Chẩn đoán hỏng hóc vòng bi lăn: Rạn mỏi, mài mòn, ăn mòn hay xói mòn điện — và mỗi dạng hư hỏng cho bạn biết cần sửa gì

Loại trừ xói mòn điện trước khi đổ lỗi cho mỏi

Trên động cơ dẫn động bằng biến tần, một dạng rãnh đều đặn hoặc bàn ủi quanh chu vi rãnh lăn là xói mòn điện, không phải mỏi¹⁵.

Cơ chế là dòng điện lạc trên trục: dòng điện nhảy qua lớp màng dầu mỏng và tạo các hố vi mô trên rãnh lăn, và các hố này tiến triển thành dạng rãnh¹⁴.

Đó là lý do rãnh lăn có rãnh tiếp tục hỏng sau mỗi lần chỉnh bôi trơn và căn chỉnh — đường dòng điện vẫn còn, và chỉ có cắt nó mới ngăn sự lặp lại^15,21.

Một nhà cung cấp cho biết dòng điện lạc trên trục trên 1.5 V nhảy qua màng dầu và gây rỗ vi mô¹⁴; coi đó là giá trị do một nguồn đưa ra, không phải ngưỡng bạn có thể dùng để sàng lọc, và hỏi nhà cung cấp biến tần hoặc động cơ của bạn họ có thể cung cấp bằng chứng về dòng điện nào.

Cùng dạng hư hỏng đó có thể bị đọc nhầm là rạn mỏi nếu bạn hoàn toàn không xét đến bộ dẫn động, vì vậy hãy kiểm tra loại động cơ và bố trí dẫn động trước khi chốt chẩn đoán mỏi¹⁵.

Rạn mỏi là mỏi hết tuổi thọ hay mỏi sớm?

Rỗ hoặc bong lớp trên rãnh lăn và phần tử lăn là mỏi: ứng suất chu kỳ theo thời gian cuối cùng làm mất vật liệu, và điều đó là kỳ vọng ở tuổi thọ định mức^15,21.

Câu hỏi chẩn đoán không phải là có rạn hay không mà là có sớm hay không — rạn sớm chỉ ra quá tải chứ không phải vòng bi lỗi²¹.

Trước khi chấp nhận giải thích quá tải, hãy nhìn phân bố mài mòn: rạn mỏi là rỗ trên rãnh do ứng suất chu kỳ, trong khi mài mòn lệch trục nặng hơn ở một bên rãnh¹⁵.

Dải mài mòn một bên dẫn bạn tới căn chỉnh trục và vỏ ổ trục, chứ không phải định mức tải. Nếu dạng là rỗ đều và số giờ vận hành còn ít hơn tuổi thọ tính toán, đường truyền tải là điều tiếp theo cần kiểm tra^15,21.

Ăn mòn hay mài mòn abrasive: hai bề mặt suy giảm, hai cách khắc phục khác nhau

Ăn mòn hiện thành rỗ màu đỏ nâu hoặc gỉ trên rãnh lăn hoặc bi, xuất phát từ hơi ẩm lọt vào, phớt hỏng, bảo quản kém, hoặc sai dầu mỡ^15,21.

Mài mònabrasive trông khác: bề mặt xỉn, mài mòn trên rãnh lăn và phần tử lăn, do dầu nhớt nhiễm bẩn mang theo hạt mài²¹. Hai dạng đòi hỏi khắc phục khác nhau dù cùng hiện thành rãnh lăn suy giảm.

Ăn mòn dẫn bạn tới phớt và điều kiện bảo quản; mài mòn abrasive dẫn bạn tới độ sạch của dầu và lọc hoặc thay dầu thường xuyên hơn²¹.

Nhiễm bẩn được mô tả là nguyên nhân hàng đầu của mài mòn sớm, nên nếu bề mặt xỉn chứ không gỉ, hãy coi dầu nhớt và môi trường của nó là nghi phạm¹⁹.

Loại trừ trước hư hỏng lắp đặt và rung khi đứng yên

Các vết lõm được tạo ra trước khi vòng bi từng chạy, nên hãy loại trừ chúng trước khi quy bất kỳ vết nào cho nguyên nhân vận hành. Lắp bằng búa thay vì lắp ép để lại vết brinell ở các góc ngẫu nhiên¹⁵.

Rung trong lúc lưu kho hoặc vận chuyển vòng bi đứng yên để lại vết lõm elip theo bước bi — brinell giả¹⁵.

Hình học dạng hư hỏng phân biệt hai loại: góc ngẫu nhiên chỉ tới phương pháp lắp, elip theo bước bi chỉ tới cách vòng bi được lưu kho hay di chuyển¹⁵.

Nếu bạn thấy một trong hai dạng, biện pháp khắc phục nằm trong quy trình lắp hoặc kho của bạn, chứ không phải trong điều kiện vận hành.

Xác nhận dạng hỏng bằng công cụ giám sát mà các nguồn hỗ trợ

Phân tích rung động và chụp nhiệt có thể cảnh báo một hỏng hóc đang phát triển trước khi gây dừng máy, nên hãy dùng chúng để xác nhận xu hướng chứ không phải đặt tên dạng hỏng từ một lần đọc¹⁰.

Vòng bi trên 300°F trong trạng thái dừng nhiều khả năng đang ở giai đoạn cuối của hỏng hóc, và thời gian phản ứng có thể là giờ chứ không phải ngày — lúc đó hãy tập trung giới hạn thiệt hại thứ cấp cho trục và vỏ ổ trục⁵.

• ✓Kiểm tra máy có dẫn động bằng biến tần không trước khi chấp nhận chẩn đoán mỏi [S15]
• ✓So sánh số giờ vận hành quan sát được với tuổi thọ L10 tính toán cho tải thực tế [S10]
• ✓Nhìn phân bố mài mòn: rỗ đều so với mài mòn một bên [S15]
• ✓Kiểm tra màu sắc và kết cấu bề mặt rãnh lăn: gỉ so với kim loại xỉn mài mòn [S21]
• ✓Kiểm tra vết lõm elip theo bước bi so với vết brinell góc ngẫu nhiên [S15]
• ✓Theo dõi xu hướng nhiệt độ và rung động vòng bi; sự thay đổi quan trọng ngang giá trị tuyệt đối [S5]

Khớp biện pháp khắc phục với cơ chế bạn tìm thấy

Mỗi chẩn đoán hàm ý một biện pháp khác nhau. Với rỗ điện, vòng bi cách điện hoặc vòng tiếp địa trục được khuyến nghị để ngăn tái diễn²¹.

Với hư hỏng do bôi trơn, chính chế độ bôi trơn là biến số: cả bôi quá lẫn thiếu đều có thể gây hỏng, nên chỉnh lượng và loại thay vì đơn giản thêm mỡ¹⁹.

Khi nhiệt độ cao, tốc độ cao hoặc nhiễm bẩn nặng đánh bại mỡ, dầu có thể tản nhiệt và cuộn trôi chất bẩn, và chuyển từ mỡ sang dầu là hướng mà các điều kiện đó chỉ tới².

Mỡ mất độ nhớt trong điều kiện đó cho phép tiếp xúc kim loại với kim loại rồi kẹt cứng, đó là cơ chế đứng sau dạng khô cạn². Với mỏi và mài mòn lệch trục, biện pháp khắc phục nằm ở đường tải và căn chỉnh chứ không phải dầu mỡ¹⁵.

Tuổi thọ có thực sự ngắn không? Dùng quan hệ tải–tuổi thọ

Tuổi thọ L10 theo quan hệ bậc ba với tải: tăng gấp đôi tải trọng động tương đương cắt tuổi thọ tính toán còn khoảng một phần tám^11,12.

Công thức là L10 = (C/P)³ × 1.000.000 vòng, trong đó C là tải trọng định mức động cơ bản và P là tải trọng động tương đương¹².

Đó là lý do một chút quá tải tạo ra thiếu hụt tuổi thọ lớn, và tại sao rạn sớm là bằng chứng về tải chứ không phải về chế tạo vòng bi¹¹.

Các con số L10 được nêu cho bạn kỳ vọng thô để so sánh: một nhà cung cấp nêu 30.000 đến 100.000 giờ cho vòng bi lăn nón với bôi trơn, căn chỉnh và tải bình thường, và một nguồn khác nêu 40.000 đến 100.000 giờ như con số lý thuyết thường được định cho vòng bi động cơ^10,14.

Cả hai là khoảng do nhà cung cấp công bố, nên dùng như một phép kiểm tra hợp lý xem tuổi thọ quan sát được có ngắn không, chứ không phải tuổi thọ cam kết cho ứng dụng của bạn.

Bao nhiêu phần hỏng hóc thuộc về chính vòng bi?

Các nguồn không thống nhất hỏng hóc chủ yếu do ứng dụng hay do vòng bi, và sự bất đồng đó chưa được giải quyết^14,15.

Điều được chốt về mặt chung là phía vật liệu: GCr15/AISI 52100 thấm cứng đạt HRC60+ với khả năng chống mài mòn và độ bền mỏi cao, vì vậy đó là thép vòng bi thông dụng^1,6.

Điều thang ABEC không kiểm soát cũng quan trọng không kém khi bạn quyết định có thay vòng bi không: nó không bao gồm thành phần vật liệu, xử lý nhiệt, chất lượng lồng giữ, độ hoàn thiện bề mặt, khe hở bên trong, hay chất lượng bôi trơn²².

Vậy cấp chính xác cao hơn không phải con đường dẫn tới tuổi thọ dài hơn khi nguyên nhân gốc là bôi trơn hay nhiễm bẩn. Nếu chẩn đoán của bạn chỉ vào ứng dụng, đổi cấp vòng bi sẽ không sửa được.

Các con số tỷ lệ hỏng hóc mà các nguồn nêu khác nhau

Hai nguồn cho hai câu trả lời khác nhau cho cùng câu hỏi — bao nhiêu phần hỏng hóc do ứng dụng gây ra so với do vòng bi.

Cả hai con số đều đến từ trang cấp nhà cung cấp, nên không nên trích dẫn cái nào trong báo cáo như thống kê ngành nếu chưa kiểm tra cơ sở đứng sau nó.

Điều các nguồn không xác lập

• Không nguồn nào cung cấp hình thái ở mức độ phóng đại để phân biệt bong tróc do mỏi với mài mòn, ăn mòn và xói mòn điện — cần đến phòng thí nghiệm hoặc tài liệu chuyên môn để làm việc đó.
• Không nguồn nào đề cập đến kiểm tra bột từ, kiểm tra chất thấm màu, phân tích tần số BPFO/BPFI/BSF/FTF, xung sốc, đo dòng điện hay phân tích dầu mỡ bôi trơn như các phương pháp chẩn đoán cho các dạng hư hỏng này.
• Không nguồn nào định lượng tốc độ mài mòn, tốc độ ăn mòn hay các đường cong thời gian đến hư hỏng trong các điều kiện vận hành khác nhau.
• Không nguồn nào mô tả nội dung của ISO 15243 hay thuật ngữ dạng hư hỏng của ANSI/ABMA, nên không thể dùng cả hai để phân loại hư hỏng ở đây.
• Không nguồn nào đề cập đến vật liệu hoặc lớp phủ chống ăn mòn, các loại nâng cấp gioăng cụ thể, quy trình hiệu chỉnh căn chỉnh hay sửa đổi quy trình lắp đặt như các biện pháp khắc phục.
• Không nguồn nào đề cập đến rung động như nguyên nhân gốc của bong tróc do mỏi, hay nhiệt độ quá mức như một nguyên nhân riêng biệt ngoài việc dầu mỡ bị khô.
• Không nguồn nào đề cập đến việc chọn loại gioăng hoặc tấm che, hay chọn khe hở bên trong, như các yếu tố thiết kế trong phòng ngừa hư hỏng.
• Không nguồn nào cung cấp sự phân phối toàn diện nguyên nhân gốc trên tất cả các dạng hư hỏng.