Nguyên nhân gây ra vòng bi lăn quá nóng? Phân tích nguyên nhân gốc rễ kỹ thuật

Nguyên nhân chính gây quá nhiệt ở vòng bi lăn

Quá nóng hiếm khi xuất phát từ một yếu tố riêng biệt. Thông thường hơn, đó là kết quả của các điều kiện liên quan lẫn nhau tạo nên ứng suất nhiệt. Các loại sau đây đại diện cho các nguyên nhân gốc rễ được xác định thường xuyên nhất trong các ứng dụng công nghiệp.

Lỗi bôi trơn

Bôi trơn là huyết mạch của bất kỳ ổ lăn nào. Chức năng chính của nó bao gồm tách các bộ phận lăn khỏi mương, tản nhiệt và chống ăn mòn. Khi bôi trơn không thành công, ma sát tăng theo cấp số nhân, tạo ra nhiệt quá mức.

• Loại chất bôi trơn hoặc độ nhớt không chính xác: Sử dụng dầu, mỡ có độ nhớt quá cao so với tốc độ vận hành sẽ làm tăng lực cản và sinh nhiệt. Ngược lại, độ nhớt thấp không thể duy trì đủ màng elastohydrodynamic (EHD), dẫn đến tiếp xúc giữa kim loại với kim loại và gia nhiệt do ma sát.
• Suy thoái chất bôi trơn: Tiếp xúc với nhiệt độ cao, ô nhiễm hoặc quá trình oxy hóa sẽ phá vỡ dầu gốc bôi trơn và chất làm đặc, làm giảm khả năng tạo màng của chúng. Dầu mỡ bị phân hủy có thể cứng lại hoặc mất khả năng tách rời các bộ phận lăn.
• Bôi quá nhiều hoặc thiếu dầu: Dầu mỡ quá nhiều lấp đầy khoang ổ trục, gây ra hiện tượng khuấy trộn và nhiệt độ vận hành tăng cao. Dầu mỡ không đủ dẫn đến tình trạng thiếu dầu và bôi trơn biên. Nghiên cứu chỉ ra rằng mỡ bôi trơn cứng hơn (cấp NLGI cao hơn) có thể hoạt động tốt hơn trong các ứng dụng tốc độ cao vì chúng chống trượt trở lại đường lăn, do đó làm giảm lực cản.
• Không tương thích: Việc trộn các loại hóa chất mỡ khác nhau (ví dụ: gốc lithium với gốc polyurea) có thể làm mềm, cứng lại hoặc tách dầu, ảnh hưởng đến độ ổn định nhiệt.

Gắn và lắp không đúng cách

Mối quan hệ giữa ổ lăn và các bộ phận liền kề của nó (trục và vỏ) quyết định khe hở bên trong và phân bổ tải trọng. Lắp đặt không đúng sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất tản nhiệt.

• Sự can thiệp quá mức phù hợp: Khớp quá chặt trên trục hoặc trong vỏ sẽ nén các vòng ổ trục, làm giảm độ hở xuyên tâm bên trong. Việc giảm này có thể làm mất đi khoảng hở vận hành, khiến các bộ phận lăn bị kẹt và tạo ra ma sát cực lớn.
• Giải phóng mặt bằng không đủ: Ngay cả với các khớp khít chính xác, việc chọn ổ trục có khe hở ban đầu quá thấp so với độ giãn nở nhiệt dự kiến có thể dẫn đến hiện tượng kẹt khi ổ trục nóng lên và giãn nở.
• Sai lệch: Độ lệch góc giữa trục và vỏ buộc các bộ phận lăn di chuyển dọc theo các đường lệch, tạo ra ứng suất không đồng đều và làm nóng cục bộ. Điều này đặc biệt gây bất lợi cho vòng bi trụ và vòng bi kim, vốn có khả năng điều chỉnh sai lệch hạn chế.

Tải quá mức hoặc tải không cân bằng

Mỗi ổ lăn được định mức cho một khả năng chịu tải động và tĩnh cụ thể. Hoạt động vượt quá những giới hạn này hoặc khiến ổ trục chịu sự phân bố tải trọng không đồng đều sẽ làm tăng ứng suất và ma sát.

• Quá tải: Việc vượt quá định mức tải trọng tính toán của ổ trục sẽ làm tăng ứng suất tiếp xúc tại bề mặt tiếp xúc giữa phần tử lăn và rãnh lăn. Ứng suất cao hơn dẫn đến biến dạng đàn hồi và năng lượng ma sát lớn hơn, biểu hiện dưới dạng nhiệt.
• Tải trọng dọc trục trong ổ bi một hướng: Việc tác dụng lực đẩy lên các ổ trục không được thiết kế chịu lực dọc trục đáng kể (ví dụ: ổ đũa trụ tiêu chuẩn) sẽ gây ra tải trọng ở cạnh và sinh nhiệt quá mức. Vòng bi côn hoặc vòng bi tiếp xúc góc được thiết kế đặc biệt để chịu tải tổng hợp.
• Các bộ phận quay không cân bằng: Trục hoặc rôto không cân bằng tạo ra tải trọng theo chu kỳ vượt quá định mức động của ổ trục, dẫn đến ma sát dao động và nhiệt độ tăng vọt.

Ô nhiễm và các hạt lạ

Các hạt như bụi bẩn, mảnh kim loại hoặc mảnh vụn của quá trình xâm nhập vào ổ trục có tác động sâu sắc đến hoạt động nhiệt.

• Thiệt hại vết lõm: Các hạt có thể được lăn qua các phần tử lăn, tạo ra các vết lõm trong mương. Những vết "brinelling" này làm tăng độ nhám bề mặt và tạo ra ma sát khi các phần tử lăn tiếp theo gặp phải chúng.
• Độ mài mòn: Các hạt cứng, mịn lơ lửng trong chất bôi trơn hoạt động như một hợp chất mài, dần dần loại bỏ vật liệu và thay đổi hình dạng của ổ trục, dẫn đến tăng độ hở khi chạy và nhiệt độ quá cao.
• Độ ẩm xâm nhập: Ô nhiễm nước làm giảm độ dày màng dầu và thúc đẩy sự ăn mòn, làm nhám bề mặt và tăng tốc độ mài mòn, do đó làm tăng ma sát và nhiệt độ.

Làm mát hoặc thông gió không đầy đủ

Ngay cả dưới tải hoạt động bình thường, vòng bi lăn vẫn tạo ra một lượng nhiệt cơ bản cần phải tiêu tán. Làm mát không đủ có thể gây ra sự tích tụ nhiệt độ dần dần.

• Luồng khí bị hạn chế: Trong các máy có hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên, việc thiếu khoảng trống xung quanh vỏ hoặc các cánh tản nhiệt bẩn có thể giữ nhiệt.
• Lỗi hệ thống làm mát: Trong vỏ làm mát bằng chất lỏng, đường dẫn chất làm mát bị tắc, mức chất làm mát thấp hoặc lỗi bơm sẽ ngăn cản sự thoát nhiệt khỏi vùng ổ trục.
• Nhiệt độ môi trường cao: Hoạt động trong môi trường vốn đã ấm áp sẽ làm giảm chênh lệch nhiệt độ dành cho tản nhiệt.