Vòng cách (cage, còn gọi là bộ giữ bi) là chi tiết dạng vành nằm giữa vòng trong và vòng ngoài của vòng bi, có nhiệm vụ phân bố đều các phần tử lăn theo chu vi và ngăn chúng va chạm trực tiếp với nhau.
Vòng cách không chịu tải chính — tải đi qua phần tử lăn và rãnh lăn. Nhưng khi vòng cách hỏng, vòng bi hỏng theo ngay lập tức: các bi hoặc con lăn mất định vị, va chạm nhau, tạo tải xung làm phá hủy rãnh lăn trong vài phút. Theo FAG/Schaeffler, vòng cách hỏng chiếm khoảng 2–3% tổng nguyên nhân hỏng vòng bi — tỷ lệ nhỏ nhưng hậu quả lớn vì thường kéo theo hỏng toàn bộ cụm.
Vật liệu và thiết kế vòng cách
Vật liệu phổ biến nhất là thép dập (stamped steel) — chi phí thấp, đủ bền cho ứng dụng thông thường. Vòng cách thép dập nhận biết bằng hai nửa được ghép bằng đinh tán hoặc cắt zíc-zắc. Series 6205 đến 6310 thường dùng vòng cách thép dập, ký hiệu J trên mã vòng bi (ví dụ 6308-J).
Polyamide PA66 gia cường 25% sợi thủy tinh là lựa chọn cho tốc độ cao và nhiệt độ vừa (đến 120°C liên tục). Vòng cách nhựa nhẹ hơn 60–70% so với thép, giảm lực ly tâm ở tốc độ cao, cho phép hệ số ndm cao hơn. Ký hiệu trên mã vòng bi: TN9 (ví dụ: 6308-2RS/TN9).
Đồng thanh gia công (machined brass) dùng cho vòng bi đặc biệt — nhiệt độ cao, môi trường hóa chất, hoặc khi cần dẫn nhiệt. Vòng bi đỡ chặn cỡ lớn series 7200/7300 thường dùng vòng cách đồng thanh (ký hiệu M, ví dụ: 7210 BM). Ở môi trường > 200°C, vòng cách PEEK là lựa chọn duy nhất thực tế.
Ví dụ thực tế: 6205-2RS1/C3
Vòng bi 6205-2RS1/C3 (d = 25, D = 52, B = 15 mm, C = 14,8 kN, C₀ = 7,8 kN) dùng vòng cách thép dập tiêu chuẩn. Ký hiệu 2RS1 cho biết có phớt tiếp xúc hai phía — vòng cách nằm bên trong, cách ly hoàn toàn với môi trường ngoài.
Tại một nhà máy dệt ở Nam Định, 6205-2RS1/C3 trên trục con thoi chạy 6.000 rpm. Sau 8 tháng, phát hiện tiếng kêu tần số cao bất thường. Tháo ra kiểm tra: vòng cách thép có vết mài mòn không đều ở một túi bi — do lắp lệch tâm 0,05 mm. Sau khi chỉnh trục và thay vòng bi mới, tiếng kêu biến mất và vòng bi chạy thêm hơn 2 năm không sự cố.
| Loại vòng cách | Ký hiệu | Nhiệt độ max | ndm điển hình | Ứng dụng |
|---|---|---|---|---|
| Thép dập | J | 150°C | 450.000 | Ứng dụng thông thường |
| Nhựa PA66-GF | TN9 | 120°C | 700.000 | Tốc độ cao, nhẹ |
| Đồng thanh gia công | M | 200°C | 600.000 | Cỡ lớn, nhiệt độ cao |
| PEEK | — | 250°C | 800.000 | Môi trường cực đoan |
Hư hỏng vòng cách: nhận biết và nguyên nhân
Vòng cách hỏng thường do một trong ba nguyên nhân: tốc độ vượt giới hạn ndm (vòng cách bị xé do lực ly tâm), bôi trơn thiếu (ma sát giữa vòng cách và phần tử lăn tăng cao), hoặc lắp sai (cạy vòng cách khi lắp ép dùng lực quá lớn vào sai vị trí). Tham khảo bài cấu tạo vòng bi để hiểu vai trò từng chi tiết, và xem vòng bi cầu rãnh sâu dùng vòng cách TN9 cho tốc độ cao.
Dấu hiệu nhận biết sớm: tiếng kêu tần số cao không đều (khác với tiếng ù đều của vòng bi mòn thông thường), rung tăng đột ngột. Khi tháo vòng bi và thấy bi không còn phân bố đều, hoặc vòng cách nứt/vỡ — đây là hỏng cơ học, không phải mỏi vật liệu. Nguyên nhân gốc cần điều tra để không tái phát.