Các nguyên nhân phổ biến nhất của sự cố vòng bi và tầm quan trọng của việc bôi trơn

Những sự cố của vòng bi gây ra có tác động lớn đến ngành công nghiệp và nền kinh tế. Mục đích của công việc hiện tại là nghiên cứu và phát hiện các nguyên nhân chính làm hạn chế hiệu quả vòng bi, do đó dẫn đến hỏng vòng bi. Nghiên cứu này cho thấy nguyên nhân thất bại chính là sự bôi trơn không phù hợp của các bộ phận lăn vòng bi (khoảng 80% trường hợp), tiếp theo là lựa chọn ổ trục không phù hợp (10%), lắp không đúng (5%), hỏng gián tiếp (4%), và lỗi vật liệu và lỗi sản xuất (dưới 1%). Khảo sát được dựa trên các sự cố của nhiều loại vòng bi, bạc đạn khổ biến : vòng bi KOYO, NSK, NTN, FAG, SKF..

1. Bôi trơn vòng bi
Vòng bi là một bộ phận máy móc đóng vai trò rất quan trọng, vì nó chi phối hiệu suất của máy. Nếu một trong các vòng bi bị hỏng, không chỉ máy mà cả dây chuyền lắp ráp dừng lại và chi phí phát sinh có thể cực kỳ cao. Vì lý do này, mọi nhà sản xuất vòng bi nên cố gắng hết sức để đảm bảo chất lượng cao nhất cho từng vòng bi và sử dụng và bảo trì cẩn thận nhất thay cho người dùng.

Chất bôi trơn được sử dụng giữa các bề mặt tiếp xúc để giữ cho các bộ phận chuyển động liên tục. Mục đích chính của bôi trơn vòng bi là để tránh hoặc giảm ma sát kim loại với kim loại giữa các bề mặt tiếp xúc lăn và trượt. Đây không phải là chức năng duy nhất của bôi trơn vòng bi. Các chức năng bổ sung là: tản nhiệt từ vòng bi, loại bỏ các hạt mài mòn và chất gây ô nhiễm khỏi bề mặt tiếp xúc lăn, bảo vệ chống ăn mòn, tăng hiệu quả bịt kín của vòng bi.

Bôi trơn là rất quan trọng cho tuổi thọ vòng bi. Trong các ứng dụng nặng, chẳng hạn như máy nghiền, lò nung, lò nướng hoặc quạt nhiệt độ cao, vòng bi lăn có thể tiếp xúc với nhiệt độ cao hơn bình thường. Đối với các ứng dụng này, việc lựa chọn phương pháp bôi trơn và bôi trơn thích hợp là rất quan trọng. Trong các ứng dụng công nghiệp có hai loại chất bôi trơn phù hợp cho việc sử dụng nhiệt độ cao: dầu mỡ và dầu. Trong trường hợp đặc biệt, vòng bi được bôi trơn bằng chất bôi trơn khô rắn.

Dầu mỡ bôi trơn được sử dụng cho 90% của tất cả các vòng bi. Lượng mỡ được sử dụng sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố liên quan đến các thông số kích thước và hình học của vỏ, giới hạn không gian, tốc độ làm việc và loại mỡ được sử dụng. Theo nguyên tắc chung, vòng bi lăn và vỏ của chúng phải được lấp đầy từ 30 đến 60% tổng công suất của chúng. Nếu tốc độ làm việc và nhiệt độ tăng thì nên sử dụng một lượng mỡ giảm. Nếu lượng dầu mỡ quá mức, nhiệt độ sẽ tăng lên, điều này có thể khiến mỡ bị mềm và rò rỉ cục bộ có thể xuất hiện. Với thời gian trôi qua, mỡ sẽ mất đi các đặc tính của nó và mỡ tươi phải được cung cấp lại theo các khoảng thời gian thích hợp. Khoảng thời gian xác định lại phụ thuộc vào loại ổ trục, thông số kích thước, tốc độ làm việc của vòng bi và nhiệt độ.

Trong các ứng dụng công nghiệp, bôi trơn dầu được sử dụng nếu các thành phần máy liền kề cũng được cung cấp dầu, hoặc nếu nhiệt được tạo ra phải được tiêu tan bởi chất bôi trơn. Việc tản nhiệt là cần thiết nếu tốc độ quay cao và / hoặc tải trọng cao có liên quan hoặc nếu ổ trục tiếp xúc với nhiệt độ ca . Trong trường hợp này, khoảng thời gian tương đối phụ thuộc vào điều kiện vận hành ổ trục (nhiệt độ, tốc độ, tải, v.v.), lượng dầu và loại dầu được sử dụng. Nếu phương pháp bôi trơn bể dầu được sử dụng khi nhiệt độ vận hành ở khoảng 50 ° C, thì khoảng thời gian tương ứng sẽ là một năm. Đối với điều kiện hoạt động từ 70 đến 100 ° C, dầu nên được thay thế ba tháng một lần. Dù sao, điều quan trọng là hệ thống bôi trơn và suy giảm phải được xác minh thường xuyên để xác định thay dầu.

Một loại bôi trơn vòng bi trơn rắn hoặc khô. Phương pháp này được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp, trong đó vòng bi lăn phải chịu tải nặng, chuyển động tương đối chậm và nhiệt độ làm việc cao. Bôi trơn rắn rất hiệu quả và mang lại thời gian chạy tương đối dài. Các chất bôi trơn rắn thường được sử dụng là than chì và molybdenum disulphide. Các chất bôi trơn rắn này được áp dụng cho các bề mặt mương dưới dạng bột lỏng, sơn mài trượt hoặc dán. Chất bôi trơn than chì và molybdenum disulphide có thể được sử dụng cho nhiệt độ hoạt động cao lên đến 450 ° C.

2. Các nguyên nhân phổ biến nhất của sự cố vòng bi
Trong thực tế, hư hỏng hoặc hỏng vòng bi thường là kết quả của một số cơ chế hoạt động đồng thời. Lỗi có thể do lắp ráp hoặc bảo trì không đúng cách hoặc do sản xuất vòng bi bị lỗi hoặc các bộ phận lân cận của nó.

Trong một số trường hợp, thất bại là do thỏa hiệp thiết kế được thực hiện vì lợi ích của nền kinh tế hoặc từ các điều kiện hoạt động không lường trước được. Đó là sự kết hợp phức tạp của thiết kế, sản xuất, lắp ráp, vận hành và bảo trì thường gây khó khăn trong việc thiết lập nguyên nhân chính của sự thất bại. Cần xem xét từng tính năng để xác định đáng tin cậy nguyên nhân gây ra hỏng hóc. Vì có nhiều hơn một quá trình có thể gây ra hiệu ứng tương tự cho các bề mặt này, nên một mô tả đơn giản về ngoại hình thường không đủ để xác định lý do cho sự thất bại .

Trong trường hợp thiệt hại trên diện rộng hoặc sự cố thảm khốc của ổ trục, bằng chứng có khả năng bị mất và sau đó sẽ không thể xác định được nguyên nhân chính của sự thất bại. Trong mọi trường hợp, kiến ​​thức về các điều kiện vận hành thực tế của lắp ráp và lịch sử bảo trì là vô cùng quan trọng. Thông thường, các nguyên nhân gây ra hỏng hóc có thể được phân loại thành năm nhóm và các nhóm phụ khác nhau.

   2.1. Bôi trơn không đúng cách
Việc lựa chọn chất bôi trơn vòng bi đầy đủ dựa trên các quyết định xung quanh việc nên chọn dầu hay mỡ và xác định loại phụ gia nào được yêu cầu. Quyết định này phụ thuộc vào một số yếu tố, chẳng hạn như tải hoạt động, tốc độ và nhiệt độ.

Bôi trơn là một yếu tố quan trọng có thể làm hoặc phá vỡ tuổi thọ của vòng bi. Một số nghiên cứu trong ngành công nghiệp vòng bi đã tuyên bố rằng bôi trơn không đúng cách có thể chiếm khoảng 80% các hư hỏng của vòng bi. Thất bại có thể là kết quả của quá trình bôi trơn quá lâu mà không làm mới, bôi trơn không phù hợp và ô nhiễm bôi trơn.

Bôi trơn thời gian dài quá mức mà không làm mới và bôi trơn không phù hợp của vòng bi lăn chiếm một tỷ lệ lớn các hư hỏng vòng bi sớm (khoảng 20% ​​mỗi lần), và trong hầu hết các trường hợp, chúng có thể được ngăn chặn. Chất bôi trơn không phù hợp là chất bôi trơn không chứa các chất phụ gia phù hợp, không có độ nhớt thích hợp hoặc có thể không được thiết kế để sử dụng trong một ứng dụng hoặc phạm vi nhiệt độ như vậy.

Hao mòn có thể là kết quả của bôi trơn không đầy đủ. Các bề mặt trở nên xỉn màu đến một mức độ khác nhau tùy theo độ thô và bản chất của các hạt mài mòn. Những hạt này tăng dần về số lượng khi vật liệu bị mòn khỏi bề mặt và lồng. Cuối cùng, sự mài mòn trở thành một quá trình tăng tốc dẫn đến sự thất bại của vòng bi.

Độ nhớt của chất bôi trơn không đúng cách là một trong những nguyên nhân chính gây ra hư hỏng vòng bi. Đối với dầu bôi trơn, độ nhớt là một trong những tính chất quan trọng nhất và quyết định hiệu quả bôi trơn dầu.

Theo ISO 281: 2007, hiệu quả của chất bôi trơn chủ yếu được xác định bởi mức độ phân tách bề mặt giữa các bề mặt tiếp xúc lăn. Nếu tạo màng tách dầu bôi trơn đầy đủ, chất bôi trơn phải có độ nhớt tối thiểu nhất định khi ứng dụng đạt đến nhiệt độ hoạt động. Điều kiện tách dầu bôi trơn được mô tả bằng tỷ lệ độ nhớt,, như tỷ lệ của độ nhớt động học thực tế, v, với độ nhớt động học tham chiếu.

   2.2. Lựa chọn vòng bi không thích hợp
Thông thường, việc lựa chọn ổ trục được thực hiện bởi nhà sản xuất thiết bị gốc là lựa chọn chính xác cho ứng dụng. Tất nhiên có một số trường hợp ngoại lệ, và luôn có khả năng một vòng bi sai được sử dụng cho ứng dụng. Khả năng này nên được xem xét sau khi tất cả các nguồn thất bại khác đã được điều tra. Nếu có bất kỳ thay đổi nào trong quá trình làm việc, những điều này có thể cần đến khả năng sử dụng ổ trục mới, nhưng không phải tất cả các lần đây là một giải pháp tốt.

Một sai lầm phổ biến khác là việc sử dụng vòng bi lớn hơn hoặc mạnh hơn, tin rằng sự sắp xếp này sẽ làm tăng khả năng tải xuyên tâm. Ổ trục lớn hơn hoặc mạnh hơn sẽ không giải quyết được vấn đề gốc rễ thực sự. Ngược lại, bố cục mới này có thể tạo ra các vấn đề bổ sung, ví dụ, vòng bi được chọn có thể có tốc độ thấp hơn tốc độ danh nghĩa và có thể không hoạt động chính xác trong môi trường có độ tin cậy tương đối cao. Trong một số trường hợp, vòng bi yêu cầu phải được tải sẵn để tạo điều kiện cho chuyển động lăn và để tránh trượt con lăn. Thay thế ổ đỡ ban đầu bằng một cái mới thực sự có thể dẫn đến những hỏng hóc nhanh hơn nếu nó không được nạp đúng cách. Theo nguyên tắc chung, đối với một ứng dụng công nghiệp, việc thay thế vòng bi phải được thực hiện với cùng loại vòng bi, được lựa chọn bởi nhà sản xuất thiết bị gốc. Lựa chọn ổ trục không đầy đủ đại diện cho khoảng 10% của tất cả các hỏng hóc sớm.

   2.3. Gắn không đúng cách
Gắn không đúng cách chiếm khoảng 5% của tất cả các lỗi vòng bi sớm. Cài đặt không đúng cách có thể dẫn đến thất bại mang thông qua mất cân bằng tải, sai lệch hoặc phân phối tải không đúng. Sự thay đổi sai lệch 0,01 / 10 mm là đủ để gây ra sự gia tăng lớn về độ rung và nhiệt độ trong ổ trục. Những thay đổi đột ngột này có thể gây ra sự hao mòn nặng nề trong túi bóng hoặc con lăn nơi chúng chạy. Những vấn đề này có thể được phát hiện như một dấu hiệu chạy song song của quả bóng trên đường đua bên ngoài và như một phương tiện của đường bóng hoặc con lăn cực rộng trên đường đua bên trong.

Gắn không đúng cách cũng có thể dẫn đến hỏng hóc do vòng bi quá nóng hoặc không đồng đều, khi điều này được gắn trên trục hoặc vỏ. Khi cần nhiệt để mở rộng vòng trong, nhiệt độ không được vượt quá 125 ° C. Ngoài ra, nếu sử dụng máy sưởi cảm ứng kỹ thuật lắp, điều quan trọng là phải khử từ vòng bi trước khi lắp đặt. Trong trường hợp từ hóa, vòng bi có thể bị hỏng rất nhanh do lực hút của các hạt kim loại màu.

   2.4. Lỗi vật liệu và lỗi sản xuất
Các nguyên nhân thất bại cuối cùng cho một vòng bi là lỗi vật liệu và lỗi sản xuất. Thất bại vòng bi do lỗi sản xuất chiếm ít hơn một phần trăm tổng số hư hỏng ổ trục trên toàn thế giới. Tỷ lệ này đang được giảm liên tục bởi những cải tiến trong quy trình sản xuất và công nghệ vật liệu. Ngày nay các nhà sản xuất ổ trục sử dụng các dụng cụ tinh vi để phát hiện các khuyết tật vật liệu mang bề mặt và dưới bề mặt, loại bỏ theo cách này các sản phẩm kém chất lượng trong quá trình sản xuất.

3. Kết luận
Xem xét các sự kiện được đề cập ở trên, nguyên nhân phổ biến nhất của sự cố vòng bi là bôi trơn, cho dù đó là lựa chọn chất bôi trơn kém, ứng dụng kém, ô nhiễm dầu nhờn hoặc suy thoái chất bôi trơn. Cần phải hiểu rằng bôi trơn đúng cách và chính xác mang lại cơ hội tiết kiệm chi phí, bằng cách loại bỏ không chỉ những thảm họa mà cả những hỏng hóc chức năng ảnh hưởng đến sản xuất, và kéo dài tuổi thọ của nhiều thành phần ướt dầu mỡ.