Giả sử vòng bi có thiết kế, ứng dụng
và bôi trơn phù hợp, thì chúng sẽ bị hỏng do giới hạn tuổi thọ mỏi vật liệu tự
nhiên của chúng, nhưng tất cả các vòng bi sẽ hỏng sớm hơn do các nguyên nhân được nêu trong bài viết sau đây.
Việc khắc phục sự cố của các vòng
bi và xác định nguyên nhân hư hỏng gốc rễ của chúng thường rất khó, vì nhiều dạng
hỏng hóc trông rất giống nhau. Điều này là do các hư hỏng của vòng bi hầu như
luôn luôn được biểu hiện bởi các tình trạng nứt vỡ (spalling)
hoặc bong tróc (flaking) của các bề mặt chi tiết
vòng bi. Sự nứt vỡ xảy ra khi vòng bi đã đạt đến giới hạn tuổi thọ mỏi của chúng,
nhưng cũng có thể xảy ra khi hư hỏng sớm. Vì lý do này, điều quan trọng là các
chuyên gia khắc phục sự cố phải biết và có thể nhận biết tất cả các dạng hư hỏng
thường gặp của vòng bi. Khả năng khắc phục sự cố chính xác và nhận ra nguyên
nhân gốc rễ của các lỗi hư hỏng của vòng bi sẽ đưa các chuyên gia phân tích đi đến
kết luận đúng. Chúng ta thường nghe nhận xét, ngay cả bởi các kỹ sư và kỹ thuật
viên có kinh nghiệm, "vòng bi này bị hỏng sớm vì nó bị lỗi." Lỗi
sản xuất trong vòng bi chiếm ít hơn 1% trong số
hàng triệu vòng bi đang được sử dụng hiện nay trên khắp thế giới và tỷ lệ sai
sót nhỏ này đang được giảm liên tục nhờ những cải tiến trong kỹ thuật sản xuất
và vật liệu chế tạo vòng bi. Chỉ một phần nhỏ trong số các vòng bi đang sử dụng
bị hỏng vì chúng đã đạt đến giới hạn mỏi vật liệu.
Hầu hết các vòng bi đều tồn tại lâu hơn so với máy móc hoặc bộ phận máy mà
chúng được lắp đặt.
Xem thêm:
- Vòng bi: cấu tạo, nguyên lý, phân loại, đặc điểm, bôi trơn
- Ebook: Sổ tay phân tích các dạng hư hỏng của vòng bi SKF
- Tại sao vòng bi của bơm hư hỏng?
Điều gì tạo nên giới hạn tuổi thọ do mỏi của vòng bi
Tuổi thọ của vòng bi liên quan trực
tiếp đến số vòng quay thực hiện của vòng
bi, độ lớn của tải tác động và khả năng bôi trơn và độ sạch của chất bôi trơn;
giả sử lựa chọn vòng bi ban đầu là chính xác và lắp đặt thích hợp. Mỏi là kết
quả của ứng suất cắt (shear stresses), còn gọi
là biến dạng đàn hồi, xuất hiện theo chu kỳ ngay bên dưới bề mặt chịu tải,
khi các bi đũa hoặc bi cầu đi qua rãnh lăn.
Nứt vỡ và bong tróc
Sau nhiều vòng quay, những ứng suất
này giữa các viên bi và bề mặt rãnh lăn sẽ làm xuất hiện các vết nứt dưới bề mặt
và mở rộng trên bề mặt của các viên bi, rãnh lăn hoặc cả hai. Những vết nứt này
có thể làm cho các mảnh vỡ bề mặt của vật liệu chịu lực bị vỡ ra. Tình trạng
này được gọi là nứt vỡ (spalling) hoặc bong tróc
(flaking) mà tiếp tục cho đến khi vòng bi đạt đến giới hạn tuổi thọ của nó, như
được minh họa ở hình trên.
Xem thêm:
Nguyên nhân dẫn đến hỏng vòng bi được
minh họa hình sau:
 |
| Rỗ mờ và đốm bẩn |
Sự xuất hiện rỗ mờ (frosted) hoặc đốm
bẩn (smeared) của vòng bi này minh họa điều gì sẽ xảy ra khi độ nhớt của dầu
quá thấp (loãng) và xảy ra tiếp xúc trực tiếp kim loại với kim loại. Loại hư hỏng
sớm này thường xảy ra trong quá trình khởi động ban đầu của các vòng bi chịu tải
nặng. Hư hỏng này xảy ra chỉ sau 15 giây hoạt động.
Nguyên nhân của sự cố vòng bi được
minh họa dưới đây:
 |
| Mất kim loại do tiếp xúc |
Vòng bi này bị hỏng do sự hàn tiếp xúc (welding
contact) liên tục giữa các bề mặt kim loại, cuối cùng làm cho kim loại bị
'lôi ra' khi các bề mặt dính vào nhau trong quá
trình quay. Tình trạng này có thể do dầu có độ nhớt sai, tải trọng quá mức, tốc
độ, nhiệt độ, khe hở bên trong không chính xác, chất bẩn
bị mắc kẹt bên trong vòng bi hoặc sự kết hợp của các điều kiện này.
Ngay cả khi nhiệt độ tăng ít nhất
là 4°C hoặc 5°C cũng có thể góp phần gây ra những hư hỏng này, do độ nhớt của chất bôi trơn loãng hơn yêu cầu. Khi phân tích nguyên
nhân gốc rễ của một hư hỏng, tất cả các nguyên nhân có thể góp phần phải được
xem xét.
Xem thêm:
Nguyên nhân của hai
dạng hư hỏng vòng bi được minh họa dưới đây:
Hai dạng hư hỏng vòng bi
Vòng bi đầu tiên:
Gỉ sét và màu trắng trên vòng ngoài cho thấy sự kết hợp của một số tình trạng
có thể xảy ra; bao gồm các rung động nhỏ gây ra dao động của vòng ngoài, sự biến đổi màu hơi đỏ của độ ẩm trong vòng bi do làm kín kém (poor sealing), dung
sai lắp ghép không tốt (poor fit) giữa vòng ngoài và vỏ máy, thiếu dầu
bôi trơn hoặc lắp đặt không đúng cách.
Vòng bi thứ hai
cho thấy sự ăn mòn tối màu khá nghiêm trọng vị trí cách đều giữa các viên bi trên
rãnh lăn vòng trong, xảy ra trong khi vòng bi đứng yên.
Nguyên nhân hư hỏng vòng bi được minh họa dưới đây:
Bôi trơn quá mức (over lubrication) thường là nguyên
nhân dẫn đến hỏng vòng bi được bôi trơn bằng mỡ, gây ra nhiệt độ hoạt động của vòng
bi cao hơn bình thường. Lượng dầu mỡ quá nhiều gây ra ma sát bên trong chất bôi
trơn, do đó thúc đẩy nhiệt độ quá cao gây ra quá trình oxy hóa và gây ra hỏng
chất bôi trơn và hỏng vòng bi sớm.
Quá nhiều dầu mỡ sẽ gây ra hiện tượng
khuấy tạo bọt trong các bộ phận quay và kết quả
là nhiệt độ sẽ luôn tăng. Dầu có độ nhớt quá cao hoặc mỡ có độ đặc quá cao cũng
sẽ làm tăng nhiệt độ vận hành. Cần phải cẩn thận khi điều tra nhiệt độ cao, khắc
phục sự cố không chỉ phải xem xét khả năng quá nhiều chất
bôi trơn mà còn phải xem xét chất bôi trơn chính
xác cho ứng dụng đang được sử dụng.
Nguyên nhân dẫn đến hỏng vòng bi được
minh họa dưới đây:
 |
| Hiện tượng phóng điện trên rãnh lăn vòng trong |
Vòng bi không an toàn trước sự phóng điện tiềm ẩn hoặc dòng
điện đi lạc (stray currents) do lực điện từ tạo ra. Trong các ứng dụng vòng bi này, nên nối
đất vòng bi bằng chổi tiếp đất (grounding brushes).
Đối với người sử dụng dây đai và
băng tải của truyền động giữa quạt và động cơ điện, các tiêu chuẩn công nghiệp
xác định độ dẫn điện tối thiểu là RMA
IP-3-3, ISO 1813 và ISO 9563. Ngoài ra, các nhà sản xuất dây đai truyền động
khuyến nghị sử dụng dây đai dẫn điện tĩnh (static conductive belts)
6 megohms hoặc ít hơn. Vòng trong của vòng bi này cho thấy bằng chứng rõ ràng về
sự hư hỏng bề mặt kiểu gợn sóng do rỗ điện
gây ra (pitting).
Thách thức đối với khắc phục sự cố
là học cách nhận ra sự khác biệt giữa phần trăm nhỏ các vòng bi có biểu hiện mỏi vật liệu mà cho thấy chúng đang ở cuối vòng đời
và hầu hết các vòng bi bị hư hỏng sớm được mô tả ở trên.
Sẽ không có gì ngạc nhiên đối với
những chuyên gia khắc phục sự cố thiết bị có kinh nghiệm, giả sử vòng bi có thiết
kế, ứng dụng và bôi trơn phù hợp, vòng bi sẽ hỏng sớm hay muộn là do giới hạn
tuổi thọ mỏi vật liệu tự nhiên của chúng, nhưng tất cả các vòng bi sẽ hỏng sớm
do các nguyên nhân ở trên.
Nhận xét
Đăng nhận xét
Các bạn có câu hỏi gì, cứ mạnh dạn trao đổi nhé, baoduongcokhi sẵn sàng giải đáp trong khả năng của mình.