Cam follower và roller follower là các chi tiết cơ khí dùng để dẫn hướng lăn cho các bộ phận chuyển động, thực hiện chuyển động tương đối giữa vòng trong và vòng ngoài.

Mục lục 

• Cấu tạo / ứng dụng / ví dụ sử dụng
• Điểm cần lưu ý khi lựa chọn
• Tham khảo

Cấu tạo / ứng dụng / ví dụ sử dụng

Cấu tạo

Hình 1 thể hiện ngoại quan và cấu tạo của cam follower và roller follower.

Hình 1. Ngoại quan và cấu tạo của cam follower, roller follower

Việc dẫn hướng lăn của vòng ngoài được thực hiện nhờ các bi dạng kim được bố trí giữa vòng ngoài và trục lắp hoặc vòng trong. Sản phẩm có trục được gọi là cam follower, còn loại được gia công lỗ gọi là roller follower. Đường kính ngoài có hai dạng: dạng phẳng (flat) và dạng crown.

Ứng dụng

Bảng 1 thể hiện các loại cam follower và ứng dụng của chúng.

Bảng 1. Các loại cam follower và ứng dụng

Bảng 2. Các loại roller follower và ứng dụng

Ví dụ sử dụng

Hình 2 thể hiện cơ cấu sử dụng cam và cam follower để biến chuyển động quay thành chuyển động thẳng. Theo chuyển động quay của cam, vòng ngoài của cam follower quay và di chuyển theo phương thẳng đứng, từ đó tạo ra cơ cấu chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng.

Hình 2. Cơ cấu chuyển đổi chuyển động quay thành chuyển động thẳng bằng cam follower

Điểm cần lưu ý khi lựa chọn

Lựa chọn tải trọng và số vòng quay

Cam follower và roller follower quay trong khi đỡ tải nên cần được sử dụng có xét đến tải trọng tác dụng. Tải trọng này được lựa chọn dựa trên tải trọng tĩnh và tải trọng cho phép tối đa như thể hiện ở hình 3.

Tải trọng tĩnh biểu thị tải trọng lớn nhất tác dụng lên các bi dạng kim khi không quay, còn tải trọng cho phép lớn nhất là tải trọng lớn nhất mà kết cấu đỡ có thể chịu được.
Khi lựa chọn, cần chọn sản phẩm thỏa mãn đồng thời cả hai tiêu chuẩn này.

Hình 3. Tải trọng định mức cơ bản và số vòng quay giới hạn

Tính toán tuổi thọ

Tổng số vòng quay của cam follower và roller follower được quyết định bởi tuổi thọ của các bi dạng kim được sử dụng bên trong.
Phương pháp tính được trình bày dưới đây.

Vòng bi kim:

L ：Tuổi thọ định mức
C ：Tải trọng động định mức (kgf)
Cr ：Tải trọng động hướng kính
Ca ：Tải trọng động hướng trục
P ：Tải trọng động tương đương N (kgf)
Pr ： Tải trọng động hướng kính
Pa ：Tải trọng động hướng trục

Tuổi thọ của ổ bi được tính toán bằng công thức thực nghiệm có bao gồm các dữ liệu kinh nghiệm như đã trình bày ở trên.

Tuổi thọ của ổ bi được xác định bởi giá trị tải trọng động được quyết định theo kiểu ổ bi và tải trọng động tương đương được quyết định bởi hình dạng tải và phương pháp sử dụng do người dùng thiết kế, từ đó xác định tổng số vòng quay mà tại đó xảy ra hư hỏng của ổ bi.

Khi thực hiện phép tính này, tải trọng động tương đương do người dùng xác định được tính bằng cách sử dụng hệ số hiệu chỉnh theo loại va đập như trình bày dưới đây để xác định tải trọng. Tải trọng động tương đương tác dụng lên ổ lăn phải được hiệu chỉnh bằng cách nhân hệ số tương ứng theo loại tải trọng. Hệ số hiệu chỉnh được trình bày trong Bảng 3.

Tải trọng động tương đương tác dụng lên ổ lăn = (Hệ số hiệu chỉnh) × (Tải trọng tác dụng lên ổ lăn được tính toán từ điều kiện cân bằng lực)

Bảng 3. Bảng hệ số hiệu chỉnh tải trọng tác dụng lên ổ lăn

Lựa chọn hình dạng đường kính ngoài

Như thể hiện ở hình 4, đối với sản phẩm có dạng phẳng, khi bề mặt tiếp xúc bị nghiêng sẽ xảy ra hiện tượng góc ở mặt đầu của cam chạm vào bề mặt tiếp xúc.

Hình 4. Hình dạng đường kính ngoài và bề mặt tiếp xúc

Trong trường hợp đó, nếu sử dụng sản phẩm dạng crown thì vị trí tiếp xúc sẽ không bị tiếp xúc lệch một phía, từ đó giúp cam follower hoạt động đúng cách.
Như vậy, hình dạng crown có thể cho phép sai lệch hình học của cơ cấu sử dụng.
Việc lựa chọn hình dạng trở nên quan trọng tùy theo bề mặt tiếp xúc.

Lựa chọn kết cấu lắp đặt

Như thể hiện ở hình 5, cam follower được cố định bằng cách dùng đai ốc siết phần ren gia công ở đầu trục vào lỗ trên tấm plate. Đối với roller follower, trục được đưa qua lỗ giữa rồi cố định roller follower bằng vít.

Hình 5. Lựa chọn phương pháp lắp đặt

Ví dụ này là trường hợp sử dụng trục có flange để cố định roller follower lên tấm plate.

Tham khảo

Kết cấu điều chỉnh chiều cao lắp đặt cam follower bằng kết cấu lệch tâm

Hình 6 thể hiện sơ đồ kết cấu cơ cấu điều chỉnh cho phép tinh chỉnh chiều cao của bề mặt lăn ngoài của roller follower.

Hình 6. Điều chỉnh chiều cao bằng kết cấu trục lệch tâm

Đoạn trục cố định trên tấm plate và đoạn trục cố định đường kính trong của roller follower được bố trí lệch tâm rồi cố định hai chi tiết này lại với nhau. Lúc này, khoảng cách có thể điều chỉnh chiều cao sẽ bằng hai lần lượng lệch tâm. Bằng cách quay trục này, có thể điều chỉnh chiều cao nhờ lượng lệch tâm của kết cấu.

Tóm lại

Cam Follower và Roller Follower là các cơ cấu dẫn hướng lăn dùng để truyền và chuyển đổi chuyển động với ma sát thấp. Khi lựa chọn, cần xem xét tải trọng tác dụng, số vòng quay, tuổi thọ yêu cầu, hình dạng đường kính ngoài (phẳng hoặc crown) và phương pháp lắp đặt. Đặc biệt, tải trọng phải thỏa mãn cả tải trọng tĩnh và tải trọng cho phép tối đa, đồng thời tuổi thọ được tính dựa trên tải trọng động định mức và tải trọng động tương đương. Đối với các ứng dụng có sai lệch lắp ráp hoặc bề mặt tiếp xúc nghiêng, loại crown giúp giảm hiện tượng tiếp xúc lệch và đảm bảo vận hành ổn định hơn.

XTMechanical Blog xin cảm ơn mọi người vì đã luôn dành thời gian, tình cảm cho chúng mình! Thông qua bài viết, chúng mình hy vọng có thể lan toả niềm đam mê và tiếp thêm động lực, kiến thức cho mọi người. Cuối cùng, dù bao nhiêu khó khăn, xin chúc các bạn luôn vững bước và thành công trên chính con đường mình đã chọn!

 

Tác giả: Nguyễn Văn Hoà

             Chu Văn Minh