Vòng bi tự bôi trơn: Chúng là gì và tại sao chúng tồn tại lâu dài

Theo Viện Nghiên cứu Điện lực, trong máy móc quay, hỏng ổ trục là nguyên nhân hàng đầu gây ra thời gian ngừng hoạt động ngoài kế hoạch - gây ra khoảng 40 đến 50% tổng số lỗi động cơ điện trên toàn thế giới. Vòng bi tự bôi trơn được thiết kế đặc biệt để loại bỏ các lỗi bôi trơn dẫn đến thống kê đó. Hiểu được chúng là gì, chất bôi trơn thực sự hoạt động như thế nào bên trong ổ trục và nguyên nhân gây chết ổ trục sớm sẽ mang lại cho các kỹ sư bảo trì và nhà thiết kế thiết bị nền tảng để luôn đưa ra quyết định về thông số kỹ thuật phù hợp.

Vòng bi tự bôi trơn là gì?

A ổ trục tự bôi trơn là ổ trượt được thiết kế để hoạt động mà không cần bôi trơn bên ngoài — không dầu mỡ, không dầu, không cần bảo trì định kỳ. Nó đạt được điều này bằng cách kết hợp chất bôi trơn trực tiếp vào cấu trúc của nó, dưới dạng chất phụ gia rắn trong vật liệu ổ trục, dưới dạng ma trận xốp giải phóng dầu dưới áp suất và nhiệt, hoặc như một lớp lót nhúng chuyển màng bôi trơn mỏng lên trục khi nó quay.

Định nghĩa quan trọng về mặt kỹ thuật: ổ trục tự bôi trơn là bất kỳ ổ trục nào có hiệu suất ma sát được duy trì hoàn toàn bằng vật liệu hoặc cấu trúc bên trong ổ trục, không phụ thuộc vào chất bôi trơn được bôi bên ngoài trong thời gian sử dụng định mức của nó.

Vòng bi có cần được bôi trơn không?

Vòng bi lăn tiêu chuẩn - vòng bi, vòng bi lăn, vòng bi côn - yêu cầu bôi trơn mà không có ngoại lệ. Nếu không có màng bôi trơn ngăn cách các bộ phận lăn khỏi rãnh lăn, sự tiếp xúc giữa kim loại với kim loại sẽ xảy ra trong vòng vài giây sau khi khởi động, tạo ra nhiệt, rỗ bề mặt và mài mòn nhanh dẫn đến hỏng hóc.

Chất bôi trơn trong ổ trục thông thường phục vụ đồng thời bốn chức năng:

• Tạo thành một màng thủy động ngăn chặn sự tiếp xúc trực tiếp của kim loại giữa các con lăn và mương
• Mang đi nhiệt sinh ra do tiếp xúc lăn và ma sát bên trong
• Bảo vệ bề mặt bên trong khỏi quá trình oxy hóa, sự xâm nhập của hơi ẩm và môi trường xử lý ăn mòn
• Đình chỉ và loại bỏ các mảnh vụn mài mòn và các hạt ô nhiễm trước khi chúng gây ra thiệt hại mài mòn

Sự khác biệt quan trọng: ổ trục tự bôi trơns thực hiện tất cả bốn chức năng này thông qua cấu trúc vật chất của chúng thay vì bảo trì định kỳ. Vòng bi bằng đồng thiêu kết giải phóng dầu được lưu trữ trong điều kiện vận hành; ổ trục được lót bằng PTFE truyền màng truyền tới trục; ổ trục được cắm bằng than chì giải phóng chất bôi trơn ở nhiệt độ cao khi mỡ thông thường không hoạt động. Chất bôi trơn được tích hợp sẵn - không được thêm vào từ bên ngoài.

Tại sao vòng bi hỏng: Sáu nguyên nhân gốc rễ

Chương trình Phân tích Lỗi Vòng bi SKF, dựa trên dữ liệu hiện trường hơn 100 năm, quy khoảng 80% các lỗi vòng bi sớm là do các nguyên nhân có thể phòng ngừa được. Hiểu được những nguyên nhân gốc rễ này là bước đầu tiên hướng tới việc xác định liệu một ổ trục tự bôi trơn hoặc ổ trục được bôi trơn thông thường là lựa chọn chính xác cho một ứng dụng nhất định.

Chỉ riêng các hỏng hóc liên quan đến bôi trơn đã chiếm hơn một phần ba tổng số hỏng hóc sớm ở vòng bi tại hiện trường. Đây là trường hợp kỹ thuật chính cho ổ trục tự bôi trơns trong các ứng dụng mà khả năng tiếp cận bảo trì bị hạn chế, khó thực hiện định kỳ bôi trơn hoặc môi trường vận hành (nhiệt độ cao, độ ẩm cao, tiếp xúc với hóa chất) làm suy giảm chất bôi trơn thông thường một cách nhanh chóng.

Ô nhiễm: máy gia tốc sự cố im lặng

Ô nhiễm là dạng hư hỏng vòng bi được đánh giá thấp nhất trong môi trường công nghiệp. Một hạt mảnh vụn cứng chỉ lớn hơn 1 micron so với độ dày màng bôi trơn của ổ trục là đủ để gây ra vết lõm bề mặt trên mương. Trong các nhà máy xi măng, nhà máy thép và hoạt động khai thác mỏ, silic và mảnh vụn kim loại trong không khí tạo ra các điều kiện ô nhiễm làm giảm tuổi thọ vòng bi từ 75% trở lên so với điều kiện thử nghiệm trong phòng sạch - bất kể chất lượng bôi trơn.

Bịt kín ổ trục tự bôi trơns trong kết cấu polyme hoặc hỗn hợp PTFE mang lại lợi thế về mặt cấu trúc ở đây: không có núm mỡ, không có cổng mở và không có khoảng thời gian bảo trì đòi hỏi phải phá vỡ tính toàn vẹn của vòng đệm. Vòng bi là một hệ thống khép kín từ khi lắp đặt cho đến khi hết tuổi thọ.

Câu hỏi thường gặp

Vòng bi tự bôi trơn có thể được sử dụng trong các ứng dụng tốc độ cao không?

Nó phụ thuộc vào loại ổ trục. Vòng bi bằng đồng tẩm dầu thiêu kết hoạt động tốt ở tốc độ từ trung bình đến cao (giá trị PV lên tới 1,8 MPa·m/s đối với cấp tiêu chuẩn). Vòng bi composite PTFE phù hợp hơn với các ứng dụng dao động hoặc quay chậm trong đó việc hình thành màng thủy động bị hạn chế. Vòng bi cắm than chì thường bị giới hạn ở tốc độ thấp nhưng vượt trội trong môi trường nhiệt độ cao. Luôn xác minh giá trị PV (vận tốc áp suất) định mức của vòng bi so với tải trọng và tốc độ kết hợp của ứng dụng của bạn trước khi chỉ định.

Làm thế nào để biết khi nào ổ trục tự bôi trơn cần thay thế?

Các chỉ số chính bao gồm tiếng ồn hoặc độ rung khi vận hành tăng lên, hoạt động của trục có thể đo được vượt quá khe hở hoạt động được chỉ định của ổ trục, nhiệt độ vận hành tăng cao hơn mức cơ bản hoặc độ mòn có thể nhìn thấy trên bề mặt tiếp xúc của trục. Đối với các loại kim loại thiêu kết, việc thay thế được chỉ định khi ổ trục đạt khoảng 80% độ dày thành thiết kế của nó. Vòng bi polymer thường cho thấy sự mài mòn bề mặt có thể nhìn thấy hoặc sự thay đổi kích thước trong lỗ khoan trước khi hỏng.

Vòng bi tự bôi trơn có phù hợp cho các ứng dụng chế biến thực phẩm không?

Có - vòng bi tự bôi trơn gốc polymer trong UHMWPE, acetal hoặc PTFE tuân thủ FDA được sử dụng rộng rãi trong chế biến thực phẩm và đồ uống một cách chính xác vì chúng loại bỏ nguy cơ ô nhiễm dầu mỡ xâm nhập vào dòng sản phẩm. Chúng có khả năng chống ăn mòn, dễ làm sạch, không độc hại và không cần bôi trơn, điều này có thể gây ra vấn đề tuân thủ an toàn thực phẩm. Luôn xác nhận sự tuân thủ của FDA hoặc EU 10/2011 đối với loại polymer cụ thể trước khi lắp đặt vào vùng tiếp xúc với thực phẩm.

Tuổi thọ sử dụng điển hình của ổ trục tự bôi trơn so với ổ trục được bôi trơn là bao nhiêu?

Trong điều kiện lý tưởng với khả năng bôi trơn phù hợp, ổ trục lăn chất lượng cao có thể tồn tại lâu hơn ổ trượt trơn tự bôi trơn trên cơ sở mỗi chu kỳ. Tuy nhiên, trong các ứng dụng thực tế có yêu cầu bảo trì thay đổi, môi trường khắc nghiệt hoặc các điểm lắp đặt không thể tiếp cận, vòng bi tự bôi trơn luôn mang lại tuổi thọ sử dụng thực tế lâu hơn. Các nghiên cứu từ dữ liệu hiện trường của SKF và NSK cho thấy rằng việc chuyển đổi từ vòng bi được bôi trơn sang các giải pháp thay thế tự bôi trơn trong các ứng dụng băng tải khai thác mỏ đã kéo dài thời gian trung bình giữa các lần thay thế từ 2,5 đến 4 lần, chủ yếu bằng cách loại bỏ các sự cố hỏng hóc khi bôi trơn.