Cách tính tuổi thọ vòng bi L10 từng bước: thứ bạn tự tính được và thứ phải lấy từ nhà cung cấp

Xác định xem chỉ tải hướng tâm có đủ để tính P hay không

P là số hạng tải trong phương trình tuổi thọ, nên nếu vòng bi chịu tải trục mà bạn chỉ nhập Fr, tuổi thọ tính ra sẽ cao hơn thực tế.

Phép quy đổi là P = X·Fr + Y·Fa, trong đó X và Y phụ thuộc vào kiểu và hình học của vòng bi, do tiêu chuẩn hoặc nhà sản xuất công bố^9,18.

Bạn không thể lấy các hệ số đó từ bài viết này; hãy yêu cầu nhà cung cấp cho giá trị X và Y áp dụng cho vòng bi ứng viên và tỷ lệ Fa/Fr của bạn trước khi tin bất kỳ con số tuổi thọ nào.

Có cần chúng hay không còn tùy vào trường hợp tải.

Vòng bi bóng rãnh sâu có thể chịu tải trục theo cả hai chiều, nhưng một nhà cung cấp cho biết khả năng chịu tải trục của chúng thường không vượt quá khoảng 20–30% định mức hướng tâm tĩnh, và muốn khả năng tải trục cao hơn thì cần thiết kế tiếp xúc góc⁶.

Hãy coi tỷ lệ đó là quan sát của một nhà cung cấp, không phải quy tắc để thiết kế theo.

Nếu thành phần trục chỉ là một phần nhỏ so với tải hướng tâm, phép tính chỉ theo hướng tâm có thể đủ cho lần ước lượng đầu; nếu không, bắt buộc phải đi theo hướng X và Y.

Cố định số mũ và công thức cơ bản

Tuổi thọ định mức cơ bản là L10 = (C/P)^p × 10^6 vòng, trong đó C là định mức tải động cơ bản, P là tải động tương đương, p bằng 3 với vòng bi bóng hoặc 10/3 với vòng bi lăn^8–10,21.

Sai số mũ là mọi con số phía sau đều sai, nên hãy xác nhận dòng vòng bi trước khi bắt đầu: vòng bi lăn dùng 10/3, không phải 3. Chính số mũ này cũng là lý do thay đổi tải lại ảnh hưởng mạnh đến tuổi thọ.

Vì tuổi thọ biến thiên theo tỷ số tải lũy thừa với số mũ đó, một mức tăng nhỏ của tải đặt sinh ra mức giảm lớn của tuổi thọ tính toán — gấp đôi tải lên vòng bi bóng là cắt tuổi thọ xuống còn khoảng một phần tám⁸.

Vòng bi lăn, với số mũ cao hơn, còn nhạy cảm hơn nữa^1,9,21. Đó là lý do việc chọn vòng bi lớn hơn một cỡ — làm tăng C — có thể rẻ hơn là chấp nhận một con số tuổi thọ thiếu an toàn.

Một lưu ý về bản thân C: định mức động trong catalogue cho vòng bi lăn côn không phải lúc nào cũng so sánh trực tiếp được giữa các nhà sản xuất, vì chúng có thể tính theo các tiêu chuẩn khác nhau²⁹.

Nếu bạn đang so sánh các ứng viên từ nhiều hãng, hãy yêu cầu từng hãng nêu tiêu chuẩn đứng sau định mức đó.

Quy đổi số vòng sang giờ theo tốc độ vận hành

L10 ra kết quả theo số vòng; chỉ có giờ khi bạn cố định một tốc độ. Hãy chia số vòng cho số vòng mỗi giờ, tức RPM × 60¹⁰.

Hình thức phép tính rất đơn giản: với C = 10,000 N, P = 2,000 N và p = 3, ta có C/P = 5 và (C/P)^3 = 125, tức L10 = 125 × 10^6 vòng; ở tốc độ 1,000 RPM, đó là 125,000,000 ÷ 60,000 = khoảng 2,083 giờ^9,10.

Ví dụ này chỉ mang tính minh họa chung, không phải trường hợp động cơ, bơm hay băng tải — không nguồn nào trong bộ này xử lý một trong các trường hợp đó với tải thực. So sánh kết quả với điều gì còn phụ thuộc chế độ làm việc.

Một nguồn đặt tuổi thọ L10 mục tiêu điển hình ở mức 20,000–50,000 giờ cho phần lớn thiết bị công nghiệp, và 80,000–100,000 giờ trở lên cho các bơm, quạt, máy nén quan trọng chạy liên tục²¹.

Hãy coi các dải đó là tham chiếu xuất phát từ một nguồn duy nhất, không phải thông số kỹ thuật, và tự đặt mục tiêu của bạn dựa trên chu kỳ bảo trì và chi phí dừng đột xuất.

Băng tải chạy một ca mỗi ngày và bơm chạy liên tục không đáng có cùng mục tiêu số giờ, dù vòng bi giống hệt nhau.

Áp dụng các điều chỉnh về độ tin cậy và điều kiện vận hành

Con số L10 cơ bản là giá trị với độ tin cậy 90%.

Nếu ứng dụng của bạn cần cao hơn, tuổi thọ định mức hiệu chỉnh là Lna = a1 × a2 × a3 × L10, trong đó a1 hiệu chỉnh theo độ tin cậy, a2 theo vật liệu, a3 theo điều kiện vận hành gồm bôi trơn và độ sạch¹¹.

Hệ số có giá trị công bố là hệ số độ tin cậy: a1 = 1.0 ở độ tin cậy 90%, 0.62 ở 95% và 0.21 ở 99%²⁰.

Như vậy nâng độ tin cậy của một chiếc bơm từ 90% lên 99% sẽ cắt tuổi thọ tính toán xuống còn khoảng một phần năm — đó chính là sự đánh đổi bạn thực hiện khi ghi mục tiêu độ tin cậy vào thông số kỹ thuật.

Khía cạnh bôi trơn và nhiễm bẩn đi vào qua a3, hoặc qua cách tiếp cận tuổi thọ hiệu chỉnh hợp nhất của ISO 281 tính cùng lúc điều kiện bôi trơn, nhiễm bẩn và mục tiêu độ tin cậy^11,21.

Không nguồn nào trong bộ này cho giá trị a_ISO hay một bài tính tuổi thọ hiệu chỉnh hoàn chỉnh bằng số, nên bạn không thể hoàn tất bước này chỉ bằng dữ liệu công bố.

Hãy yêu cầu nhà cung cấp chạy phép tính hiệu chỉnh cho điều kiện bôi trơn và độ sạch của bạn, và nêu rõ cấu trúc hệ số mà họ dùng.

Đặt khe hở bên trong và độ khít theo chế độ làm việc

Khe hở không xuất hiện trong phép tính L10, nhưng quyết định tuổi thọ bạn tính ra có phải là tuổi thọ bạn thực nhận được hay không.

Khe hở bên trong ảnh hưởng đến tiếng ồn, rung động, ứng suất nhiệt, độ võng, phân bố tải và tuổi thọ mỏi, và khe hở hướng tâm lớn hơn là mong muốn khi vòng trong hoặc trục nóng hơn vòng ngoài, vì khe hở sẽ khép lại khi trục giãn nở⁷.

Trong động cơ, bơm và băng tải, vòng trong thường nóng hơn, đó là lý do khe hở C3 thường được khuyến nghị cho cả ba công việc dựa trên tốc độ cao, sinh nhiệt và giãn nở nhiệt²². Độ khít tác động theo hướng ngược lại.

Công việc tốc độ cao, tải lớn cần độ khít ép chặt hơn, trong khi giãn nở nhiệt có thể đẩy bạn về phía fit kiểu hở hoặc kiểu chuyển tiếp²³.

Hai lựa chọn này tương tác: độ khít quá chặt trên trục nóng có thể tiêu hết khe hở bên trong bạn đã chọn, còn độ khít lỏng cho phép vòng bị trượt bò.

Trước khi phát hành yêu cầu báo giá, hãy xác nhận đồng thời lớp khe hở và dung sai trục, vỏ theo chênh lệch nhiệt độ thực giữa vòng trong và vòng ngoài, thay vì coi chúng là hai quyết định riêng biệt.

Kiểm tra xem C0 có chi phối thay vì tuổi thọ động không

Công thức tuổi thọ động giả định vòng bi quay dưới tải.

Với vòng bi đứng yên hoặc di chuyển rất chậm dưới tải — trục quay từng bước rồi dừng, hoặc giữ vị trí — định mức tĩnh C0 và kiểm tra an toàn tĩnh mới chi phối, và tải va đập, dao động chậm hoặc thời gian dừng dài khiến kiểm tra đó quan trọng không kém kiểm tra động¹².

Bộ truyền băng tải khởi động thường xuyên và chịu tải va đập chính là trường hợp cần lưu ý ở đây.

Điều các nguồn không cung cấp là công thức hệ số an toàn tĩnh hay mức tối thiểu chấp nhận được cho bất kỳ ứng dụng nào, nên bạn không thể hoàn tất kiểm tra này từ bài viết này.

Hãy yêu cầu nhà cung cấp cho phương pháp tải tĩnh tương đương và hệ số an toàn tối thiểu họ áp dụng cho công việc của bạn.

Dữ liệu cần yêu cầu nhà cung cấp trước khi tin con số

Chuỗi tính toán ở trên chỉ hoàn chỉnh khi bạn có các dữ liệu đầu vào mà các nguồn không công bố. Hãy yêu cầu các mục sau trước khi phát hành yêu cầu báo giá, và coi bất kỳ con số tuổi thọ nào được đưa ra thiếu chúng là con số tạm thời.

• ✓Hệ số X và Y cho vòng bi ứng viên tại tỷ lệ Fa/Fr của bạn, kèm tiêu chuẩn lấy các hệ số đó
• ✓Tiêu chuẩn đứng sau định mức C trong catalogue, đặc biệt với vòng bi lăn côn nơi định mức có thể không so sánh được giữa các hãng
• ✓C0 cùng phương pháp và mức tối thiểu của hệ số an toàn tĩnh cho công việc của bạn
• ✓a_ISO hoặc các hệ số bôi trơn và nhiễm bẩn tương đương cho điều kiện bôi trơn và độ sạch thực của bạn
• ✓Xác nhận rằng con số tuổi thọ giả định bôi trơn sạch, lắp đặt đúng và điều kiện vận hành bình thường, và điều gì thay đổi nếu không đúng
• ✓Có thể chạy máy tính tuổi thọ riêng của nhà cung cấp trên công việc của bạn sau khi có danh sách ngắn ứng viên hay không
• ✓Giá trị DN của vòng bi ứng viên, vì vòng bi một dãy thường cho phép giá trị DN cao hơn 20–40% so với sản phẩm hai dãy cùng đường kính lỗ

Nơi các nguồn bất đồng về cấu trúc điều chỉnh

Hai hướng điều chỉnh cho ra phép tính khác nhau, nên hãy hỏi nhà cung cấp tuổi thọ họ báo dùng hướng nào trước khi so sánh các con số.

Những gì các nguồn không xác lập

• Không nguồn nào cung cấp giá trị thực của các hệ số X và Y cần để tính P cho các kiểu vòng bi cụ thể.
• Không nguồn nào cung cấp bài tính L10 hoàn chỉnh cho ứng dụng động cơ, bơm hoặc băng tải với tải và tốc độ cụ thể cùng kết quả L10h thu được.
• Không nguồn nào cung cấp công thức s0 = C0/P0 hay mức tối thiểu chấp nhận được cho bất kỳ ứng dụng nào.
• Không nguồn nào cung cấp giá trị a_ISO hay bài tính tuổi thọ định mức hiệu chỉnh hoàn chỉnh bằng số.
• Không nguồn nào cung cấp dữ liệu catalogue thực (C, C0, kích thước, giới hạn tốc độ) cho các vòng bi ứng viên cụ thể.
• Không nguồn nào cung cấp ví dụ tính từng bước, gồm cả việc tính P từ tải hướng tâm và tải trục bằng hệ số X và Y.
• Không nguồn nào cung cấp phép quy đổi giữa L10 tính bằng vòng và L10h tính bằng giờ cho ứng dụng tốc độ thay đổi.