Cách xác định tuổi thọ của hệ thống bạc đạn. Khi chủ đề về tuổi thọ vòng bi lăn phát sinh, các kỹ sư thường hỏi những câu hỏi như:
- “Ý bạn là gì khi xoay vòng vòng đời?”
- “Làm thế nào để bạn biết khi nào bạn sắp kết thúc cuộc đời của bạn?”
- “Có phải khi ổ trục ngừng quay không?”
- “Có phải là khi máy móc đặt ổ trục đạt đến một thời gian hoạt động cụ thể?”
Thông thường, câu trả lời cho những câu hỏi này có thể bao gồm: “Thời hạn sử dụng cho đến khi vòng bi hoặc vòng bi không còn phù hợp với mục đích đã định của chúng” hoặc “Khi vòng bi ngừng quay”. Thật không may, những câu trả lời này không cụ thể và đầy đủ.
Trong danh mục của các nhà sản xuất vòng bi và hầu hết các sách thiết kế kỹ thuật, hiện tượng giới hạn tuổi thọ và độ tin cậy của vòng bi được gọi là mỏi phần tử lăn. Hiện tượng này đã được nghiên cứu trong hơn 120 năm, bắt đầu từ những năm 1890 với công trình tiên phong của Richard Stribeck ở Đức, cũng như đầu thế kỷ 20 với John Goodman ở Anh và Arvid Palmgren ở Thụy Điển.
Những đóng góp của Palmgren có lẽ là quan trọng nhất đối với công nghệ ổ trục lăn. Năm 1924, ông cung cấp cơ sở cho việc tính toán tuổi thọ vòng bi. Ông nói rõ rằng cuộc sống mang lại không phải là xác định mà là phân bổ. Ý của ông là không có hai ổ trục trong một nhóm sẽ chạy trong cùng một điều kiện hoặc sẽ hỏng cùng một lúc. Ông đề xuất khái niệm về sự sống L10, hay thời gian mà 90% dân số mang thai sẽ sống sót và 10% thất bại. Ông có lẽ là người đầu tiên đề xuất một phương pháp hợp lý để tính toán tuổi thọ của một bộ phận máy móc.
Nguồn kiến thức thực tế của hầu hết các kỹ sư về ổ trục và ổ trục đến từ danh mục của nhà sản xuất đầu máy toa xe. Đối với khoảng 90 đến 95 phần trăm các ứng dụng thiết kế máy, các phương trình và khuyến nghị trong danh mục của nhà sản xuất ổ trục cung cấp cho thiết kế an toàn và đáng tin cậy. Thông thường, 5 đến 10 phần trăm ứng dụng còn lại yêu cầu kiến thức chuyên môn và phân tích để tránh các vấn đề.
Chế độ thất bại
Dạng hư hỏng cuối cùng giới hạn tuổi thọ của ổ trục là mỏi phần tử lăn của ổ trục hoặc phần tử lăn. Độ mỏi của phần tử cán là cực kỳ thay đổi nhưng có thể dự đoán được về mặt thống kê tùy thuộc vào mác thép, cách xử lý thép, nhiệt luyện, chế tạo và loại ổ trục, chất bôi trơn được sử dụng và điều kiện vận hành.
Những hình ảnh này cho thấy sự hỏng hóc của phần tử lăn đại diện cho các vòng trong (trái) và bi (phải) từ ổ bi có đường kính 120 mm được làm bằng thép AISI M-50.
Hỏng hóc biểu hiện bằng một vết nứt giới hạn ở chiều rộng của đường chạy và chiều sâu của ứng suất cắt lớn nhất bên dưới bề mặt tiếp xúc. Spall có thể có nguồn gốc bề mặt hoặc bề mặt. Các vết nứt bắt nguồn từ bề mặt thường bắt đầu như một vết nứt tại một khuyết tật bề mặt hoặc tại một vết lõm của mảnh vỡ lan truyền thành mạng lưới vết nứt để tạo thành vết nứt. Một vết nứt bắt đầu tại một điểm gia tăng ứng suất, chẳng hạn như bộ tăng cứng bên dưới đường ray trong vùng ứng suất cắt lớn nhất, cũng lan truyền thành mạng lưới vết nứt để tạo thành vết nứt.
Các hư hỏng do mỏi bắt nguồn từ bên dưới bề mặt tiếp xúc được gọi là mỏi phần tử lăn cổ điển. Sự thất bại mỏi do yếu tố cán cổ điển tương tự như tỷ lệ tử vong do tuổi già ở người. Tuy nhiên, hầu hết các vòng bi bị loại bỏ khỏi dịch vụ vì những lý do khác.
Các hư hỏng khác với hư hỏng do mỏi phần tử lăn cổ điển được coi là có thể tránh được nếu ổ trục không bị quá tải và được thiết kế, xử lý, lắp đặt và bôi trơn đúng cách. Với việc cải tiến sản xuất vòng bi và gia công thép cùng với công nghệ bôi trơn tiên tiến, những cải tiến tiềm năng về tuổi thọ của vòng bi có thể lớn hơn 80 lần so với những gì sẽ đạt được vào cuối những năm 1950 hoặc gấp lại. Nhiều hơn 400 lần so với những gì đã đạt được vào năm 1940.
Vòng bi cơ bản
Như đã đề cập trước đây, tuổi thọ L10, trong hàng triệu vòng quay bên trong, là tuổi thọ lý thuyết mà 90 phần trăm dân số ổ trục phải bằng hoặc vượt quá mà không bị hỏng ở tải hoạt động của chúng. Nó dựa trên mỏi phần tử lăn cổ điển. “Tuổi thọ vòng bi cơ bản” thường được gọi trong danh mục của nhà sản xuất vòng bi là tuổi thọ L10 không có hệ số tuổi thọ, phụ thuộc vào loại vòng bi, thép chịu lực, xử lý thép, nhiệt độ xử lý, chất bôi trơn và điều kiện vận hành.
Những hình minh họa này mô tả một vết nứt bắt đầu bên dưới bề mặt trong lớp phủ cứng (trên cùng) và một mạng lưới vết nứt bắt đầu từ bề mặt từ một khuyết tật bề mặt.
Hầu hết các vòng bi được lựa chọn và định kích thước dựa trên “tuổi thọ vòng bi cơ bản” được tính toán và đôi khi không có hệ số tuổi thọ. Lưu ý rằng vào hoặc trước thời gian được tính toán này, 10 phần trăm vòng bi hoạt động dưới tải trọng và tốc độ này có thể bị hỏng. Nhiều kỹ sư không nhận ra rằng tuổi thọ mà họ tính toán không dựa trên thời gian trước đó sẽ không hỏng hóc mà dựa vào thời gian trước khi 10% vòng bi có thể hỏng hóc. Sai lầm này có thể dẫn đến yêu cầu bảo hành và trách nhiệm sản phẩm đối với nhà sản xuất thiết bị.
Tuổi thọ hệ thống bạc đạn
Vì có thể giả định một cách an toàn rằng bất kỳ máy quay nào sẽ có hai hoặc nhiều ổ trục bao gồm hệ thống, bạn cũng phải xác định tuổi thọ của hệ thống ổ trục ngoài tuổi thọ ổ trục riêng lẻ. Điều này có thể đạt được bằng cách kết hợp các ổ trục riêng lẻ thành một vòng đời của hệ thống duy nhất.
Để thiết lập tuổi thọ hệ thống, cần phải hiểu rõ về độ tin cậy của chuỗi nghiêm ngặt. Hãy nhớ rằng tuổi thọ của ổ trục trong một hệ thống luôn bằng hoặc nhỏ hơn tuổi thọ của ổ trục có tuổi thọ ngắn nhất trong hệ thống. Ví dụ: giả sử bạn có một hộp số giảm tốc đơn giản với hai vòng bi đỡ bánh răng đầu vào chạy ở tốc độ 3.600 vòng / phút và một bánh răng đầu ra được hỗ trợ bởi hai vòng bi giống hệt nhau chạy ở tốc độ 3.600 vòng / phút. độ 900 vòng / phút. Ở mức đầy tải hoặc mô-men xoắn (100 phần trăm), tuổi thọ của mỗi ổ trục đầu vào là 2.500 giờ và tuổi thọ của mỗi ổ trục đầu ra là 10.000 giờ. 10% tuổi thọ hệ thống sẽ được tính là 1.124 giờ. Điều này có nghĩa là nếu bạn phân phối 1.000 hộp số và tất cả chúng hoạt động ở mô-men xoắn cực đại trong 1.124 giờ, thì 100 hộp số sẽ có ít nhất một lần hỏng ổ trục.
Nếu tuổi thọ của ổ trục có tuổi thọ ngắn nhất trong hệ thống là 2.500 giờ, thì có thể kỳ vọng một cách hợp lý rằng trong 133 giờ đầu hoạt động của mỗi hộp số sẽ không có trục trặc nào về ổ trục. Tuy nhiên, các hộp số có thể không được vận hành ở mô-men xoắn đầu ra mọi lúc. Giả sử rằng các hộp số hoạt động ở toàn bộ mô-men xoắn 50 phần trăm thời gian, một nửa mô-men xoắn 30 phần trăm thời gian và một phần tư mô-men xoắn 20 phần trăm thời gian. Để tính tổng tuổi thọ của hệ thống, bạn cần tính tuổi thọ của hệ thống L10 tại mỗi điều kiện.
Ở tuổi thọ hệ thống L10 là 2.671 giờ, về mặt lý thuyết, 10% tất cả các hộp số đang hoạt động sẽ có một hoặc nhiều lỗi ổ trục. Nếu, như trong ví dụ trước, bạn có 1.000 hộp số đang được bảo dưỡng và 100 hộp số bị hỏng, bạn sẽ có 100 vòng bi hỏng trong số 4.000 vòng bi đang được bảo dưỡng. Nói cách khác, 2,5% số vòng bi đang sử dụng bị hỏng chiếm 10% số lần hỏng hộp số. 97,5% còn lại của vòng bi đang sử dụng có thể được giả định một cách hợp lý là không bị hư hại và có thể sử dụng được.
Đây là lý do tại sao phần lớn các vòng bi không bị hư hại bị loại bỏ khỏi dịch vụ chưa bao giờ đạt đến tuổi thọ L10 được tính toán của chúng. Do đó, việc kiểm tra, làm lại và bảo dưỡng lại những vòng bi không bị hư hại đã được tháo ra trước khi đạt đến tuổi thọ L10 trở nên thiết thực và tiết kiệm chi phí.
Lý do loại bỏ
Cho đến nay, cuộc thảo luận này đã dựa trên mỏi phần tử lăn cổ điển như là phương thức duy nhất của sự hỏng hóc và loại bỏ ổ trục. Tuy nhiên, có lẽ ít hơn 5 phần trăm vòng bi được đưa ra khỏi hoạt động vì mỏi phần tử lăn, cho dù có nguồn gốc bề mặt hay bề mặt.
Bảng 1 trình bày danh sách các nguyên nhân có thể gây ra sự từ chối ổ trục và tỷ lệ phần trăm ước tính liên quan đến từng nguyên nhân tương ứng. Ngoài danh sách các nguyên nhân dẫn đến từ chối ổ trục này, các chế độ hỏng hóc liên quan được phân loại trong phần “khác” sẽ bao gồm lệch ổ trục, ngâm nước muối đúng và sai, lực đẩy / ổ trục quá tải, bôi trơn, gia tải trước nhiệt và nhiệt, ứng suất cạnh trục lăn, lồng, phần tử hoặc vòng gãy, hư hỏng trượt và phóng điện hồ quang.
Có thể giảm thiểu và / hoặc giảm thiểu các nguyên nhân của việc tháo và hỏng vòng bi bằng cách thiết kế vòng bi tốt, lắp đặt vòng bi đúng cách, bảo dưỡng kịp thời và thực hành bôi trơn tốt. Tuy nhiên, chúng không thể bị loại bỏ hoàn toàn, điều này làm cho việc hiểu và xác định tuổi thọ vòng bi càng trở nên quan trọng hơn.
