Vòng bi hiếm khi bị hỏng do nó được chế tạo không tốt. Nó thất bại vì sau một số vòng quay nhất định dưới tải, vật liệu ngay dưới bề mặt mương cuối cùng sẽ bị mỏi. Tính toán tuổi thọ vòng bi là nguyên tắc ước tính thời điểm đó đến và đây là một trong số ít ước tính kỹ thuật thường xuyên quyết định liệu một cỗ máy có chạy êm trong nhiều năm hay bị tháo rời vài tháng một lần.
Hướng dẫn này hướng dẫn từng bước về phương pháp tiêu chuẩn: tuổi thọ định mức cơ bản, công thức L10, cách chuyển đổi hàng triệu vòng quay thành giờ hoạt động và các hệ số hiệu chỉnh biến số liệu trong danh mục thành gần với thực tế hơn.
Cuộc sống mang ý nghĩa thực sự là gì
Trong thuật ngữ ổ lăn, tuổi thọ hầu như luôn đề cập đến tuổi thọ mỏi hơn là độ mòn, ăn mòn hoặc hỏng hóc của chất bôi trơn. Ba thuật ngữ bao gồm hầu hết các cuộc hội thoại:
- L10, tuổi thọ đánh giá cơ bản - số vòng quay mà 90% nhóm ổ trục giống hệt nhau sẽ hoàn thành hoặc vượt quá trước khi dấu hiệu mỏi đầu tiên xuất hiện.
- L10h - cùng một lượng được biểu thị bằng số giờ vận hành ở tốc độ không đổi, đó là điều mà các nhóm bảo trì thực sự lên kế hoạch.
- Lnm hoặc Lnmh, tuổi thọ danh định được sửa đổi - tuổi thọ cơ bản được điều chỉnh để có độ tin cậy lớn hơn 90% và để bôi trơn, nhiễm bẩn và giới hạn tải mỏi.
Con số 90% là một quy ước hơn là một lời hứa. Người ta nói rằng một người thuộc nhóm mười người trong một nhóm giống hệt nhau về mặt thống kê có thể tỏ ra mệt mỏi trước khi đạt đến L10, và khoảng một nửa đó có thể sống sót gấp năm lần L10. Do đó, việc tính toán tuổi thọ không phải là tìm một ngày thay thế được đảm bảo; đó là việc so sánh các phương án thiết kế và thiết lập khoảng thời gian kiểm tra hợp lý.
Công thức đánh giá cuộc sống cơ bản
Điểm bắt đầu cho bất kỳ phép tính nào đều liên quan đến khả năng chịu tải của ổ trục với tải trọng thực tế mà nó mang:
L10 = (C/P) p
Ở đây L10 được biểu thị bằng hàng triệu vòng quay. Số mũ p phụ thuộc vào hình dạng tiếp xúc: nó bằng 3 đối với ổ bi và 10/3 đối với ổ lăn, vì tiếp điểm đường phân bố tải trọng khác với tiếp xúc điểm.
| Biểu tượng | Ý nghĩa | Nguồn điển hình |
|---|---|---|
| C | Xếp hạng tải động cơ bản, tính bằng newton | Danh mục vòng bi hoặc bảng dữ liệu |
| P | Tải trọng động tương đương của ổ trục, tính bằng newton | Tính từ các lực tác dụng lên trục |
| p | Số mũ cuộc sống | 3 cho vòng bi, 10/3 cho vòng bi lăn |
| L10 | Tuổi thọ đánh giá cơ bản, tính bằng triệu vòng quay | Kết quả tính toán |
| n | Tốc độ quay, tính bằng vòng trên phút | Dữ liệu ứng dụng |
Tải trọng động tương đương là nơi mà hầu hết nỗ lực kỹ thuật được thực hiện. Lực hướng tâm và hướng trục được kết hợp thành một giá trị duy nhất tạo ra hiệu ứng mỏi giống như tải trọng thực. Đối với ổ bi rãnh sâu chịu tải nhẹ, đó có thể là một thuật ngữ hướng tâm đơn giản; đối với ổ trục chịu lực đẩy lớn, sự đóng góp dọc trục có thể chiếm ưu thế và làm thay đổi kết quả một cách đáng kể.
Bản thân xếp hạng tải cũng đáng được quan tâm. Vì sự khác biệt về C đi qua mối quan hệ bậc ba nên sự khác biệt nhỏ về công suất sẽ trở thành sự khác biệt lớn về tuổi thọ tính toán.
Vòng bi cầu rãnh sâu kín Series 6000 Vòng bi dòng 6000 kín cung cấp khả năng bảo vệ chống nhiễm bẩn được bôi trơn trước và xếp hạng tải trọng động/tĩnh được công bố để so sánh tuổi thọ mỏi được tính toán. Xem sản phẩm → Từ hàng triệu vòng quay đến số giờ vận hành
Cuộc sống mệt mỏi trong các cuộc cách mạng có ích cho lý thuyết, nhưng các nhà hoạch định phải suy nghĩ hàng giờ. Với tốc độ không đổi:
L10h = (1 000 000 / (60 × n)) × L10
trong đó n tính bằng số vòng trên phút. Số hạng trong ngoặc chỉ đơn giản là số giờ cần thiết để tích lũy một triệu vòng quay. Ở tốc độ 1.500 vòng/phút, mất khoảng 11,1 giờ, do đó tuổi thọ định mức cơ bản là 300 triệu vòng quay tương ứng với khoảng 3.300 giờ hoạt động.
Công thức giả định tốc độ không đổi và tải không đổi. Khi một trong hai thay đổi trong chu kỳ làm việc, việc tính toán phải được xử lý khác nhau.
Ngoài L10: Độ tin cậy, bôi trơn và ô nhiễm
Tuổi thọ đánh giá cơ bản giả định ổ trục được lắp đúng cách, màng bôi trơn phù hợp, môi trường sạch sẽ và tải trọng đủ nhẹ để không làm ướt vật liệu. Máy thật hiếm khi đáp ứng được tất cả các điều kiện đó nên tiêu chuẩn thực hành là điều chỉnh L10 với hai hệ số:
- a1, hệ số tin cậy. Nó bằng 1 với độ tin cậy 90% và giảm nhanh khi mục tiêu tăng - khoảng 0,64 cho 95% và thấp hơn đáng kể cho 99%.
- aISO, đôi khi được viết là aSKF, hệ số thay đổi tuổi thọ. Nó tính đến chất lượng bôi trơn, mức độ nhiễm bẩn và tỷ lệ giữa tải trọng tác dụng và giới hạn tải mỏi của ổ trục.
Ổ trục được bôi trơn tốt trong vỏ sạch có thể dễ dàng đạt được tuổi thọ định mức cơ bản gấp hai hoặc ba lần. Ổ trục tương tự chạy trên một màng bôi trơn mỏng có bụi mài mòn xung quanh các vòng đệm có thể đạt được một phần nhỏ. Do đó, tỷ lệ độ nhớt, quá trình lọc và lựa chọn con dấu không phải là vấn đề phụ; chúng thường là những biến số quyết định.
Khi tải và tốc độ không đổi
Băng tải, hộp số, máy bơm và máy móc nông nghiệp hiếm khi chạy ở một tải và một tốc độ. Đối với một chu kỳ làm việc gồm nhiều phân đoạn, mỗi phân đoạn được chuyển đổi thành tải tương đương tạo ra hiệu ứng mỏi giống nhau trong toàn bộ chu trình:
Pm = [ Σ (Pi p × ni × ti) / Σ (ni × ti) ] 1/p
Mỗi phân khúc đóng góp tương ứng với số vòng quay mà nó đại diện, và các phân khúc nặng chiếm ưu thế nhờ số mũ. Do đó, tải tối đa trong thời gian ngắn có thể quan trọng hơn nhiều giờ chạy nhẹ - một mô hình quen thuộc trong thiết bị khởi động và dừng khi có tải, trong đó mômen tăng tốc và chấn động định hình chu kỳ làm việc.
Đối với các máy được chế tạo xung quanh các bộ phận được lắp, việc tính toán tải trọng và lựa chọn vỏ máy thường được xử lý cùng nhau, vì vỏ máy, sự lắp trục và cách bố trí vòng đệm đều ảnh hưởng đến tải trọng tới các con lăn.
Dòng vòng bi chèn khóa trục vít UC Vòng bi chèn được gắn với vít bộ đôi, vòng GCr15, kích thước trục 12–90 mm và xếp hạng tải trọng được liệt kê để lựa chọn vỏ bọc. Xem sản phẩm → Một ví dụ làm việc ngắn
Lấy một ổ bi rãnh sâu 6205 có mức tải trọng động cơ bản khoảng 14 kN, mang tải trọng động tương đương 2 kN tại 1 500 vòng/phút.
- Tính hệ số tải: C/P = 14/2 = 7.
- Nâng nó lên lũy thừa 3: 7³ = 343, nên L10 = 343 triệu vòng quay.
- Chuyển đổi sang giờ: 343 × (1 000 000 / (60 × 1 500)) ≈ 3 800 giờ.
- Áp dụng các hệ số hiệu chỉnh. Với a1 = 1 và điều kiện bôi trơn tốt cho aISO = 2, tuổi thọ được sửa đổi sẽ đạt khoảng 7 600 giờ.
Những con số mang tính minh họa, nhưng mô hình là điển hình. Các hệ số hiệu chỉnh có thể tăng gấp đôi hoặc giảm một nửa kết quả, trong khi sự thay đổi 20% về tải sẽ làm tăng tuổi thọ lên hơn 60% thông qua mối quan hệ bậc ba. Độ nhạy quan trọng hơn số thập phân.
Những sai lầm làm sai lệch kết quả
- Sử dụng định mức tải tĩnh thay vì định mức động hoặc trộn lẫn newton với kilonewton.
- Bỏ qua thành phần hướng trục của tải trọng tổng hợp, đặc biệt đối với các ổ trục tiếp xúc góc và ổ trục rãnh sâu.
- Áp dụng công thức giờ với tốc độ chỉ áp dụng cho một phần của chu kỳ làm việc.
- Coi các giá trị trong danh mục C từ các nhà cung cấp khác nhau là có thể so sánh trực tiếp mà không cần kiểm tra tiêu chuẩn đằng sau chúng.
- Loại bỏ tính toán bôi trơn và ô nhiễm, sau đó tự hỏi tại sao tuổi thọ sử dụng thực tế không khớp với bảng tính.
- Hãy quên đi sự sai lệch, khớp nối không chính xác và độ rung sẽ làm tăng thêm sự mệt mỏi mà không xuất hiện ở bất kỳ đâu trong phương trình.
Phép tính là một công cụ so sánh, không phải một quả cầu pha lê. Giá trị của nó nằm ở chỗ cho thấy sự thay đổi nào - ổ trục lớn hơn, chất bôi trơn tốt hơn, vòng đệm chặt hơn - mang lại tuổi thọ cao nhất với ít nỗ lực nhất.
Biến phép tính thành lựa chọn phương hướng
Chúng tôi đã sản xuất vòng bi rãnh sâu và vòng bi chèn ở Ninh Ba từ năm 1994, với kích thước lỗ khoan từ 3 mm đến 100 mm. Một phần lớn những gì chúng tôi gửi đi sẽ được đưa vào các ứng dụng mà ai đó vừa hoàn thành phép tính cuộc sống và cần một phần phù hợp với câu trả lời. Các câu hỏi chúng tôi nhận được thường là về xếp hạng tải trọng, khe hở, vòng đệm và độ khít hơn là về công thức và đó là phần công việc mà chúng tôi hiểu rõ nhất.
Nếu chu trình làm việc của bạn liên quan đến tải trọng thay đổi và bộ phận được lắp đặt, nhóm kỹ thuật của chúng tôi có thể cùng bạn xem xét các con số và xác nhận vỏ, tấm lót và khớp trục phù hợp với quá trình lắp đặt. Các ghi chú trên tính toán tải trọng và lựa chọn khối gối là một điểm khởi đầu hữu ích.
Bộ phận ổ trục gối dòng UCP Bộ phận chặn gối có vỏ HT200 hoặc QT450-10, miếng đệm GCr15, khớp nối bằng mỡ và kích thước UCP 201–218 để lựa chọn bộ phận gắn kết. Xem sản phẩm → Đối với thiết bị chạy liên tục dưới tải hướng tâm vừa phải — động cơ điện, máy bơm, hộp số nhỏ — phạm vi rãnh sâu tiêu chuẩn của chúng tôi bao gồm các kích thước phổ biến nhất và vòng bi động cơ điện cho thấy những gì chúng tôi thường cung cấp cho nhiệm vụ đó. Hãy gửi cho chúng tôi tải trọng, tốc độ và số giờ chạy và chúng tôi sẽ giúp bạn biến phép tính thành ổ trục mà bạn thực sự có thể đặt hàng.
