Thiết kế máy #18: Linear shaft – Cách chọn trục dẫn hướng cho linear bushing

Ở bài trước, mình đã nói về sự khác nhau giữa LM guide và linear bushing.

Nếu dùng linear bushing, gần như chắc chắn sẽ phải nghĩ đến một chi tiết đi kèm: linear shaft, hay có thể gọi là trục dẫn hướng tuyến tính.

Nhìn bên ngoài, linear shaft chỉ là một cây trục tròn, được mài bóng, dùng để bạc bi chạy tới lui.

Nhưng trong thiết kế máy, đây không phải là “cây thép tròn nào cũng được”.

Linear shaft là bề mặt để bi của linear bushing lăn trực tiếp lên. Vì vậy, vật liệu, độ cứng bề mặt, độ nhám, dung sai đường kính, cách gá đỡ, cách bôi trơn và môi trường làm việc đều ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ của cơ cấu.

Có những lỗi ban đầu nhìn không thấy ngay. Máy mới lắp vẫn chạy được. Nhưng sau vài tháng, shaft bắt đầu có vệt sọc, bạc chạy phát tiếng rào rào, bàn trượt bị rơ, hoặc cơ cấu chạy nặng dần.

Bài này ghi lại các điểm cần chú ý khi chọn và thiết kế linear shaft cho cơ cấu dùng linear bushing.

Mục tiêu không phải là học thuộc catalog, mà là hiểu các điểm có thể gây lỗi ngoài hiện trường.

1. Linear shaft là gì?

Linear shaft là trục tròn được dùng làm đường dẫn hướng cho linear bushing hoặc một số loại bạc trượt tuyến tính.

Một cơ cấu đơn giản thường gồm:

2 cây linear shaft
4 linear bushing
2 hoặc nhiều gối đỡ trục
1 bàn trượt hoặc cụm gá di chuyển

Khi bàn trượt chạy tới lui, bi bên trong linear bushing lăn trực tiếp trên bề mặt shaft.

Nói cách khác, bề mặt của shaft chính là “ray chạy” của bạc bi.

Vì vậy, linear shaft cần đảm bảo nhiều yếu tố cùng lúc:

Đường kính chính xác
Độ tròn tốt
Độ thẳng tốt
Bề mặt đủ mịn
Bề mặt đủ cứng
Không bị gỉ quá nhanh
Không bị võng quá mức khi chịu tải
Dễ bôi trơn và bảo trì

Chỉ cần một trong các điểm này không ổn, cơ cấu sẽ dễ sinh lỗi.

2. Không dùng thép tròn bóng hoặc migaki để thay linear shaft

Một lỗi khá dễ gặp là lấy thép tròn bóng, thép kéo nguội, hoặc migaki material để thay cho linear shaft.

Nhìn bằng mắt thường thì có thể thấy giống.

Đều là cây tròn. Đều sáng bóng. Đều có đường kính gần đúng.

Nhưng về chức năng dẫn hướng thì khác rất xa.

Linear shaft tiêu chuẩn thường được mài vô tâm / centerless grinding để kiểm soát đường kính, độ tròn, độ thẳng và chất lượng bề mặt. Trong khi đó, thép kéo nguội hoặc thép tròn bóng thông thường không nhất thiết được quản lý chặt cho mục đích làm đường lăn của bi.

Nếu dùng migaki material làm shaft cho ball bushing, các lỗi sau rất dễ xảy ra:

Có đoạn bạc bị rơ vì đường kính nhỏ.
Có đoạn bạc chạy nặng vì đường kính lớn.
Bề mặt có sóng nhỏ làm bi và seal mòn nhanh.
Độ tròn không tốt làm chuyển động không đều.
Tuổi thọ bạc bi giảm mạnh.

Vì vậy, nếu thiết kế cơ cấu dùng linear bushing, không nên ghi chung chung là:

Trục thép φ20

Nên ghi rõ hơn theo hướng:

Linear shaft φ20, hardened & ground, SUJ2 hoặc tương đương

Nếu là bản vẽ chế tạo riêng, cần chỉ rõ thêm các thông tin như vật liệu, độ cứng bề mặt, dung sai, độ nhám, xử lý bề mặt và chiều dài.

3. Centerless grinding quan trọng ở điểm nào?

Centerless grinding là phương pháp mài rất hay dùng cho các trục tròn chính xác.

Với linear shaft, mục đích không chỉ là làm cho bề mặt nhìn bóng hơn. Quan trọng hơn là kiểm soát:

Đường kính
Độ tròn
Độ trụ
Độ nhám bề mặt
Độ ổn định khi bạc chạy dọc theo trục

Linear bushing là cơ cấu bi lăn. Bi tiếp xúc với shaft theo vùng rất nhỏ. Vì vậy chỉ cần đường kính hoặc bề mặt shaft không đều, cảm giác chạy sẽ thay đổi ngay.

Ở một số loại shaft tiêu chuẩn, dung sai đường kính có thể là g6 hoặc h5. Đây là mức chính xác cao hơn nhiều so với thép tròn thông thường.

Ví dụ với shaft φ20, dung sai kiểu g6 hoặc h5 sẽ được kiểm soát rất chặt để bạc bi có khe hở phù hợp.

Thiết kế máy không nên chỉ nhìn “đường kính danh nghĩa”. Cần hiểu rằng:

Linear bushing chạy tốt hay không phụ thuộc rất nhiều vào độ chính xác thật của shaft.

4. Vật liệu tiêu chuẩn: SUJ2

Vật liệu thường gặp cho linear shaft là SUJ2.

SUJ2 là thép ổ bi, có khả năng chịu mài mòn tốt, phù hợp với bề mặt tiếp xúc của bi.

Tuy nhiên, chỉ ghi vật liệu SUJ2 là chưa đủ. Với linear shaft, điều quan trọng là bề mặt phải được xử lý cứng.

Lý do là bi trong linear bushing lăn trực tiếp trên shaft. Nếu bề mặt shaft mềm, bi sẽ nhanh chóng tạo vết hằn, vết sọc hoặc bong tróc nhỏ trên bề mặt.

Một khi shaft đã có vết, chuyển động sẽ không còn êm. Bi đi qua vùng đó nhiều lần, tiếng ồn và mài mòn sẽ tăng dần.

Với linear shaft dùng cho ball bushing, độ cứng bề mặt thường nằm khoảng:

HRC 58 – 64

Con số cụ thể tùy hãng và loại sản phẩm, nhưng tư duy thiết kế là:

Bề mặt phải đủ cứng để chịu tiếp xúc lăn của bi.

5. Vì sao cần tôi cao tần bề mặt?

Linear shaft vừa là bề mặt lăn, vừa là một chi tiết chịu uốn.

Nếu toàn bộ cây trục được làm quá cứng và quá giòn, khi chịu va đập hoặc moment có thể không tốt. Vì vậy nhiều shaft dùng cách tôi cao tần bề mặt.

Cách này làm cho lớp ngoài của shaft cứng lên, còn phần lõi bên trong vẫn giữ độ dai nhất định.

Nói dễ hiểu:

Bề mặt ngoài cứng để chống mài mòn.
Lõi bên trong vẫn có độ dai để chịu uốn và va đập tốt hơn.

Khi thiết kế hoặc đặt gia công riêng, cần chú ý thêm khái niệm chiều sâu lớp cứng / hardened depth.

Nếu lớp cứng quá mỏng, khi chịu tải cao, lớp bề mặt có thể bị nứt hoặc bong như “vỏ trứng”. Đây là kiểu lỗi rất khó chịu vì ban đầu nhìn shaft vẫn đẹp, nhưng sau một thời gian chạy sẽ bắt đầu tróc hoặc rỗ bề mặt.

Với các cơ cấu tải cao hoặc chạy liên tục, không nên bỏ qua thông tin này.

6. Gia công sau khi đã tôi cứng: phải cẩn thận

Một điểm thực tế nữa là linear shaft sau khi đã tôi cứng và mài chính xác không nên gia công tùy tiện.

Ví dụ:

Phay mặt phẳng
Khoan lỗ ngang
Tarô
Tiện bậc
Cắt rãnh
Hàn hoặc gia nhiệt cục bộ

Các thao tác này có thể làm mất lớp cứng, gây nứt, cong trục hoặc làm thay đổi độ chính xác đã có.

Nếu cần gia công đầu trục, ren trong, lỗ chốt hoặc mặt D-cut, nên chọn loại shaft cho phép đặt gia công sẵn từ nhà cung cấp, hoặc thiết kế ngay từ đầu phần gia công nằm ở vùng không làm việc của bushing.

Không nên lấy shaft tiêu chuẩn về rồi tự xử lý bằng cách “cắt, khoan, hàn cho nhanh” nếu chưa hiểu ảnh hưởng đến lớp cứng và độ thẳng.

7. Độ nhám bề mặt: không chỉ để nhìn đẹp

Linear shaft không chỉ cần cứng, mà còn cần bề mặt đủ mịn.

Nếu bề mặt quá nhám, nó giống như một lớp giấy nhám rất mịn đang mài vào bi, seal và vòng giữ bên trong bushing. Khi chạy sẽ dễ phát sinh:

Tiếng ồn
Ma sát tăng
Mỡ nhanh đen
Seal nhanh mòn
Bạc chạy không còn nhẹ
Tuổi thọ giảm

Với shaft dùng cho ball bushing, bề mặt thường nên ở mức khoảng:

Ra 0.4 µm trở xuống

Tùy hãng và loại sản phẩm có thể khác nhau, nhưng đây là một mốc dễ nhớ khi kiểm tra.

Tuy nhiên, không phải cứ bóng như gương là tốt trong mọi trường hợp. Bề mặt cần đủ mịn để bi lăn êm, nhưng cũng cần giữ được lớp dầu mỡ mỏng để bôi trơn.

Trong thực tế, nếu mua shaft tiêu chuẩn từ hãng uy tín thì độ nhám thường đã ổn. Nhưng nếu dùng hàng gia công ngoài, hàng giá rẻ, hoặc hàng không rõ tiêu chuẩn, nên kiểm tra kỹ phần này.

8. Chống gỉ: SUJ2 tốt nhưng dễ gỉ

SUJ2 chịu mài mòn tốt, nhưng không phải thép không gỉ.

Trong môi trường ẩm, có nước, có hơi dầu, có nước làm mát, hoặc khu vực dễ ngưng tụ hơi nước, shaft rất dễ bị gỉ nếu không được bảo vệ.

Chỉ cần trên bề mặt shaft có một điểm gỉ nhỏ, bi chạy qua đó sẽ không còn êm. Vết gỉ cũng làm seal mòn, làm mỡ bẩn và tạo điểm bắt đầu cho mài mòn.

Một số lựa chọn thường gặp:

Loại shaft	Ưu điểm	Chú ý
SUJ2 tiêu chuẩn	Chịu mài mòn tốt, phổ biến, dễ mua	Dễ gỉ nếu môi trường ẩm
SUJ2 + hard chrome	Chống gỉ và chống mài mòn tốt hơn	Cần chú ý ảnh hưởng lớp mạ đến kích thước
SUJ2 + xử lý đen	Giảm gỉ, giảm phản xạ ánh sáng	Tùy loại xử lý và tiêu chuẩn nhà cung cấp
Stainless shaft / SUS440C tương đương	Phù hợp môi trường có nước hoặc cần sạch	Khả năng chịu tải và độ cứng có thể khác SUJ2 tiêu chuẩn

Không có lựa chọn nào đúng cho mọi máy.

Máy trong xưởng khô, tải bình thường: SUJ2 tiêu chuẩn có thể đủ. Máy gần nước, hơi ẩm, rửa máy: nên cân nhắc hard chrome hoặc stainless. Máy có camera hoặc cảm biến quang: đôi khi phản xạ của shaft cũng cần được tính đến.

9. Đỡ hai đầu hay đỡ toàn chiều dài?

Khi dùng linear shaft, có hai kiểu gá đỡ phổ biến.

Đỡ hai đầu

Đây là kiểu đơn giản nhất. Shaft được giữ ở hai đầu bằng shaft holder hoặc support block.

Ưu điểm:

Kết cấu đơn giản
Chi phí thấp
Dễ lắp
Dùng được với linear bushing loại kín
Phù hợp hành trình ngắn, tải nhẹ

Nhược điểm là shaft làm việc như một cây dầm. Khi tải đặt ở giữa, trục sẽ võng.

Nếu hành trình dài hoặc tải lớn, độ võng này có thể làm bushing bị lệch góc, sinh tải mép và mòn nhanh.

Đỡ toàn chiều dài bằng support rail

Ở kiểu này, shaft được đỡ dọc theo chiều dài bằng một rail đỡ bên dưới.

Ưu điểm:

Giảm võng rất nhiều
Phù hợp hành trình dài hơn
Cơ cấu cứng hơn so với chỉ đỡ hai đầu

Nhược điểm:

Chi phí cao hơn
Lắp ráp cần chú ý mặt lắp
Thường dùng linear bushing loại hở
Hướng chịu tải của bushing loại hở cần xem kỹ

Nói đơn giản:

Hành trình ngắn, tải nhẹ: đỡ hai đầu có thể đủ. Hành trình dài, tải lớn hơn: nên cân nhắc support rail hoặc chuyển sang LM guide.

10. Tính độ võng trục: phần không nên bỏ qua

Với linear shaft, nhiều lỗi không đến từ “thiếu bền” mà đến từ quá võng.

Trục chưa gãy. Trục vẫn chịu được tải. Nhưng bạc đã bị lệch, bị tải mép và mòn nhanh.

Khi shaft được đỡ hai đầu, độ võng phụ thuộc rất mạnh vào chiều dài nhịp đỡ.

Một công thức cơ bản cho trường hợp tải tập trung ở giữa dầm đơn giản là:

δ = P × L³ / (48 × E × I)

Trong đó:

δ: độ võng
P: tải tác dụng
L: khoảng cách giữa hai điểm đỡ
E: mô đun đàn hồi của vật liệu
I: moment quán tính mặt cắt

Với trục tròn đặc:

I = π × d⁴ / 64

Điểm cần nhớ là:

Độ võng tăng theo lũy thừa 3 của chiều dài. Độ cứng tăng rất mạnh khi tăng đường kính trục.

Nói thực tế hơn, nếu tăng chiều dài nhịp đỡ lên 2 lần, độ võng có thể tăng rất mạnh. Ngược lại, tăng đường kính trục lên một cấp có thể cải thiện độ cứng rõ rệt.

Vì vậy, với hành trình dài, đừng chọn đường kính shaft theo cảm giác. Nên tính sơ bộ độ võng trước.

Một mốc tham khảo trong cơ cấu vận chuyển thông thường là kiểm soát võng ở mức khoảng 0.5 mm/m hoặc thấp hơn. Với cơ cấu cần chính xác hơn, cần đặt tiêu chuẩn nghiêm hơn, ví dụ 0.1 mm tùy yêu cầu máy.

11. Dung sai lắp: shaft g6 và housing H7

Đây là phần rất dễ bị bỏ qua nhưng lại quan trọng khi thiết kế.

Linear shaft tiêu chuẩn thường có dung sai đường kính như:

Tùy loại shaft và nhà sản xuất.

Phần lỗ gá shaft, holder hoặc housing thường dùng:

Tổ hợp hay gặp là:

Shaft g6 + housing H7

Mục đích là tạo ra khe hở phù hợp để lắp được shaft vào holder/housing, sau đó dùng cơ cấu kẹp, vít siết hoặc slit clamp để cố định chắc.

Nếu lắp quá lỏng:

Shaft có thể bị rơ.
Vị trí trục không ổn định.
Độ chính xác cơ cấu giảm.
Khi chạy lâu có thể sinh rung hoặc mòn vị trí gá.

Nếu lắp quá chặt:

Khó lắp ráp.
Có thể làm xước shaft.
Có thể làm biến dạng holder.
Khó căn chỉnh song song hai trục.
Khi bảo trì sẽ rất khó tháo.

Với linear bushing, nếu cần chạy nhẹ, nên ưu tiên khe hở tiêu chuẩn và căn chỉnh tốt. Nếu cần giảm rơ, có thể dùng loại bushing điều chỉnh khe hở hoặc housing có khe siết để tạo preload nhẹ.

Nhưng preload không phải cứ siết mạnh là tốt.

Siết quá mức có thể làm bạc chạy nặng, nóng, mòn nhanh hoặc làm trục bị xước. Đặc biệt với cơ cấu 2 trục song song, nếu vừa siết bạc chặt, vừa căn trục chưa tốt, bàn trượt rất dễ bị bó.

Tư duy thiết kế nên là:

Cần chạy nhẹ thì ưu tiên lắp không bị bó.
Cần độ rơ thấp thì dùng loại có điều chỉnh, nhưng phải căn song song kỹ.
Cần chịu tải và moment lớn thì xem lại có nên dùng LM guide không.
Không dùng preload để chữa thiết kế thiếu độ cứng.

12. Ball bushing và oilless bushing: không phải lúc nào cũng chọn bi

Khi dùng linear shaft, không nhất thiết lúc nào cũng phải dùng ball bushing.

Có hai nhóm thường gặp:

Ball bushing là loại có bi lăn. Ma sát rất thấp, chạy nhẹ, phù hợp với cơ cấu cần tốc độ, độ nhạy và lực đẩy nhỏ.

Oilless bushing là bạc trượt. Vật liệu thường là kim loại tự bôi trơn, nhựa kỹ thuật, hoặc hợp kim có chất bôi trơn rắn. Ma sát cao hơn ball bushing, nhưng trong nhiều trường hợp lại chịu tải tĩnh, va đập và môi trường bẩn tốt hơn.

So sánh nhanh:

Tiêu chí	Ball bushing	Oilless bushing
Cơ chế	Bi lăn	Trượt tiếp xúc mặt
Ma sát	Rất thấp	Cao hơn
Tốc độ	Tốt	Tùy vật liệu
Chịu va đập	Kém hơn	Tốt hơn
Môi trường bụi	Dễ kẹt nếu dị vật vào bi	Thường chịu bẩn tốt hơn
Yêu cầu shaft	Cần shaft cứng và mịn	Vẫn nên dùng shaft tốt, nhưng tùy vật liệu bạc
Ứng dụng	Cơ cấu nhẹ, nhanh, cần lực đẩy nhỏ	Cơ cấu chậm, tải lớn, bụi, va đập

Nếu cơ cấu chạy trong môi trường nhiều bụi, mạt, hàn, bột hoặc va đập mạnh, ball bushing chưa chắc là lựa chọn tốt nhất.

Có khi oilless bushing lại bền hơn.

13. Tuổi thọ và định mức 50 km / 100 km

Khi so sánh tuổi thọ linear bushing, cần chú ý đến basic dynamic load rating / basic rated life trong catalog.

Một điểm dễ nhầm là không phải hãng nào cũng dùng cùng một chuẩn khoảng cách định mức.

Có tài liệu dùng chuẩn 50 km. Có tài liệu dùng chuẩn 100 km.

Nếu lấy thông số của hai hãng khác nhau rồi so trực tiếp mà không kiểm tra chuẩn định mức, rất dễ hiểu sai.

Khi tính tuổi thọ, cần xem:

Basic dynamic load rating C
Tải thực tế tác dụng lên bushing
Hệ số tải do va đập/rung động
Hướng tải
Độ cứng shaft
Điều kiện bôi trơn
Môi trường bụi, nước, nhiệt
Chuẩn tuổi thọ 50 km hay 100 km

Trong thực tế thiết kế máy, không nên tin tuyệt đối vào con số tuổi thọ tính ra nếu điều kiện chạy có va đập, bụi, thiếu bôi trơn hoặc căn chỉnh không tốt.

Catalog là điểm bắt đầu. Hiện trường mới là nơi kiểm tra thiết kế thật sự có ổn không.

14. Fretting: mòn vi động khi stroke quá ngắn

Một lỗi khá khó chịu ở linear shaft là fretting, có thể hiểu là mòn vi động.

Hiện tượng này thường xảy ra khi cơ cấu chỉ dao động qua lại với hành trình rất ngắn, hoặc khi máy dừng nhưng có rung động nhỏ lặp đi lặp lại.

Vì hành trình quá ngắn, bi không lăn qua đủ đoạn để phân bố dầu mỡ đều. Vùng tiếp xúc bị lặp lại liên tục ở một vài đường rất hẹp trên shaft. Lâu dần, bề mặt xuất hiện vệt màu nâu, đen hoặc vết sọc theo line chạy của bi.

Fretting có thể làm:

Shaft bị mòn theo vệt
Bạc phát tiếng ồn
Mỡ bị đen nhanh
Cơ cấu chạy không còn mượt
Tuổi thọ giảm dù tải không lớn

Một mẹo bảo trì trong một số trường hợp là xoay vị trí shaft.

Vì bi thường chỉ chạy trên một số đường tiếp xúc cố định quanh chu vi shaft. Nếu kết cấu cho phép tháo và xoay shaft đi một góc, ví dụ 45 độ, bi sẽ chạy trên vùng bề mặt khác ít mòn hơn.

Tất nhiên đây là biện pháp bảo trì kéo dài tuổi thọ, không phải giải pháp thay thế cho thiết kế đúng.

Muốn làm được việc này, ngay từ thiết kế nên để shaft dễ tháo, dễ xoay, dễ lắp lại và không bị vướng quá nhiều chi tiết xung quanh.

15. Bôi trơn: dầu chống gỉ không phải mỡ chạy máy

Một lỗi rất thường gặp là lấy shaft và bushing mới về rồi lắp ngay.

Nhiều sản phẩm khi xuất xưởng có dầu chống gỉ. Lớp dầu này giúp bảo quản trong kho và vận chuyển, nhưng không có nghĩa là đủ cho vận hành lâu dài.

Khi lắp máy, cần kiểm tra hướng dẫn của nhà sản xuất, lau sạch dầu bảo quản nếu cần, sau đó bôi đúng loại grease cho cơ cấu.

Khi bôi mỡ, không nên chỉ quẹt một lớp mỡ mỏng bên ngoài shaft cho có. Cần đảm bảo mỡ vào được vùng bi bên trong bushing.

Với cơ cấu chạy liên tục, nên có chu kỳ bôi trơn rõ ràng. Ví dụ:

Theo số km chạy
Theo số chu kỳ
Theo tháng vận hành
Theo mức độ bụi, nước, nhiệt hoặc tải

Môi trường càng xấu thì chu kỳ kiểm tra càng phải ngắn.

Dấu hiệu cần kiểm tra bôi trơn:

Bạc chạy có tiếng rào rào
Shaft có vệt sọc
Mỡ bị đen nhanh
Cụm trượt có đoạn nặng bất thường
Bạc nóng hơn bình thường
Seal bị bụi bám nhiều
Có gỉ hoặc nước bám trên shaft

Bôi trơn là việc nhỏ, nhưng ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ thật của cơ cấu.

16. Lắp 2 shaft song song: nên có một trục chuẩn, một trục theo

Cơ cấu linear shaft thường dùng 2 trục song song để chống xoay.

Nhưng nếu 2 trục không song song tốt, bàn trượt sẽ bị bó.

Một lỗi hay gặp là bắt cứng cả hai trục theo bản vẽ, sau đó lắp bàn trượt lên và thấy chạy nặng. Lúc này nhiều người lại cố nới bạc, mài lỗ, hoặc bôi thêm mỡ. Nhưng nguyên nhân gốc có thể là hai trục đang bị ép sai vị trí.

Cách làm thực tế thường là:

Chọn một shaft làm chuẩn.
Cố định shaft chuẩn trước.
Shaft còn lại để gá lỏng.
Lắp bàn trượt và cho chạy qua lại vài lần.
Để cụm tự tìm vị trí ít bị bó.
Sau đó siết dần shaft phụ hoặc block phụ.

Trong tiếng Nhật, có thể gặp cách làm kiểu 片側基準・片側仮締め hoặc とも締め tùy cách gọi tại hiện trường.

Cách này không thay thế cho gia công chính xác, nhưng giúp giảm lỗi do sai số lắp ráp.

Với cơ cấu cần chính xác cao, vẫn nên có:

Mặt chuẩn
Đồ gá lắp
Đồng hồ so
Trình tự siết bulong
Tiêu chuẩn kiểm tra lực trượt sau lắp

17. Trục đứng: phải nghĩ đến rơi tự do

Nếu linear shaft dùng cho trục đứng, không được chỉ nghĩ đến chuyện dẫn hướng.

Cần nghĩ đến tình huống mất điện, mất khí, đứt truyền động, mất điều khiển hoặc lỗi phanh motor.

Với trục đứng, nên cân nhắc:

Motor có brake
Cơ cấu kẹp trục
Xy lanh có khóa
Counter balance
Giới hạn hành trình cơ khí
Giảm chấn
Cảm biến kiểm tra vị trí
Cơ cấu chống rơi khi bảo trì

Linear shaft và bushing không phải cơ cấu giữ tải an toàn. Nó chỉ là cơ cấu dẫn hướng.

Nếu tải có thể rơi xuống gây hư máy hoặc nguy hiểm cho người, cần có cơ cấu chống rơi riêng.

Đây là phần thiết kế an toàn, không nên để đến lúc chạy thử mới nghĩ.

18. Chọn hãng và chiến lược mua hàng

Linear shaft là chi tiết tiêu chuẩn, nhưng mỗi hãng có thế mạnh khác nhau.

Ví dụ:

Hãng	Điểm mạnh thường gặp	Phù hợp
MISUMI	Dễ chọn, nhiều option gia công, giao nhanh	Jig, máy thử, thiết kế cần tiến độ
THK	Tài liệu kỹ thuật tốt, độ tin cậy cao	Máy quan trọng, yêu cầu ổn định
NB	Mạnh về shaft và slide bushing	Cơ cấu dùng trục tròn, thay thế thiết bị cũ
IKO	Nhiều sản phẩm nhỏ gọn, chính xác	Cơ cấu nhỏ, thiết bị cần tiết kiệm không gian

Trong thiết kế máy, không phải lúc nào chọn hãng “xịn nhất” cũng là tối ưu.

Cần cân bằng:

Giá
Độ tin cậy
Thời gian giao hàng
Khả năng mua lại sau này
Có option gia công không
Có hàng thay thế ở nước xuất khẩu không
Có tài liệu kỹ thuật rõ không

Nếu máy xuất khẩu hoặc lắp ở nước ngoài, nên chọn loại dễ mua lại tại địa phương hoặc có mã tương đương rõ ràng. Một linh kiện rẻ nhưng sau này không mua được để thay cũng là rủi ro.

19. Checklist kiểm tra trước khi chốt thiết kế

Phần này nên dùng như checklist trước khi phát hành bản vẽ hoặc đặt hàng linh kiện.

19.1. Kiểm tra shaft

Shaft có phải loại hardened & ground linear shaft không?
Có đang dùng nhầm thép tròn bóng hoặc migaki material không?
Vật liệu có phù hợp không: SUJ2, hard chrome, stainless hay loại xử lý đặc biệt?
Độ cứng bề mặt có đủ cho ball bushing không?
Có cần kiểm tra chiều sâu lớp cứng không?
Độ nhám bề mặt có phù hợp không?
Có xử lý chống gỉ nếu môi trường ẩm, nước, hơi dầu hoặc rửa máy không?
Nếu có camera/cảm biến quang, bề mặt shaft có gây phản xạ khó chịu không?

19.2. Kiểm tra kết cấu gá đỡ

Shaft đang đỡ hai đầu hay đỡ toàn chiều dài?
Nếu đỡ hai đầu, đã tính độ võng chưa?
Hành trình dài có cần support rail không?
Đường kính shaft đã đủ cứng chưa, hay chỉ chọn theo cảm giác?
Khoảng cách giữa hai gối đỡ có quá xa không?
Tải có đặt gần giữa nhịp đỡ không?
Work có bị lệch tâm gây moment không?

19.3. Kiểm tra dung sai và lắp ráp

Shaft dùng dung sai gì: g6, h5 hay loại khác?
Housing/holder có phù hợp với H7 hoặc dung sai tương đương không?
Có thiết kế cơ cấu kẹp shaft hợp lý không?
Có tránh lắp quá lỏng gây rơ không?
Có tránh lắp quá chặt gây khó căn chỉnh và khó bảo trì không?
Nếu cần giảm rơ, có dùng bushing điều chỉnh khe hở đúng cách không?
Có đang dùng preload để che lỗi thiếu độ cứng không?

19.4. Kiểm tra 2 trục song song

Đã chọn một shaft làm chuẩn chưa?
Shaft còn lại có cơ cấu cho phép căn theo shaft chuẩn không?
Có trình tự lắp: một bên cố định, một bên gá lỏng, chạy thử rồi siết dần không?
Sau khi lắp có kiểm tra lực trượt toàn hành trình không?
Có điểm nào chạy nặng bất thường không?
Có đủ không gian để đưa đồng hồ so hoặc dụng cụ kiểm tra vào không?

19.5. Kiểm tra bushing và môi trường

Dùng ball bushing hay oilless bushing?
Nếu môi trường bụi, mạt, hàn, bột hoặc va đập, ball bushing có thật sự phù hợp không?
Nếu cần ma sát thấp và chạy nhẹ, oilless bushing có làm lực đẩy tăng quá nhiều không?
Có seal, cover hoặc cách che bụi cho shaft không?
Có nguy cơ nước, dầu, hóa chất hoặc hơi ẩm bám lên shaft không?

19.6. Kiểm tra tuổi thọ và bảo trì

Khi so sánh catalog, đã kiểm tra chuẩn tuổi thọ 50 km hay 100 km chưa?
Có tính đến hệ số va đập/rung động không?
Có stroke quá ngắn dễ gây fretting không?
Có quy định loại grease khi lắp mới không?
Có phân biệt dầu chống gỉ và mỡ bôi trơn vận hành không?
Có đường bơm mỡ hoặc không gian thao tác bảo trì không?
Có thể tháo, xoay vị trí hoặc thay shaft mà không tháo quá nhiều cụm máy không?

19.7. Kiểm tra an toàn

Nếu dùng cho trục đứng, đã có cơ cấu chống rơi chưa?
Motor có brake không?
Có clamp, counter balance hoặc cơ cấu giữ tải khi mất điện/mất khí không?
Có giới hạn hành trình cơ khí không?
Khi bảo trì, tải có thể rơi tự do không?

Checklist này không cần lúc nào cũng ghi hết lên bản vẽ. Nhưng trước khi chốt thiết kế, nên đi qua ít nhất một lần. Linear shaft là chi tiết tiêu chuẩn, nhưng lỗi thường nằm ở cách mình dùng nó trong cơ cấu thật.

20. Kết luận

Linear shaft nhìn đơn giản, nhưng nó quyết định khá nhiều đến độ êm, độ rơ và tuổi thọ của cơ cấu dùng linear bushing.

Điểm quan trọng nhất là không xem nó như một cây thép tròn bình thường. Shaft phải đủ chính xác, đủ cứng, đủ mịn và được gá đỡ đúng cách.

Với cơ cấu ngắn, nhẹ, yêu cầu vừa phải, linear shaft là lựa chọn rất kinh tế và dễ dùng. Nhưng khi hành trình dài, tải lệch tâm, môi trường xấu hoặc máy chạy liên tục, phải tính kỹ hơn: độ võng, dung sai lắp, bôi trơn, chống gỉ, fretting và cả khả năng bảo trì sau này.

Một câu ngắn gọn:

Linear shaft dùng đúng thì rẻ, đơn giản và hiệu quả. Nhưng dùng sai vật liệu, sai dung sai hoặc sai cách gá đỡ thì rất nhanh thành lỗi hiện trường.

Trong thiết kế máy, những chi tiết nhìn càng đơn giản thì càng dễ bị xem nhẹ. Linear shaft là một ví dụ rất điển hình.

Xem tất cả bài viết kỹ thuật MINATA