Thế nào là tải trọng tối thiểu và tầm quan trọng đối với vòng bi?

Kĩ sư Eric Phaneuf của tập đoàn vòng bi nổi tiếng SKF sẽ chia sẻ với chúng ta về tải trọng tối thiểu của vòng bi và cách để vòng bi hoạt động hiệu quả.

Tải trọng tối thiểu là gì?

Trước tiên ta cần một cái nhìn tổng quan. Vòng bi ổ lăn vốn được sử dụng để làm giảm ma sát trong máy móc, loại bỏ tối đa ma sát trượt khỏi hệ thống bằng cách sử dụng ma sát lăn để thay thế với hệ số ma sát thấp hơn nhiều. Tuy nhiên, dù vòng bi ổ lăn có nỗ lực để giảm tổng số ma sát trong hệ thống, thì bản thân những yếu tố lăn trong vòng bi vẫn yêu cầu một lượng ma sát nhất định để lăn hơn là trượt. Cái ma sát bên trong này được tạo ra bởi việc áp dụng tải trọng lên vòng bi. Loại tải trọng này hoặc có thể được sinh ra bên trong với tải trọng đặt trước, hoặc được sinh ra bởi tải trọng hướng trục.

Eric Phaneuf, Kĩ sư ứng dụng, phòng Tiếp thị công nghiệp cho tập đoàn SKF, Mỹ đã giải thích cho nhiều vòng bi hướng kính là cần cung cấp một khoảng trống nhất định giữa các yếu tố lăn tròn và đường ray để cho phép cho sự giãn nở vì nhiệt và ngăn chặn vòng bi bị kẹt. “Khoảng hở bên trong này tạo ra khu vực tải và khu vực không tải bên trong vòng bi. Vì trục sẽ quay, những yếu tố lăn sẽ lăn qua lại phía ngoài vành đai khu vực tải. Khi những yếu tố lăn qua lại khu vực tải, một sự thay đổi trong tốc độ của yếu tố lăn có thể thay thế. Khi không có một tải trọng tối thiểu trên những yếu tố lăn, sự gia tăng nhanh chóng trong và ngoài khu vực tải có thể rất có hại. Tải trọng tối thiểu là yêu cầu bắt buộc để sinh ra sức kéo trong đường ray để truyền cho những yếu tố lăn để chắc chắn vòng bi có hoạt động phù hợp”, ông nói.

Tại sao tải trọng tối thiểu quan trọng với vòng bi?

Phaneuf tiếp tục nói rằng nếu những tải trọng tối thiểu không có trong vòng bi ổ lăn, thì kết quả có thể là việc giảm trầm trọng tuổi thọ vòng bi. Sự trượt giữa các yếu tố lăn và đường ray có thể phá vỡ lớp màng bôi trơn và dẫn đến vấy bẩn. Những vết bẩn này không chỉ tổn hại bề mặt lăn, mà còn gây ra sự gia nhiệt.

Các loại tải trọng được áp dụng bên trong hộp chứa những chiếc vòng bi. Một cái hộp chứa được dùng để giữ những yếu tố lăn khỏi chạm vào những bộ phận khác. Tuy nhiên, khi những tải trọng tối thiểu không thích hợp, sức kéo sẽ không thể có mặt, hộp chứa bây giờ phải vận hành những yếu tố lăn hơn là sức kéo của đường ray. “Điều này sinh ra những tải trọng không thể tính toán, cái mà được áp dụng tới hộp chứa và có thể dẫn đến hỏng hóc lâu dài”, ông bổ sung.

Nhiệt độ ảnh hưởng thế nào đến tải trọng?

“Nhiệt độ không ảnh hưởng đến tải trọng được áp dụng tới một vòng bi”, Phaneuf nói. “Tuy nhiên nó ảnh hưởng cách vòng bi vận hành tải trọng bên trong được áp dụng. Có một vài khu vực nơi có thể va chạm, phụ thuộc vào mức độ nhiệt. Nếu nhiệt độ tương đối cao, những thuộc tính về chất liệu của các thành phần của vòng bi có thể bị biến đổi như là polime, bánh xe,vv… Những thứ này khá dễ để tích lũy”.

“Tuy nhiên, những khe hở bên trong của vòng bi và thay đổi về nhiệt độ tác động đến kích cỡ của khu vực tải trọng trong vòng bi. Khi có một lượng nhiệt lớn chạy qua vòng bi, những khe hở bên trong vòng bi sẽ co lại. Sự giảm các khe hở thay đổi khu vực tải từ khoảng 150 độ C đến gần 360 độ C. Khu vực tải trọng càng nhỏ thì vòng bi sẽ càng mát. Tuy nhiên, nếu khu vực tải trọng lớn hơn, phân bố tải trọng tốt hơn cũng gây ra sự sinh nhiệt cao hơn. Nếu những khoảng hở bên trong biến mất hoàn toàn và khu vực tải trọng với mức nhiệt 360 độ C được tạo ra, những tải trọng bên trong của vòng bi có thể tăng đột biến. Điều này sẽ tạo ra những tải trọng cao hơn trong vòng bi và ma sát lăn cũng cao hơn. Nếu sự gia tăng không kiểm soát của nhiệt, sự kẹt hay chết máy là điều không tránh khỏi”.

Đâu là vấn đề cốt lõi để đảm bảo tuổi thọ lâu dài cho vòng bi?

Nguyên do phổ biến nhất gây ra sự chết yểu của vòng bi là chất bôi trơn nghèo nàn. Điều này bao gồm nhiều lý do như: từ chất bôi trơn không đúng loại và không đúng số lượng,… đến không lường trước được các điều kiện của ứng dụng đều sẽ khiến cho chất bôi trơn không phù hợp. Một nguyên nhân khác thường thấy là sự vận hành và lưu trữ không thích hợp cũng như kĩ năng lắp đặt kém.

Phaneuf chú thích rằng vòng bi là những bộ phận chính xác và có thể dễ dàng tổn thương bởi sự vận hành và lưu trữ nghèo nàn. “Khi lắp đặt, một chiếc vòng bi có thể bị tổn hại nếu kĩ thuật không thích hợp được sử dụng, cũng như các vấn đề của vòng bi bị nhiễm bẩn trước đó. Những điều kiện này hoàn toàn có thể giảm tuổi thọ của vòng bi”.

Làm thế nào để lựa chọn vòng bi tốt nhất cho máy móc?

Lựa chọn những chiếc vòng bi tốt nhất cho máy móc yêu cầu kiến thức sâu rộng về các ứng dụng. Một vài nhân tố quan trọng nhất nên cân nhắc để lựa chon vòng bi là:

Tải trọng (trực tiếp, hướng trục, hướng kính)
Tốc độ
Nhiệt độ
Loại dầu bôi trơn và phương pháp sử dụng
Sự nghiên cứu về môi trường như là chất liệu sở hữu hoặc những chất ô nhiễm có thể tiếp xúc với vòng bi khi sử dụng
Tuổi thọ yêu cầu

Các bài viết khác: