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.
Điều gì tạo nên giới hạn tuổi thọ 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
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.
2. 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.
3. 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.
4. Bôi trơn quá mức
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.
5. 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).
Kết luận:
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.
Mình xin dừng bài viết tại đây. Bên trên là tổng hợp vô cùng đầy đủ những thông tin cần thiết về nguyên nhân dẫn đến hỏng vòng bi. Hy vọng sẽ hữu ích cho bạn.
Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào hoặc cần mua vòng bi, bạc đạn uy tín, chính hãng, đừng chần chừ liên hệ ngay với chúng tôi theo thông tin sau:
NGUYỄN ĐÌNH DŨNG (Mr)
Phone: 0363.640.023
Xem thêm: Phân biệt các loại gối đỡ vòng bi UC SKF