Vòng giữ lỗ — Lựa chọn, lắp đặt & thông số kỹ thuật

Vòng giữ lỗ (thường được gọi là vòng chặn bên trong, vòng chặn hoặc vòng giữ lỗ khoan) là một dây buộc có chi phí thấp, độ tin cậy cao được sử dụng để cố định các bộ phận trên trục hoặc lỗ bên trong. Bài viết này tập trung đặc biệt vào các vòng giữ bên trong cho lỗ khoan: cách chọn chúng, đo và định kích thước các rãnh, lắp và tháo chúng, kiểm tra lỗi cũng như tuân theo các tiêu chuẩn và đặt hàng các phương pháp hay nhất.

Vòng giữ bên trong (đối với lỗ) là gì?

Vòng giữ bên trong là vòng tròn, bằng thép lò xo (hoặc không gỉ/hợp kim khác) vừa khít với rãnh gia công trong lỗ khoan để giữ các bộ phận theo trục (vòng bi, bánh răng, vòng đệm). Khi được nén vào rãnh, vòng sẽ tác dụng một lực lò xo hướng tâm lên thành lỗ để chống lại chuyển động dọc trục. Các vòng trong khác với các vòng ngoài (vòng trục) ở hình dạng hình học và hướng lắp đặt.

Các loại phổ biến và công dụng của chúng

Vòng/Vòng khóa (nội bộ)

Loại phổ biến nhất là hình chữ C có hai lỗ để đựng kìm. Được sử dụng cho tải trọng trung bình và nơi có thể gia công rãnh đơn giản. Có sẵn các kiểu vai trơn, chịu tải nặng và định vị theo trục.

E-ring và E-clip

Vòng chữ điện tử là thiết kế ba thùy gắn vào rãnh; thường được sử dụng để lắp ráp nhanh chóng mà không cần kìm. Chúng phổ biến hơn ở các tải trọng thấp đến trung bình và các cụm lắp ráp nhỏ gọn.

Vòng giữ xoắn ốc

Các vòng xoắn ốc được hình thành từ một cuộn dây có tiết diện không đổi và lắp vào một rãnh không có phần nhô ra hướng tâm; chúng cho khả năng tiếp xúc 360° gần như đồng đều với độ sâu rãnh tối thiểu và phù hợp với các ứng dụng chịu tải cao và dễ bị rung.

Vật liệu, độ cứng và hoàn thiện

Lựa chọn vật liệu ảnh hưởng đến tuổi thọ mỏi, khả năng chống ăn mòn và đặc tính lắp ráp. Các lựa chọn điển hình:

• Thép lò xo carbon (phạm vi nhiệt độ 94-106 HRC): Tiết kiệm nhất, lực lò xo cao, yêu cầu bảo vệ chống ăn mòn cho nhiều ứng dụng.
• Thép không gỉ (301/302/17-7PH): Chống ăn mòn tốt; hằng số lò xo thấp hơn thép lò xo carbon—chọn mặt cắt ngang lớn hơn hoặc kiểu dáng khác để có độ giữ tương đương.
• Lớp hoàn thiện phốt phát, mạ kẽm hoặc oxit đen: Cải thiện khả năng chống ăn mòn và giảm hiện tượng ăn mòn trong quá trình lắp đặt.

Đo lỗ khoan và chọn kích thước vòng

Định cỡ chính xác bắt đầu bằng việc đo đường kính lỗ khoan đã hoàn thiện và xác định vị trí rãnh danh nghĩa. Vòng giữ được xác định theo phạm vi lỗ khoan danh nghĩa (hoặc trục danh nghĩa đối với bên ngoài). Luôn đo lỗ khoan bằng thước đo lỗ khoan hoặc micromet ID đã hiệu chuẩn ở mặt phẳng rãnh và chọn vòng được xếp hạng cho phạm vi ID danh nghĩa đó.

Lưu ý: Bảng hiển thị các cặp đôi điển hình - luôn kiểm tra danh mục của nhà sản xuất để biết chính xác kích thước danh nghĩa của vòng, kích thước rãnh và phạm vi ID. Khi nghi ngờ, hãy đo tại mặt phẳng rãnh bằng dụng cụ đã hiệu chuẩn.

Hình học rãnh: chiều rộng, chiều sâu và bề mặt hoàn thiện

Hình dạng rãnh chính xác là rất quan trọng đối với khả năng lưu giữ, tuổi thọ và lắp ráp. Hướng dẫn điển hình:

• Độ sâu rãnh phải cho phép vòng nằm hơi dưới bề mặt lỗ khoan khi tự do; đối với nhiều vòng tránh, điều đó có nghĩa là độ sâu rãnh bằng độ dày mặt cắt vòng cộng với khoảng hở 0,05–0,15 mm.
• Chiều rộng rãnh phải đủ rộng để chấp nhận chiều rộng nén tối đa của vòng—tham khảo bảng dữ liệu vòng; một thực tế phổ biến là chiều rộng rãnh = chiều rộng tự do của vòng 0,1 mm để tránh bị ràng buộc.
• Bề mặt hoàn thiện bên trong rãnh: Ra ≤ 1,6 μm điển hình để ngăn chặn sự tập trung ứng suất và mài mòn; làm mờ tất cả các cạnh để tránh hiện tượng mỏi vòng sớm.

Kỹ thuật cài đặt và gỡ bỏ

Các công cụ và kỹ thuật phù hợp giúp giảm hư hỏng và đảm bảo khả năng lưu giữ đáng tin cậy. Thực hiện theo các bước sau:

• Kiểm tra vòng và rãnh: Kiểm tra các vết khía, gờ hoặc sự ăn mòn trước khi lắp ráp.
• Sử dụng kìm phù hợp: Kìm kẹp vòng trong có đầu vừa với các lỗ của vòng; đối với vòng chữ E, hãy sử dụng công cụ gắn vào; đối với các vòng xoắn ốc, hãy sử dụng trục gá quấn hoặc thiết bị lắp ráp.
• Nén đều: Nén đồng đều vòng và đặt nó từ từ vào rãnh. Tránh vặn hoặc căng quá mức một chân có thể gây mệt mỏi.
• Loại bỏ: Sử dụng kìm mở rộng hoặc dụng cụ tháo rãnh. Không bao giờ cạy bằng tua vít vì điều này có thể làm biến dạng vòng và rãnh.

Kiểm tra, các dạng lỗi thường gặp và xử lý sự cố

Các dạng hư hỏng điển hình bao gồm gãy vòng, mòn rãnh, di chuyển vòng và mất lực hướng tâm. Kiểm tra các dấu hiệu này và nguyên nhân có thể xảy ra của chúng:

• Vết nứt ở đầu vòng: Nguyên nhân là do vật liệu không phù hợp, quá căng trong quá trình lắp đặt hoặc do mỏi do tải trọng theo chu kỳ. Biện pháp khắc phục: thay đổi sang hợp kim có độ mỏi cao hơn hoặc vòng xoắn ốc, cải thiện khả năng mài mòn và kiểm tra độ vừa vặn của dụng cụ lắp đặt.
• Biến dạng hoặc mòn rãnh: Nguyên nhân là do chuyển động vi mô dọc trục, kích thước rãnh không đúng hoặc độ hoàn thiện bề mặt kém. Cách khắc phục: Gia công lại rãnh theo thông số kỹ thuật, sử dụng vòng đệm dày hơn hoặc vật giữ thứ cấp, tra thêm dầu bôi trơn hoặc sơn phủ bề mặt.
• Di chuyển vòng ra khỏi rãnh: Thường do độ sâu/chiều rộng rãnh không chính xác hoặc sự giãn nở nhiệt. Biện pháp khắc phục: xác minh dung sai, sử dụng hợp chất giữ lại hoặc dừng cơ học thứ cấp.

Tiêu chuẩn, bảng thông số kỹ thuật và mẹo đặt hàng

Hầu hết các nhà sản xuất đều tuân theo các tiêu chuẩn quốc tế—DIN (ví dụ: vòng trong DIN 471), tham chiếu kiểu ISO và ASME. Khi đặt hàng hoặc chỉ định:

• Chỉ định phạm vi lỗ hoặc trục danh nghĩa, loại vòng (vòng trong, xoắn ốc, vòng chữ E), vật liệu, lớp hoàn thiện và mặt cắt ngang.
• Bao gồm dung sai kích thước rãnh và độ hoàn thiện bề mặt trong chú thích bản vẽ để tránh các phần không khớp.
• Yêu cầu bảng dữ liệu của nhà sản xuất để biết xếp hạng tải động, công cụ lắp đặt và hình dạng rãnh được đề xuất—những bảng này khác nhau tùy theo nhà cung cấp.

Thực tiễn tốt nhất về thiết kế và bảo trì

Hãy làm theo các bước thực tế sau để tối đa hóa tuổi thọ và độ tin cậy của dịch vụ:

• Thiết kế rãnh theo dung sai của nhà sản xuất thay vì dựa vào “khoảng hở tiêu chuẩn” — những sai lệch nhỏ sẽ gây ra hiệu suất giảm đáng kể.
• Sử dụng vòng giữ có hệ số an toàn phù hợp đối với tải trọng dọc trục và chu kỳ mỏi dự kiến; nếu có chấn động hoặc rung động, hãy xem xét các vòng xoắn ốc hoặc lực giữ thứ cấp.
• Ghi lại mô-men xoắn lắp đặt và kích thước đầu kìm trong hướng dẫn lắp ráp để tránh sự thay đổi tùy thuộc vào người vận hành.
• Để bảo trì, hãy dự trữ một lượng nhỏ các vòng thay thế và kìm thích hợp; thay thế các vòng có bất kỳ biến dạng hoặc ăn mòn nào thay vì sử dụng lại chúng.

Nếu bạn cung cấp đường kính lỗ khoan đã hoàn thiện, yêu cầu tải trọng dọc trục và môi trường (nhiệt độ/sự ăn mòn), hướng dẫn này có thể được chuyển thành số bộ phận cụ thể và bản vẽ rãnh. Sau đó, danh mục của nhà sản xuất sẽ xác nhận chính xác kích thước danh nghĩa của vòng, kích thước rãnh và công cụ lắp đặt được đề xuất.