NộI Dung
Đôi khi các thiết bị hữu ích nhất trong vật lý và kỹ thuật là những thiết bị đơn giản nhất. Vòng bi cho thấy vòng kim loại có thể cực kỳ linh hoạt. Như bạn có thể thấy trong rất nhiều vật dụng phổ biến như xe cộ, xe đạp, ván trượt và các máy móc khác liên quan đến các bộ phận kim loại chuyển động, con người đã sử dụng sức mạnh của vòng bi trong nhiều thế kỷ.
Sử dụng vòng bi
Hãy tưởng tượng trượt trên một tấm thảm mềm trong khi đi giày. Nó có thể khó khăn vì ma sát giữa thảm và giày của bạn, có thể được làm bằng bất cứ thứ gì bao gồm da, nhựa, gỗ hoặc cao su. Thay vào đó, nếu bạn đi tất, nó sẽ dễ dàng hơn nhiều vì ma sát ít hơn giữa thảm mềm và chất liệu của tất. Vòng bi làm việc theo cách tương tự.
Vòng bi làm giảm lượng ma sát giữa các tải đặt lên chúng. Họ làm điều này bởi vì chúng là những quả bóng kim loại hoặc con lăn di chuyển xung quanh một bề mặt kim loại mịn trong một vòng bên trong và một vòng ngoài (đôi khi được gọi là vòng). Bạn có thể tìm hiểu về nhiều ứng dụng ổ bi thông qua vật lý của chúng. Vòng bi mang các loại tải trọng theo hướng xuyên tâm, và các tải trọng này tác dụng lực vuông góc với trục quay của ổ bi.
Sự trượt của các quả bóng kim loại xung quanh các vòng của ổ bi tạo ra ma sát giữa một vật và bề mặt của nó làm cho vật chậm lại. Trong một số trường hợp, đối tượng tiếp cận điểm dừng. Cơ chế này cho phép vòng bi có sử dụng trong các hệ thống ròng rọc hoặc hệ thống quay cần được kiểm soát. Ví dụ, bánh xe trung tâm của một chiếc xe sử dụng tải trọng xuyên tâm từ trọng lượng xe và lực đẩy từ việc đi vòng quanh.
Trong mọi trường hợp của vòng bi, sự cân bằng giữa lực đẩy và tải trọng hướng tâm làm cho vòng bi giảm ma sát giữa các quả bóng ở vòng trong và vòng ngoài và xử lý tải của vật. Vòng bi lấy tải và chuyển nó từ vòng ngoài sang vòng trong để cho các quả cầu ở tâm của mỗi vòng quay dễ dàng.
Mỗi quả cầu được kết nối với hai vòng, nhưng chỉ khi cần thiết để giảm ma sát giữa các thành phần của quả bóng. Vì những lý do này, vòng bi được tạo ra để giảm ma sát và giảm tốc độ quay.
Các loại vòng bi
Các loại vòng bi khác nhau rất nhiều bởi cơ chế của chúng liên quan. Loại được sử dụng rộng rãi nhất là hàng đơn cứng nhắc, hoặc vòng bi hướng tâm. Thiết kế này làm cho các quả bóng chạy trong các rãnh sâu, và sự sắp xếp vòng bi rãnh sâu cho phép chúng chịu cả tải trọng hướng tâm và hướng trục. Các phiên bản kín của vòng bi được bôi trơn vĩnh viễn để giảm bảo trì.
Vòng bi đôi hàng sử dụng hai hàng bóng. Thiết kế cho độ cứng cao hơn đối với chuyển động của chính ổ trục. Chúng được tìm thấy trong động cơ điện, máy bơm ly tâm và ly hợp điện từ. Một số vòng bi tự sắp xếp theo cách cho phép trục giải thích cho bất kỳ sai lệch nào ở góc đối với vỏ của ổ bi.
Các kiểu tiếp xúc góc vòng bi có một mặt của vòng ngoài bị cắt để cho nhiều quả bóng tự chèn vào. Những vòng bi này sau đó có thể giữ một lượng lớn tải trọng trục theo một hướng cũng như sử dụng nhiều quả bóng hơn trong vòng bi. Điều này có nghĩa là các kỹ sư sử dụng chúng theo cặp theo cả hai hướng để mang tải nặng, trong một thiết lập khiến chúng vòng bi đôi tiếp xúc góc. Những loại vòng bi khác nhau dựa trên vật liệu của họ là tốt.
Các loại vật liệu ổ bi
Vòng bi khác nhau về chất liệu với vòng bi thép, gốm hoặc nhựa cho các mục đích sử dụng khác nhau. Những loại vòng bi này khác nhau về tốc độ chúng có thể hoạt động, nhiệt độ chúng có thể đạt được và các tính chất khác liên quan đến việc sử dụng vòng bi. Hiểu được những mặt tích cực và tiêu cực của từng loại vật liệu sẽ cho phép bạn đưa ra quyết định khôn ngoan hơn nếu bạn cần vòng bi.
Vòng bi thép
Vòng bi thép sử dụng một trong hai thành phần được làm hoàn toàn bằng thép hoặc hợp kim thép với dấu vết của các yếu tố khác trong chế phẩm. Họ là những ứng cử viên lý tưởng để xử lý tải trọng rất nặng trong khi đạt được tốc độ quay lớn khi quay vòng.
Những loại vòng bi này có thể cung cấp cho bạn các phép đo rất chính xác bởi vì chúng được sản xuất ở mức độ chính xác cao. Đặc tính của chúng cho phép vòng bi carbon bằng thép có thể sử dụng trong ổ khóa, xe đạp, giày trượt, xe đẩy và máy băng tải, trong số những người khác.
Thật không may, vật liệu ổ bi thép có thể gây ra sự ăn mòn khi có nước hoặc khí làm thay đổi thành phần hóa học của thép. Những loại vòng bi này cũng có thể rất nặng và ồn khi chúng được sử dụng trong sản xuất và các môi trường khác.
Vòng bi thép có thể rất tốn kém, và các kỹ sư cũng cần liên tục bôi trơn kim loại thép để giữ cho chúng hoạt động hiệu quả. Nếu chúng không được bảo trì đúng cách, chúng có thể gây ra hỏng hóc và không đi đến hết tuổi thọ dự định.
Các nhà sản xuất tạo và bán vòng bi thép theo các phong cách khác nhau. Bạn có thể mua những quả bóng thép với lượng carbon cao hơn được tiếp xúc với phương pháp xử lý nhiệt hoặc đã được làm cứng thông qua các phương pháp khác. Biến thể về hàm lượng carbon trong số các vòng bi thép ảnh hưởng đến tính chất của chúng. Thép carbon thấp được tìm thấy trong các ứng dụng cần chống ăn mòn, nhưng không nhất thiết phải có bề mặt cứng.
Trong khi vật liệu thép carbon thấp có thể được sử dụng trong trục tuyến tính của ổ bi, chúng không tuyệt vời khi tiếp xúc giữa các quả bóng. Chúng thường được sử dụng với một loại polymer để ngăn ngừa thiệt hại trong những trường hợp này. Vòng bi thép với lượng carbon vừa phải rất chắc chắn, chịu nước và dẻo dai, và những tính năng này làm cho chúng phù hợp với bánh răng, trục, đinh tán và các thành phần máy khác. Thép carbon cao là mạnh nhất và cứng nhất trong khi chống ăn mòn.
Vòng bi gốm
Vòng bi gốm thường được tạo ra là "con lai" sử dụng vòng ngoài, vòng trong và lồng được làm bằng thép với các quả bóng được làm bằng gốm. Các đặc tính gốm cho phép chúng hoạt động với tốc độ quay nhanh mỗi phút trong khi vẫn giữ nhiệt độ hoạt động mát mẻ và hạn chế mức độ tiếng ồn mà chúng tạo ra.
Những thiết kế thép-gốm lai này bị hư hỏng do ăn mòn, nhưng bản thân các quả bóng gốm ít bị ăn mòn hơn vật liệu thép, và bền hơn và nhẹ hơn so với vòng bi thép.
Những loại vòng bi này có thể được sử dụng trong các ứng dụng điện trong đó vòng bi thép không thể bởi vì vòng bi gốm không dẫn điện, nhưng chúng cũng rất đắt tiền. Vòng bi gốm có thể chịu được nhiệt độ cao, cho phép chúng hoạt động ở tốc độ cao hơn. Giá của một số vòng bi này có thể thường đắt, nhưng bạn cũng có thể tìm thấy các phiên bản rẻ tiền của chúng.
Vật liệu gốm của những vòng bi này cho chúng có trọng lượng nhỏ hơn 40% so với vòng bi thép. Các kỹ sư thường sản xuất chúng bằng cách sử dụng silicon nitride gốm để gây ra các tính chất hóa học và vật lý này. Chúng được sử dụng trong vòng bi góc, vòng bi lực đẩy, vòng bi chặn gối, vòng bi kim và vòng bi lăn. Vật liệu gốm có thể mạnh hơn thép, nhưng chúng thường cứng hơn như vật liệu ổ bi.
Bóng thép gốm đánh bóng sử dụng một từ trường với một dòng plasma. Phương pháp sản xuất này mang lại cho họ tốc độ quay cao hơn vòng bi thép. Chúng cách điện, có nghĩa là chúng không dẫn điện, vì vậy chúng không bị hỏng nếu dòng điện chạy qua chúng, và chúng có thể hoạt động mà không cần bôi trơn như vòng bi thép.
Vòng bi nhựa
Những đổi mới gần đây đã sản xuất vòng bi nhựa sử dụng vòng nhựa và lồng nhựa, và có thể được mua dưới dạng quả bóng làm từ nhựa, thủy tinh hoặc thép không gỉ. Vật liệu bóng phổ biến nhất với loại vòng bi này là bóng thép không gỉ. Chúng là lựa chọn hợp lý nhất, nhưng chúng cũng nặng hơn các loại nhựa hoặc thủy tinh. Chúng cũng có thể trở thành từ tính dễ dàng, có thể phá vỡ chuyển động và vật lý của các vật liệu gần đó.
Vòng bi nhựa với quả bóng thủy tinh là lựa chọn tuyệt vời khi bạn không thể sử dụng kim loại. Chúng có khả năng kháng hóa chất cao và có trọng lượng thấp hơn quả bóng thép. Bóng nhựa cho vòng bi nhựa có trọng lượng thậm chí ít hơn và cung cấp khả năng chống mài mòn khi chúng được sử dụng theo thời gian. Hầu hết các vòng bi nhựa đều tự bôi trơn, nhẹ và chống ăn mòn trong khi hoạt động yên tĩnh.
Những loại vòng bi này không may chịu được nhiệt độ cao cũng như các loại vòng bi khác làm và không thể xử lý tải trọng cao như đôi khi.