Cách xác định tuổi thọ của hệ thống bạc đạn

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:

  • “Bạn có ý nghĩa gì khi lăn vòng đời?”
  • “Làm thế nào để bạn biết khi nào bạn sắp kết thúc cuộc sống?”
  • “Có phải khi ổ trục ngừng quay không?”
  • “Có phải là khi máy mà ổ trục nằm trong đó 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 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 hạn chế 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 cán. Năm 1924, ông đã cung cấp nền tảng cho việc tính toán tuổi thọ ổ lăn. Ông nói rõ rằng cuộc sống mang không phải là xác định mà là phân bổ. Ý của ông là không có hai vòng bi nào trong một nhóm chạy trong cùng một điều kiện hoặc sẽ hỏng cùng một lúc. Ông đề xuất khái niệm về tuổi thọ L10 hoặc thời gian mà 90% dân số vòng bi sẽ tồn tại và 10% đã hỏng. Ông có lẽ là người đầu tiên đề xuất một phương pháp hợp lý để tính toán tuổi thọ của một chi tiết máy.

Nguồn kiến ​​thức thực tế của hầu hết các kỹ sư về ổ bi và ổ lăn đến từ danh mục của các nhà sản xuất ổ lăn. Đối với khoảng 90 đến 95 phần trăm các ứng dụng thiết kế máy móc, 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 còn lại của các ứng dụng yêu cầu kiến ​​thức chuyên môn và phân tích để tránh các vấn đề.

Chế độ thất bại

Chế độ hỏng hóc cuối cùng hạn chế tuổi thọ vòng bi là mỏi phần tử lăn của vòng bi 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 loại thép, quá trình xử lý thép, nhiệt luyện, chế tạo và loại ổ trục, chất bôi trơn được sử dụng và điều kiện vận hành.

Bearing Lubrication Image 1
Những hình ảnh này cho thấy sự hỏng hóc do mỏi phần tử lăn đại diện của vòng đua bên trong (trái)
và bi (phải) từ ổ bi có đường kính 120 mm được làm bằng thép AISI M-50.

Sự cố biểu hiện như một vết nứt được 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 dưới bề mặt. 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 mảnh vụn 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 một phần cứng bên dưới đường chạy trong vùng có ứng suất cắt lớn nhất, cũng lan truyền thành một 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. Thất bại do mệt mỏi phần tử lăn cổ điển tương tự như tử vong do tuổi già ở con người. Tuy nhiên, hầu hết các vòng bi bị loại bỏ khỏi dịch vụ vì những lý do khác.

Các hư hỏng khác với các 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 gấp 80 lần so với khả năng đạt được vào cuối những năm 1950 hoặc gấp 400 lần so với khả năng 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 quần thể 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 đề cập trong danh mục của các 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, xử lý nhiệt, chất bôi trơn và điều kiện vận hành.

Bearing Lubrication Image 2
Những hình minh họa này mô tả một
vết nứt bắt đầu dưới bề mặt ở một 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 yếu tố tuổi thọ. Lưu ý là 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 xảy ra hỏng hóc mà dựa vào thời gian trước đó 10% vòng bi có thể bị hỏng. 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 vòng bi

Vì có thể giả định một cách chắc chắn rằng bất kỳ máy móc nào quay đều 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 vòng bi riêng lẻ thành một vòng đời duy nhất cho hệ thống.

Bearing Lubrication Chart 2

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 loại vòng bi giống nhau chạy ở tốc độ 900 vòng / phút. Ở mức tải hoặc mô-men xoắn đầy đủ (100 phần trăm), tuổi thọ của mỗi vòng bi đầu vào là 2.500 giờ và tuổi thọ của mỗi vòng bi đầu ra là 10.000 giờ. Tuổi thọ 10% của 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 đều 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 vòng bi có tuổi thọ ngắn nhất trong hệ thống là 2.500 giờ, thì có thể kỳ vọng hợp lý rằng trong 133 giờ hoạt động đầu tiên của mỗi hộp số sẽ không có hỏng vòng bi nào. Tuy nhiên, các hộp số có thể không được vận hành ở mức mô-men xoắn đầu ra ở mọi thời điểm. Giả sử rằng các hộp số hoạt động ở toàn bộ mô-men xoắn trong 50 phần trăm thời gian, một nửa mô-men xoắn trong 30 phần trăm thời gian và một phần tư mô-men xoắn trong 20 phần trăm thời gian. Để tính tổng tuổi thọ của hệ thống, bạn cần phải tính tuổi thọ của hệ thống L10 ở mỗi điều kiện.

Ở tuổi thọ hệ thống L10 bằng 2.671 giờ, 10% của tất cả các hộp số đang hoạt động về mặt lý thuyết sẽ có một hoặc nhiều ổ trục bị hỏng. Nếu, như trong ví dụ trước, bạn có 1.000 hộp số đang sử dụng và có 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 hoạt động bị hỏng chiếm 10% số hộp số bị hỏng. 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, sẽ trở nên thiết thực và hiệu quả về chi phí khi kiểm tra, làm lại và đưa vào phục vụ lại những vòng bi không bị hư hại đã được tháo ra trước khi đạt đến tuổi thọ L10 của chúng.

Nguyên nhân loại bỏ

Cho đến nay, thảo luận này dựa trên mỏi phần tử lăn cổ điển như là phương thức duy nhất của sự cố 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 là nguồn gốc bề mặt hay bề mặt.

Bảng 1 trình bày danh sách các nguyên nhân có thể xảy ra để loại bỏ 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 việc loại bỏ 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, tải trước nhiệt và nhiệt, ứng suất cạnh trục lăn, gãy lồng, phần tử hoặc gãy vòng, hư hỏng trượt và phóng điện hồ quang.

Có thể giảm thiểu và / hoặc giảm thiểu những nguyên nhân dẫn đến việc tháo và hỏng ổ trục bằng cách thiết kế ổ trục tốt, lắp đặt ổ trục 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.

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.