chung

Các đầu gia công và trục dao là những bộ phận quan trọng nhất của máy công cụ. Do đó, để đạt được các yêu cầu về tốc độ trục chính, độ chính xác và độ hoàn thiện gia công, việc lựa chọn kích thước và loại vòng bi phù hợp để hỗ trợ các trục xoay này là một vấn đề thiết kế quan trọng.

Trong số tất cả các loại vòng bi chống ma sát, vòng bi siêu chính xác đã được chứng minh là có giá trị tốt nhất cho nhiều ứng dụng bao gồm nhiều loại tải vận hành, tốc độ và điều kiện bôi trơn. Vòng bi tiếp xúc góc lắp cặp chịu tải trước, với vòng cách được chế tạo một mảnh nguyên khối đáp ứng đầy đủ yêu cầu và mang lại độ cứng vững tối đa cho trục chính. Những vòng bi này được sử dụng rộng rãi để đạt được tốc độ nhanh hơn, độ chính xác cao hơn, độ hoàn thiện mượt mà hơn và năng suất cao hơn.

Có nhiều cân nhắc liên quan đến việc lựa chọn vòng bi cho các ứng dụng chính xác. Trong số những yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất của trục chính máy công cụ là sự lắp đặt bên trong và hình dạng của vòng bi, cách bố trí lắp đặt, các khớp nối lắp trục và vỏ, sự cân bằng và căn chỉnh của các bộ phận quay và cuối cùng nhưng không kém phần quan trọng là vấn đề bôi trơn và tản nhiệt cho vòng bi. Mặc dù nhiều yếu tố trong số này có ý nghĩa quan trọng trong các ứng dụng tốc độ chậm nhưng tất cả chúng đều phải được xem xét đối với trục chính tốc độ cao.

Để giảm thiểu độ võng khi chịu tải, trục dùng cho trục chính của máy công cụ được thiết kế để có chiều dài không được đỡ tối thiểu và mặt cắt ngang tối đa. Vì lý do tương tự, vỏ trục chính được thiết kế đủ nặng để chịu được tải trọng làm việc. Mặt cắt ngang của chúng được làm đồng đều nhất có thể để giảm sự tập trung ứng suất trong quá trình khung bị lệch không đều do thay đổi nhiệt. Ngoài ra vỏ nặng, cân đối có thể hoạt động như một bộ tản nhiệt để dẫn nhiệt ra khỏi vòng bi trong quá trình hoạt động.

Trong một số điều kiện nhất định, có thể mong muốn kiểm soát lắp ghép chính xác hơn mà không phải trả thêm chi phí cho việc sử dụng các vòng bi và bộ phận chính xác cao lắp chặt. Điều này có thể được thực hiện bằng cách lựa chọn các vòng bi lắp cặp, trục và vỏ sau khi chúng đã được xác định kích thước và phân loại theo đường kính trong và đường kính ngoài vòng bi. Timken tiêu chuẩn hóa độ chính xác đường kính trong và đường kính ngoài đến micro mét cho vòng bi hướng tâm tiếp xúc góc siêu chính xác. Sự kết hợp của các cặp vòng bi mang lại độ chính xác cao hơn cho trục chính.

Thừa hưởng lại các thiết kế của Fafnir, vòng bi chính xác cao Timken - Fafnir tuân thủ tiêu chuẩn ABMA/ISO trong danh mục tiêu chuẩn cho đến các kích thước và tính năng tùy chỉnh, vòng bi cầu tiếp xúc góc Timken - Fafnir siêu chính xác đáp ứng đầy đủ các nhu cầu với các đặc điểm:

• Đường kính trục: 10 mm - 300 mm (0,3937 inch - 11,8110 inch).
• Đường kính ngoài: 26 mm - 400 mm (1,0236 inch - 15,7480 inch)
• Góc tiếp xúc 15˚, 25˚, 60˚
• Cấp chính xác ABMA ABEC 7/9 (tương đương ISO P4/P2)
• Vòng bi đơn và ghép bộ hai, ba, bốn, tám vòng với tùy chọn con lăn bằng vật liệu gốm sứ kèm phớt tốc độ cao; vật liệu tiên tiến.
• Tốc độ rất cao; độ chính xác cao; độ cứng cao; nhiệt độ hoạt động thấp; tiếng ồn thấp; độ rung thấp.

Hiệu suất của vòng bi siêu chính xác không được xác định hoàn toàn bởi các tiêu chuẩn ABEC/ISO. Phạm vi của các tiêu chuẩn này cho phép có sự thay đổi đáng kể về hiệu suất sản phẩm giữa các nhà sản xuất vòng bi. Các đặc điểm như độ cong và tính đồng nhất của rãnh lăn; sự phù hợp của con lăn với tính hình cầu; bề mặt rãnh lăn; độ nhám của các khu vực tiếp xúc; dung sai bù tải trước; độ bóng; hiệu chuẩn kích thước đường bao; kết hợp các vòng bi trong một bộ; thiết kế và vật liệu vòng cách; chất bôi trơn; khe hở hướng kính; góc tiếp xúc và độ chính xác của bộ bi không được xác định bởi ABEC/ISO. Tất cả đều có tác động trực tiếp đến tuổi thọ và hiệu suất của vòng bi. Việc thiếu một tiêu chuẩn toàn diện cho phép các vòng bi kém hơn được bán trên thị trường dưới dạng ABEC 7 hoặc ABEC 9 (ISO P4 hoặc P2) mà không có khả năng tạo ra hiệu suất vượt trội. Tất cả cấp độ chính xác của Timken series MM/MV, MMV và MMX đều tuân thủ các biện pháp kiểm soát nghiêm ngặt đối với các thông số không được chỉ định này để mang lại hiệu suất cao cấp.

2. Các ứng dụng thành công của vòng bi cầu siêu chính xác Timken - Fafnir

Các ứng dụng thành công của vòng bi siêu chính xác Timken - Fafnir có thể kể đến như đầu bánh xe chu kỳ cao; trục mài bên trong tốc độ cao; đầu làm việc siêu chính xác; và trục chính của bộ định tuyến tốc độ cao, máy phát điện của máy bay, ứng dụng yêu cầu vòng bi giảm tiếng ồn. 

Tại Việt Nam, Chúng tôi đã thử nghiệm thành công vòng bi chính xác Timken - Fafnir cho ứng dụng block trong dây chuyền cán thép dài với vận tốc dài đạt xấp xỉ 120m/s (2MV210WICRDUM, 3MV211WICRDUM, 2MM213WICRDUL, 2MM216WICRDUL, 2MV218WICRDUL, 3MM222WICRDUL, 3MV222WICRDUM, các vòng bi này tương đương với vòng bi thương hiệu MRC của SKF).

Trục quay được bôi trơn bằng mỡ tốc độ cao và đầu làm việc có độ chính xác cao đòi hỏi độ cứng và độ chính xác khi vận hành khác thường là một vài trong số nhiều vấn đề đặc biệt liên quan đến vòng bi siêu chính xác. Những ứng dụng này và nhiều ứng dụng khác thường yêu cầu các tính năng thiết kế đặc biệt.

3. Hệ thống ký hiệu vòng bi cầu chính xác cao Timken - Fafnir

4. Ý nghĩa các Tiền tố và Hậu tố Vòng bi cầu chính xác cao Timken - Fafnir

Trong hệ thống ký hiệu Vòng bi cầu chính xác cao Timken - Fafnir, Ký hiệu cơ bản biểu thị kích thước và series vòng bi luôn được giữ lại. Khi thực hiện các biến thể đặc biệt, như trong trường hợp vòng bi chính xác, các tiền tố và hậu tố được thêm vào có ý nghĩa xác định như sau:

4.1. Tiền tố

• MM: Cấp chính xác cao ABEC7/ABEC9 (ISO P4/P2)
• 2MM/2MV/2MMV: Cấp chính xác cao giữa ABEC7 và ABEC9 (ISO là giữa P4 và P2), góc tiếp xúc 15˚.
• 3MM/3MV/3MMV: Cấp chính xác cao giữa ABEC7 và ABEC9 (ISO là giữa P4 và P2), góc tiếp xúc 25˚.
• MMX: Cấp chính xác cao ABEC9 (ISO là P2)

4.2. Hậu tố

• K- Vòng bi cầu rãnh sâu với lỗ điền bi
• WI- tiếp xúc góc; vai thấp ở vòng ngoài
• WO- tiếp xúc góc; vai thấp ở vòng trong
• WN- tiếp xúc góc; vai thấp trên cả hai vòng
• HX- tiếp xúc góc; vai thấp trên cả hai vòng
• PRB- Vòng cách bằng nhựa đúc
• PRC- Vòng cách bằng nhựa gia cố khuân đúc
• PRF, PRG- Vật liệu đặc biệt hiệu suất cao
• CR- Vòng cách bằng nhựa tổng hợp – Tiêu chuẩn Timken Fafnir
• MBR- Vòng cách bằng Đồng gia công
• VV- Phớt tốc độ cao
• SUX- Vòng bi đơn, tải trước siêu nhẹ
• SUL- Vòng bi đơn, tải trước nhẹ
• SUM- Vòng bi đơn, tải trước trung bình
• SUH- Vòng bi đơn, tải trước nặng
• DUX- Bộ vòng bi lắp đôi, tải trước siêu nhẹ
• DUL- Bộ vòng bi lắp đôi, tải trước nhẹ
• DUM- Bộ vòng bi lắp đôi, tải trước trung bình
• DUH- Bộ vòng bi lắp đôi, tải trước nặng
• TUX- Bộ vòng bi lắp ba, tải trước siêu nhẹ
• TUL- Bộ vòng bi lắp ba, tải trước nhẹ
• TUM- Bộ vòng bi lắp ba, tải trước trung bình
• TUH- Bộ vòng bi lắp ba, tải trước nặng
• QUX- Bộ vòng bi lắp bốn, tải trước siêu nhẹ
• QUL- Bộ vòng bi lắp bốn, tải trước nhẹ
• QUM- Bộ vòng bi lắp bốn, tải trước trung bình
• QUH- Bộ vòng bi lắp bốn, tải trước nặng

5. Tính năng một số loại vòng bi cầu tiếp xúc góc chính xác cao Timken - Fafnir

• 2MM-WI/2MV-WI với góc tiếp xúc ban đầu 15˚ được thiết kế để đáp ứng nhu cầu của các nhà chế tạo máy đối với các vòng bi chính xác sẽ hoạt động ở nhiệt độ thấp nhất có thể với nhiều tốc độ và tải trọng vận hành. Để máy móc có thể tạo ra công việc chính xác hơn với tốc độ sản xuất cao hơn, vòng bi phải có độ cứng cao theo cả hướng trục và hướng tâm trong khi hoạt động ở nhiệt độ tối thiểu. Ví dụ, các dụng cụ gia công hoặc cắt chính xác đặt tải nặng lên vòng bi hơn so với các dụng cụ mài chính xác. Ở cái trước, tốc độ chậm hơn và tải nặng hơn cái sau, nơi tốc độ cao và tải nhẹ. Loại 2MM-WI/2MV-WI mang lại cho người chế tạo máy tính linh hoạt cần thiết để đáp ứng các biến thể như vậy trong các ứng dụng.
• 3MM-WI/3MV-WI được sản xuất với góc tiếp xúc 25˚, được sử dụng cho các ứng dụng trong đó tải trọng lên vòng bi chủ yếu là dọc trục – và yêu cầu nhất định là độ cứng vững dọc trục cao. Các ứng dụng điển hình cho những loại này là máy mài bề mặt quay thẳng đứng lớn, máy mài đĩa ngang và dọc, và các ứng dụng chặn trục cho máy tiện hạng nặng trong đó vòng bi phải chịu trực tiếp áp lực dọc trục áp suất mâm cặp cực cao.
• 2MM-WO/2MV-WO với góc tiếp xúc ban đầu 15˚ được thiết kế cho các ứng dụng tốc độ cực cao trong đó lực ly tâm của các con lăn là tải trọng chính lên vòng bi. Không giống như Loại 2MM-WI có vòng ngoài vai thấp, loại 2MM-WO có vai đầy trên vòng ngoài và vai thấp ở một bên vòng trong. Thiết kế này cho phép lắp ráp với số lượng con lăn bổ sung tối đa và một vòng cách nguyên khối dẫn hướng bằng cách tỳ chính xác lên vòng ngoài. Nhìn chung, dòng vòng bi này được cung cấp một vòng trong có thể tách rời và vòng cách giữ con lăn cùng với hình dạng vòng bi đặc biệt để vận hành ở tốc độ cực cao.
• 2MMV và 3MMV-HX có thể hoán đổi kích thước với các vòng bi 9100, 99100, 9300 và ISO Series-710 và 719 tương đương. Những thiết kế này cho phép đầu trục chính loại bỏ nhiều vật liệu hơn trong thời gian ngắn hơn trong khi vẫn duy trì dung sai gia công vượt trội. Điều này đạt được thông qua sự kết hợp đã được chứng minh bởi sự kết hợp độc đáo giữa con lăn với hình dạng rãnh lăn chính xác.
• 2MMV và 3MMV-HX VV sở hữu tất cả các ưu điểm về tốc độ cao của HX nhưng có phớt tốc độ cao đi kèm. Các phớt này bảo vệ chất bôi trơn khỏi các chất gây ô nhiễm bên ngoài đồng thời đảm bảo duy trì chất bôi trơn bên trong, kéo dài tuổi thọ sử dụng một cách đáng kể.
• 2MMV và 3MMV 99100WN có sẵn với các biến thể góc tiếp xúc 15˚ hoặc 25˚ và đã được phát triển để hoạt động theo yêu cầu khắt khe của máy công cụ tốc độ cao. Chúng kết hợp các đặc điểm thiết kế cho phép hoạt động ở tốc độ cao hơn vòng bi tiếp xúc góc tiêu chuẩn. Đường kính trong, đường kính ngoài và chiều rộng giống như Series MM9100.