Các loại ổ bi dùng cho bánh xe đẩy

Bánh xe đẩy thường sử dụng những loại ổ nào?

Ở các dòng bánh xe đẩy công nghiệp thông dụng, ba cơ cấu xuất hiện phổ biến nhất là bạc trượt/plain bore, ổ con lăn và ổ bi cầu. Chẳng hạn, nhiều dòng bánh nylon, cao su và polyurethane của Blickle được cung cấp đồng thời với cả ba lựa chọn này. TENTE cũng phân loại bánh xe theo plain bearing, roller bearing, cone ball bearing và precision ball bearing.

Có thể hiểu nhanh các nhóm chính như sau:

Vì vậy, khi nói đến “các loại ổ bi bánh xe đẩy”, cần phân biệt ball bearing với khái niệm rộng hơn là wheel bearing type. Bạc trượt không chứa bi, còn ổ con lăn sử dụng con lăn thay cho bi, nhưng cả hai vẫn là những phương án đỡ trục thường gặp trong bánh xe đẩy.

Bạc trượt plain bore: đơn giản nhưng ma sát lớn hơn

Bạc trượt là phương án đơn giản nhất. Trục quay hoặc trượt trực tiếp trong lỗ tâm bánh hay trong một ống lót, thay vì được ngăn cách bởi các viên bi hoặc con lăn. Vì giữa hai bề mặt xuất hiện chuyển động trượt, đặc tính ma sát của nó khác cơ bản so với ổ lăn.

Blickle mô tả plain bore là kết cấu đơn giản, kinh tế và bền, thường được dùng cho bánh xe tải nhẹ hoặc thiết bị chỉ di chuyển không thường xuyên với tốc độ thấp. Nhược điểm xuất hiện khi tốc độ hoặc tải tăng: vùng tiếp xúc trượt sinh nhiệt nhiều hơn, và một số cấu hình như bánh gang dùng plain bore còn cần bôi trơn định kỳ.

Điều đó không có nghĩa bạc trượt luôn có khả năng chịu tải thấp. Tải định mức của cả bánh xe còn phụ thuộc vật liệu bánh, kích thước, moay-ơ, trục và càng bánh. Điểm yếu thực tế của plain bore nằm nhiều hơn ở ma sát và khả năng làm việc liên tục ở tốc độ cao, chứ không thể chỉ nhìn tên loại ổ để kết luận tải tối đa.

Bạc trượt vì thế có ý nghĩa khi ưu tiên kết cấu đơn giản, ít chi tiết, tốc độ di chuyển thấp và tần suất sử dụng không cao. Khi xe phải được đẩy liên tục hoặc cần giảm lực khởi động, ổ lăn thường đem lại lợi thế rõ hơn.

Ổ con lăn hoặc ổ kim: gọn và phù hợp tải hướng kính cao

Trong bánh xe đẩy, roller bearing thường sử dụng các con lăn thép được giữ bằng lồng. Ở một số thiết kế, con lăn có đường kính nhỏ và dài nên thường được gọi là needle bearing – ổ kim. Các con lăn chuyển động giữa trục và moay-ơ, biến phần lớn tiếp xúc trượt thành tiếp xúc lăn. Vì vậy, lực cản tại ổ giảm đáng kể so với bạc trượt khi bánh chịu tải.

Đây cũng là lý do ổ con lăn thường được chọn khi cần kết cấu nhỏ gọn nhưng vẫn phải truyền tải hướng kính đáng kể. SKF mô tả ổ kim là giải pháp có tiết diện hướng kính nhỏ nhưng có khả năng chịu tải và độ cứng cao; Blickle cũng nhấn mạnh ưu điểm lắp đặt trong không gian nhỏ và lực cản lăn tương đối thấp ngay cả khi tải lớn.

Tuy nhiên, ổ con lăn trên bánh xe đẩy không đồng nghĩa với lựa chọn cho tốc độ rất cao. Trong tài liệu ứng dụng của TENTE, các caster dùng roller bearing được định hướng cho thiết bị vận chuyển ở tốc độ thấp, khoảng đến 4 km/h đối với các dòng được mô tả, nơi yêu cầu chính là tải, độ ổn định và lực lăn thấp. Con số này là thông số ứng dụng của danh mục TENTE, không phải giới hạn chung cho mọi ổ con lăn.

Xét về thực tế sử dụng, ổ con lăn là điểm cân bằng tốt khi xe phải chở nặng, di chuyển thường xuyên hơn bạc trượt nhưng chưa cần độ chính xác và đặc tính tốc độ của ổ bi cầu chính xác.

Ổ bi cầu rãnh sâu: độ rơ nhỏ và khả năng lăn tốt ở tốc độ cao hơn

Loại thường được gọi đơn giản là “ổ bi” trên bánh xe đẩy công nghiệp phần lớn thuộc nhóm grooved ball bearing hoặc precision ball bearing. Về nguyên lý, các viên bi lăn trong rãnh của vòng trong và vòng ngoài. Ổ bi cầu rãnh sâu có ma sát thấp và có thể tiếp nhận tải hướng kính đồng thời với tải dọc trục theo cả hai chiều trong phạm vi thiết kế.

Trên bánh xe, lợi thế nổi bật của loại này là khe hở nhỏ, chuyển động chính xác và đặc tính lăn tốt khi tốc độ tăng. Blickle cho biết bánh dùng ổ bi cầu chính xác thường được bố trí hai ổ trong moay-ơ, giữa hai vòng trong có ống cách để bánh có thể được kẹp đúng vị trí trên trục.

Khả năng làm kín cũng linh hoạt hơn. Ổ có nắp chắn kiểu Z giúp hạn chế bụi mà không tạo tiếp xúc đáng kể; cấu hình RS hoặc 2RS sử dụng phớt tiếp xúc để tăng khả năng ngăn bụi và chất bẩn. Đổi lại, phớt tiếp xúc có thể làm lực cản lăn tăng nhẹ. Các ổ đã được làm kín và bôi mỡ dài hạn cũng không nên được hiểu là cần bổ sung mỡ giống một bạc trượt thông thường.

Môi trường vận hành còn quyết định vật liệu và chất bôi trơn. Blickle cung cấp các biến thể ổ bi chống ăn mòn và ổ dùng mỡ chịu nhiệt; riêng một số ổ bi chịu nhiệt của hãng được công bố làm việc trong khoảng -30°C đến 300°C, nhưng tải cho phép phải giảm khi làm việc ở điều kiện nhiệt độ đó. Đây là một ví dụ cho thấy không thể đánh giá ổ chỉ từ cấu trúc “có bi” mà phải xét cả phớt, vật liệu, mỡ và nhiệt độ làm việc.

Những cấu hình ổ chuyên dụng trên bánh xe đẩy

Ngoài ba nhóm phổ biến, một số bánh xe sử dụng cấu hình ổ được tối ưu cho nhu cầu riêng. Những loại này không nhất thiết xuất hiện trên xe đẩy dân dụng hoặc xe kho thông thường.

Ổ bi cầu trung tâm

Central ball bearing được tích hợp trực tiếp vào tâm bánh. Blickle sử dụng cấu hình này chủ yếu cho một số bánh nhựa tải nhỏ và bánh dẫn hướng, nơi cần chuyển động chính xác, êm và kết cấu gọn. Các phiên bản có thể dùng một hoặc hai ổ bi trung tâm và thường đi kèm phớt 2RS.

Điểm cần phân biệt là “ổ bi trung tâm” không phải một nguyên lý bi hoàn toàn khác ổ bi cầu. Khác biệt chủ yếu nằm ở cách ổ được tích hợp vào kết cấu bánh và cách moay-ơ được bố trí.

Ổ bi côn dạng cone ball bearing

TENTE còn phân loại cone ball bearing thành một nhóm riêng. Trong thiết kế của hãng, ổ có thể tháo thay và có thể hiệu chỉnh lại độ rơ do mài mòn bằng cách điều chỉnh liên kết trục. Điều này hữu ích với thiết bị cần duy trì độ ổn định sau thời gian dài sử dụng.

Đây không phải lựa chọn tải nặng nhất trong danh mục TENTE. Hãng công bố các caster cone ball bearing tương ứng ở khoảng 40–100 kg mỗi caster, tùy dòng và cấu hình, và định hướng chúng nhiều hơn cho thiết bị y tế, nội thất chuyên nghiệp hoặc xe vệ sinh.

Ổ lăn tang trống tự lựa

Ở đầu kia của dải tải là spherical roller bearing. Loại này sử dụng hai dãy con lăn để tăng diện tích tiếp xúc và cho phép một mức tự lựa góc, nhờ đó chịu sai lệch do trục bị võng tốt hơn. Blickle sử dụng cấu hình này cho bánh tải nặng, đặc biệt trong thiết bị nhà máy vận hành cường độ cao.

Đây là trường hợp cho thấy “ổ bi cầu tốt hơn ổ con lăn” không phải kết luận đúng trong mọi điều kiện. Khi tải rất lớn và độ võng trục trở thành vấn đề, một loại ổ con lăn chuyên dụng có thể phù hợp hơn nhiều.

Khác biệt thực tế nằm ở tải, tốc độ, độ êm và môi trường

Nếu chỉ so ba cấu hình phổ biến, xu hướng có thể tóm tắt như sau. Plain bore có ưu thế về đơn giản và chi phí nhưng phù hợp hơn với tốc độ thấp; roller bearing giảm ma sát dưới tải và có kết cấu gọn; precision ball bearing có khe hở nhỏ và đặc tính lăn tốt hơn cho những ứng dụng yêu cầu vận hành chính xác hoặc tốc độ cao hơn.

Tuy nhiên, không nên lấy loại ổ làm căn cứ duy nhất để suy ra tải trọng của bánh xe. Trong cùng dòng bánh nylon PO của Blickle, phiên bản đường kính 150 mm, rộng 50 mm được công bố tải 400 kg cho cả plain bore, roller bearing và ball bearing. Phiên bản 160 mm, rộng 50 mm cũng có mức 450 kg với cả ba cấu hình. Điều này cho thấy tải danh định của bánh hoàn chỉnh còn bị giới hạn bởi nhiều thành phần khác ngoài ổ.

Tốc độ cũng có thể làm thay đổi tải cho phép của cả caster. Một cấu hình precision ball bearing 125 mm trong dòng Zeta của TENTE được công bố tải động 700 kg ở 4 km/h, giảm còn 560 kg ở 6 km/h, trong khi tải tĩnh là 1.400 kg. Đây là thông số của một sản phẩm cụ thể, nhưng nó minh họa rõ rằng tải động phải được đọc cùng điều kiện tốc độ thay vì chỉ nhìn vào con số tải lớn nhất.

Vì vậy, khi đánh giá các loại ổ bi bánh xe đẩy, có thể dùng logic sau:

· Bạc trượt/plain bore khi xe chạy chậm, không thường xuyên và ưu tiên kết cấu đơn giản

· Ổ con lăn hoặc ổ kim khi cần giảm lực lăn dưới tải, không gian lắp hạn chế và tải hướng kính đáng kể

· Ổ bi cầu chính xác khi xe di chuyển thường xuyên, cần độ rơ nhỏ, chạy êm và khả năng làm việc tốt hơn khi tốc độ tăng

· Ổ có phớt hoặc phiên bản chống ăn mòn khi có nước, bụi, chất tẩy rửa hoặc yêu cầu vệ sinh; cần lưu ý phớt tiếp xúc có thể làm tăng nhẹ lực cản lăn

· Ổ lăn tang trống tự lựa khi tải rất lớn hoặc trục có khả năng bị võng và sai lệch góc

Điểm quan trọng nhất là lựa chọn ổ phải được đặt trong toàn bộ điều kiện vận hành: tải động, tốc độ, tần suất di chuyển, độ chính xác cần thiết, môi trường, khả năng làm kín và kết cấu của bánh. Bản thân ổ bi tốt không thể bù cho một bánh, trục hoặc càng bánh không được thiết kế đúng tải.

Bánh xe đẩy không chỉ sử dụng một loại ổ bi duy nhất. Với các ứng dụng thông thường, ba cấu hình cần phân biệt trước tiên là bạc trượt, ổ con lăn và ổ bi cầu chính xác. Bạc trượt phù hợp chuyển động chậm và đơn giản; ổ con lăn có lợi thế khi cần giảm lực lăn dưới tải; còn ổ bi cầu chính xác nổi bật về độ rơ nhỏ và khả năng vận hành êm ở điều kiện yêu cầu cao hơn. Các thiết kế đặc biệt như ổ bi cầu trung tâm, cone ball bearing hoặc spherical roller bearing được sử dụng khi xuất hiện yêu cầu riêng về kích thước, khả năng điều chỉnh hoặc tải rất lớn.

Quan trọng hơn, loại ổ không tự quyết định tải trọng của bánh xe. Muốn đánh giá đúng một bánh xe đẩy, cần đọc tải định mức cùng tốc độ và điều kiện vận hành của toàn bộ cụm bánh thay vì chỉ dựa vào việc bánh sử dụng “bạc”, “ổ con lăn” hay “ổ bi”.