Cách tính toán tuổi thọ vòng bi

Vòng bi, một bộ phận không thể thiếu để máy móc hoạt động trơn tru, nhưng chúng cũng có những giới hạn nhất định. Tuy nhiên, nếu được thiết kế dựa trên các tiêu chuẩn và sản xuất với chất lượng cao, tuổi thọ vòng bi có thể được tính toán theo các tiêu chuẩn đó. Bài viết này của VietMRO sẽ tổng hợp các cách tiếp cận khác nhau về khái niệm này và phương pháp tính toán tương ứng.

Tuổi thọ của vòng bi là gì?

Ngay cả khi được lắp đặt và bôi trơn đúng cách, vòng bi vẫn phải chịu một lực nén nhất định lên bề mặt đường chạy và các phần tử lăn trong suốt quá trình hoạt động. Lực này thường tập trung ở phần nông của bề mặt, và kết quả là, theo thời gian, sự mệt mỏi của vật liệu sẽ gây ra hiện tượng bong tróc (flaking), tức là các vết nứt nhỏ và bề mặt vỡ vụn.

Tuổi thọ của vòng bi được định nghĩa là thời điểm mà, ngay cả khi hoạt động trong điều kiện bình thường, lực tác động lặp lại khiến xảy ra hiện tượng bong tróc, làm cho vòng bi không thể tiếp tục sử dụng.

Hình 1. Vòng bi cũ không thể tiếp tục sử dụng

Tuổi thọ định mức của vòng bi

Tuổi thọ định mức cơ bản

Tuổi thọ định mức được định nghĩa là số vòng quay mà 90% vòng bi trong một nhóm vòng bi cùng loại, khi hoạt động dưới cùng điều kiện, không xảy ra hiện tượng bong tróc. Hoặc có thể được tính theo thời gian hoạt động ở một tốc độ quay nhất định.

Những vòng bi được sản xuất với chất lượng cao theo các tiêu chuẩn như JIS hoặc ISO cho phép tính toán tuổi thọ định mức và tải trọng định mức. Tuổi thọ vòng bi được xác định theo công thức sau:

L = (C/p)*P

Lh = (C/p)*P * (106/(60*n))

Trong đó:

• L: tuổi thọ cơ bản (106 rev)
• Lh: tuổi thọ cơ bản tính bằng giờ
• C: tải trọng cơ bản (N) (Cr đối với vòng bi hướng tâm và Ca đối với vòng bi chà)
• P: Tải trọng vòng bi (tải trọng động tương đương) (N), Pr đối với hướng tâm và Pa đối với vòng bi chà.
• p: 3 đối với vòng bi cầu , 10/3 đối với vòng bi trụ
• n: Tốc độ vòng quay (rpm)

Tuổi thọ định mức hiệu chỉnh

Tuổi thọ định mức cơ bản được tính dựa trên công thức L10 và có độ tin cậy 90%. Tuy nhiên, trong một số trường hợp, yêu cầu về độ tin cậy có thể cao hơn 90%. Ngoài ra, tuổi thọ của vòng bi còn phụ thuộc vào vật liệu, quy trình sản xuất và điều kiện sử dụng. Khi đó, tuổi thọ định mức cần được điều chỉnh và công thức tính như sau:

Lna = a1 × a2 × a3 × L10

Trong đó:

• Lna: Tuổi thọ định mức đã được điều chỉnh
• a1: Hệ số tin cậy:

• • Đối với độ tin cậy 90%, a1 = 1.00
  • Đối với độ tin cậy 99%, a1 = 0.21

• a2: Hệ số đặc tính vòng bi:

• • Nếu vật liệu hoặc quy trình sản xuất vòng bi có những đặc điểm đặc biệt, hệ số a2 sẽ được áp dụng để điều chỉnh tuổi thọ. Thông thường, a2 = 1.

• a3: Hệ số điều kiện sử dụng:

• • Hệ số này được điều chỉnh khi điều kiện bôi trơn có ảnh hưởng lớn đến kết quả tính toán. Nếu điều kiện bôi trơn tốt, a3 = 1, và có thể lớn hơn 1 nếu các yếu tố khác cũng tối ưu. Ngược lại, nếu bôi trơn kém hoặc có sự xâm nhập của tạp chất, a3 sẽ nhỏ hơn 1.

Hiện nay, vật liệu và công nghệ sản xuất vòng bi đã có nhiều tiến bộ, cho phép thời gian sử dụng sản phẩm thực tế có thể dài gấp nhiều lần so với tuổi thọ định mức khi điều kiện vận hành tốt.