Thứ Sáu, ngày 04 tháng 11 năm 2011

9 điều cần biết khi sử dụng vòng bi

Vòng bi nhãn hiệu SKF đã được lắp đặt và sử dụng trên toàn Thế giới nhiều hơn bất kỳ nhãn hiệu nào khác. Là nhà sản xuất vòng bi và phớt chặn dầu lớn nhất Thế giới, chúng tôi chế tạo đủ loại vòng bi, phớt chặn dầu với các kích cỡ cho từng ứng dụng cụ thể. Từ loại vòng bi đặc biệt dùng cho quạt trần cho đến loại vòng bi có đường kính 7.2 m, nặng 45 tấn dùng cho các máy đào hầm. Chúng tôi hiện có 70 nhà máy, 20.000 nhà phân phối và có mặt trên 130 quốc gia. Vào năm 1907, năm hoạt động đầu tiên, chúng tôi chỉ chế tạo 2.200 vòng bi. Ngày nay, công ty chế tạo trên 230.000 vòng bi – mỗi giờ.

1-Làm thế nào để lựa chọn mỡ bôi trơn thích hợp cho vòng bi?

Để chọn mỡ bôi trơn thích hợp cho vòng bi, các bạn có thể tham khảo bảng hướng dẫn lựa chọn mỡ của SKF ( xem phần mỡ bôi trơn/dụng cụ bảo trì của SKF ), hay bạn liên hệ với văn phòng SKF Việtnam để được hướng dẫn cụ thể.

;2-Có cần tra thêm mỡ cho các vòng bi có 2 nắp hay không?

Các loại vòng bi SKF có lắp sẵn hai nắp che thép (-2Z) hoặc hai phớt cao su (-2RSH hoặc -2RS1) đều đã được tra sẵn mỡ bôi trơn với chủng lọai và lượng mỡ phù hợp đảm bảo cho các lọai vòng bi này họat động đến hết tuổi thọ tính tóan của vòng bi.
Chính vì vậy, chúng ta không nên cạy phớt hoặc nắp che ra để tra thêm mỡ vào, điều này không làm cho vòng bi làm việc tốt hơn mà có khả năng làm hỏng vòng bi vì khi tháo lắp phớt họat nắp che có thể làm chúng bị hỏng, lượng mỡ tra vào quá mức cần thiết sẽ làm cho vòng bi họat động nóng hơn, loaik mỡ tra thêm vào có thể không tương thích với loại mỡ đã được nhà sản xuất tra vào sẵn.
Tuy nhiên trong một số trường hợp như các ứng dụng có trục lắp đứng hoặc vòng ngoài quay thì vòng bi cần có một chế độ bôi trơn đặc biệt, đề nghị liên hệ với SKF để biết thêm chi tiết.

3-Lắp vòng bi thế nào cho đúng?

Để lắp vòng bi cho đúng xin vui long tham khảo trang web của SKF www.skf.com/mount

4-Tuổi thọ làm việc trung của vòng bi?

Tuổi thọ làm việc của cùng một vòng bi nhưng được sử dụng cho những ứng dụng khác nhau sẽ không giống nhau. Về mặt kỹ thuật, tuổi thọ của vòng bi đươc xác định bằng số vòng quay và thay đổi (chịu ảnh hưởng) tùy theo: tải trọng (nặng hay nhẹ, đều hay không đều), nhiêt độ làm việc (cao hay thấp), môi trường làm việc (bụi bẩn, ẩm ướt, hoá chất,… ).

5-Làm sao biết lúc nào vòng bi sắp hỏng?

Vòng bi sắp hỏng thường có các dấu hiệu sau :
*Nhiệt độ cụm ổ đỡ vòng bi tăng cao bất thường
*Tạo độ ồn, tiếng rít bất thường.
*Độ rung động tăng cao bất thường
Bằng việc theo dõi định kỳ các thông số, dấu hiệu mô tả trên, người sử dụng có thể đánh giá và dự đoán tình trạng hoạt động của vòng bi.

6-Có phương pháp nào để biết được tình trạng hoạt động của vòng bi khi đang sử dụng?

Như đã trả lời ở câu 7, tình trạng hoạt động của vòng bi sẽ được phản ánh qua các thông số nhiệt độ, độ ồn, độ rung động. Việc theo dõi định kỳ các thông số này giúp người sử dụng có cơ sở tương đối chính xác để đánh giá tình trạng họat động của vòng bi. Hiện nay, phương pháp được đánh giá là hiệu qủa nhất để theo dõi tình trạng họat động và dự đóan sớm các hư hỏng của vòng bi là phương pháp đo và phân tích rung động của vòng bi.

7-Làm các nào để đo độ mòn của vòng bi?

Mỗi loại vòng bi được chế tạo với một khe hở bên trong (độ rơ) nhất định theo tiêu chuẩn. Việc đo, kiểm tra khe hở (độ rơ) này đòi hỏi các thiết bị chuyên dùng có độ chính xác cao. Việc kiểm tra độ mòn bằng phương pháp “ép chì” như một số nơi áp dụng không được khuyến cáo vì không chính xác. Thông thường sau một quá trình họat động, độ mòn của vòng bi sẽ không đều trên toàn bộ bề mặt rãnh lăn. Các vết tróc rỗ tế vi trên bề mặt các rãnh lăn sẽ là nguyên nhân chủ yếu dẫn đến hư hỏng vòng bi nhanh chóng nếu công tác bôi trơn không đảm bảo tốt. Việc đánh giá vòng bi qua cảm giác “độ rơ” bằng cách này hay cách khác không cho phép người sử dụng đánh giá chính xác tình trạng vòng bi.
Hiện nay, việc theo dõi tình trạng hoạt động của vòng bi bằng phương pháp đo, phân tích rung động để phát hiện và theo dõi các tần số hư hỏng của vòng bi (Bearing Defect Frequency – BDF) đang được áp dụng phổ biến với các dụng cụ đo, phân tích rung động chuyên dùng.

8-Tại sao khi thay vòng bi có lỗ côn được lắp trên măng xông thì hay mau hư ? Biện pháp khách phục?

Khi thay vòng bi có lỗ côn (vòng bi đỡ tự lựa, vòng bi tang trống) thường hay mau hư, điều này xảy ra phần lớn là do khi lắp xiết đai ốc quá chặt làm vòng bi không còn khe hở bên trong cần thiết. Để lắp các loại vòng bi này có khe hở bên trong còn lại sau khi lắp đúng, xin tham khảo phần hướng dẫn tháo lắp vòng bi trên mạng www.skf.com/mount.

9-Nên làm gì khi vòng trong hoặc vòng ngoài bị xoay trên trục hoặc thân ổ?

Nguyên nhân gây ra hiện tượng này là do :
*Vòng bi bị kẹt (không chạy được ) do mất khe hở bên trong hoặc do không được bôi trơn đúng.
*Dung sai lắp ghép không đúng.
Hậu quả là vòng bi từ từ bị xoay trong ổ hoặc trên trục khi làm việc và phát triển dần dần làn vòng bi xoay đều trong trục hoặc trên ổ, phát nhiệt do ma sát, làm hỏng chất bôi trơn và từ đó làm hỏng vòng bi cũng như trục (hoặc ổ)
Phương pháp tốt nhất là thay mới trục hoặc ổ. Trong trường hợp không thể thay mới, có thể sử dụng phương pháp hàn đắp và gia công lại cho đung dung sai lắp ghép. Tuy nhiên phải rất lưu ý trong khi gia công để tránh không bị hiện tượng lệch trục.
Trong mọi trường hợp, không áp dụng phương pháp “băm” trục hoặc ổ vì không hữu hiệu mà còn làm hư hỏng nặng hơn. Phương pháp sử dụng hoá chất chống xoay cũng chỉ là phương pháp tạm thời cho những trường hợp nhẹ mà thôi và không áp dụng được cho phía vòng bi “không định vị”.

Tìm hiểu khe hở vòng bi

Khe hở của vòng bi (hình 1) được định nghĩa như là khoảng cách mà một vòng của vòng bi có thể dịch chuyển tương đối so với vòng kia theo phương hướng kính (khe hở hướng kính) và theo phương dọc trục (khe hở dọc trục).



Vinamain.com
Hình 1: Khe hở hướng kính:δ ; khe hở dọc trục:δ12
Cần phân biệt giữa khe hở của vòng bi khi chưa lắp đặt và khe hở của vòng bi đã được lắp và đạt đến nhiệt độ làm việc ổn định (khe hở hoạt động). Khe hở ban đầu (trước khi lắp) lớn hơn khe hở hoạt động vì sự khác biệt về chế độ lắp và sự giản nở nhiệt khác nhau giữa các vòng của vòng bi và những bộ phận kế cận làm cho các vòng của vòng bi có thể bị nén lại.
Để vòng bi có thể hoạt động tốt thì khe hở hướng kính của vòng bi cần phải được xem xét kỹ lưỡng. Nói chung vòng bi cần có khe hở hoạt động gần bằng không hoặc có một ít dự ứng lực.Trong khi đó, vòng bi đũa, vòng bi tang trống và vòng bi CARB khi hoạt động cần phải có một khe hở nhất định  cho dù rất nhỏ. Điều cũng đúng với vòng bi côn ngoại trừ kết cấu vòng bi côn cần đạt yêu cầu độ cứng vững cao như kết cấu vòng bi côn trong bánh răng đầu trục khi đó vòng bi côn cần lắp với một dự ứng lực nào đó.
Vinamain.comVòng bi đũa
Vinamain.comVòng bi tang trống
Vinamain.com
Vòng bi CARB của SKF
Thông thường một vòng bi có khe hở tiêu chuẩn nếu được lắp với chế độ lắp thông dụng và điều kiến hoat động bình thường thì sẽ đạt đươc khe hở hoạt động phù hợp. Khi chế độ lắp và đều kiện làm việc không bình thường ví dụ như cả hai vòng của vòng bi cần phải được lắp chặt, nhiệt độ làm việc cao thì cần phải sử dụng vòng bi có khe hở lớn hơn hoặc nhỏ hơn tiêu chuẩn.Trong những trường hợp này thì nhà khuyến cáo nên kiểm tra lại khe hở còn lại sau khi lắp.
Vinamain.com
Đo khe hở vòng bi tang trống bằng thước nhét
Vinamain.com
Đo bằng thước nhét có độ chính xác cao
Những vòng bi có khe hở các tiêu chuẩn thì được nhận dạng bằng tiếp vi ngữ C1 đến C5 (bảng 1).
Bảng 1: Ký hiệu phụ về khe hở của vòng bi
Tiếp vị ngữKhe hở
C1Nhỏ hơn C2
C2Nhỏ hơn tiêu chuẩn
CNKhe hở tiêu chuẩn, ký hiệu này chỉ được sử dụng kèm với các chữ cái để chỉ rõ vùng khe hở bi thu hẹp hoặc dịch chuyển.
C3Lớn hơn tiêu chuẩn
C4Lớn hơn C3
C5Lớn hơn C4
Bảng giá trị về khe hở của các loại vòng bi sẽ được nêu trong phần giới thiệu của từng loại vòng bi tương ứng (trong catalô của nhà sản xuất). Đối với vòng bi đỡ chặn tiếp xúc góc lắp cặp và vòng bi côn, vòng bi đỡ chặn hai dãy, vòng bi tiếp xúc bốn điểm thì khe hở dọc trục sẽ được nêu thay cho khe hở hướng kính vì khe hở dọc trục có ý nghĩa quan trọng hơn trong việc thiết kế kết cấu các loại vòng bi này.

Tại sao vòng bi của bơm hư hỏng?

Có phải ý chúng ta muốn nói những yếu tố gì ảnh hưởng đến tuổi thọ của vòng bi? Hầu hết chúng ta đã từng nhiều lần thay thế vòng bi khi tháo bơm để sửa chữa hoặc thay thế hộp làm kín. Đây có phải là việc phải làm không? Nếu bạn suy nghĩ một chút, bạn sẽ tự hỏi nếu vòng bi mà không bị mòn hỏng thì sẽ không có chi tiết nào bị hư hỏng.
Tuổi thọ vòng bi được xác định bởi số giờ mà dẫn đến “mỏi” của kim loại và là một chỉ số của tải tác động lên vòng bi, số vòng quay và lượng dầu bôi trơn vòng bi.
Các công ty sản xuất bơm tính toán tuổi thọ vòng bi và cho thấy tuổi thọ có thể lên tới nhiều năm.
Ví dụ: công ty sản xuất bơm Duriron dự tính tuổi thọ của vòng bi đỡ (đối với bơm nước kích cỡ 75mm x 50mm x 250mm) là 3 năm.
Để hiểu từ “ mỏi” của kim loại chúng ta xem thí nghiệm sau đây:
-          Duỗi thẳng một chiếc kẹp giấy.
-          Đầu tiên ta uốn cong nó một chút và để nó từ từ hồi về. Bạn thấy nó sẽ trở về vị trí thẳng như cũ. Bạn làm như thế nhiều thế nhiều lần (thậm chí nhiều năm) mà không gẫy (hay mỏi) kim loại bởi vì bạn tạo ra một chu kỳ tác động nằm trong giới hạn đàn hồi của nó (tưởng tượng giống trường hợp của miếng cao su)
-          Bây giờ bạn sẽ bẻ gập cái kẹp (bẻ cong nhiều hơn trước) và bạn thấy nó sẽ không hồi lại về vị trí thẳng như ban đầu nữa. Vì lần này bạn đã bẻ cong kim loại trong giới hạn dẻo của nó.
-          Nếu bạn bẻ kẹp giấy này tới lui nhiều lần (trong giới hạn dẻo này) nó sẽ làm nứt và gẫy sau ít nhất hai lần bẻ. Kim loại sẽ bị mỏi nhanh chóng do làm việc “ quá sức” và trở nên dòn và dễ gẫy. Nếu lực uốn cong tác động lên kim loại càng nhiều thì nó sẽ làm việc “quá sức” và gẫy.
Tương tự như vậy khi vòng bi chịu tải trọng tác động từ trục quay, lực này ban đầu tác động trực tiếp lên vòng trong truyền qua các viên bi tới vòng ngoài vòng bi. Dưới tải trọng đó lực sẽ phân bố đều cho các viên bi. Lực tác động này sẽ làm mỏi các chi tiết kim loại của vòng bi từ từ theo thời gian.
Khi một bơm luôn vận hành ở điểm cho hiệu suất tốt nhất (best efficiency point -B.E.P) thì chỉ có các tải sau tác động lên vòng bi là:
-          Trọng lượng của các bộ phận quay của bơm
-          Ứng suất gây ra do việc lắp ghép có độ dôi lên trục
-          Bất kể vòng bi nào cũng có tải trọng đặt trước (hay còn gọi là dự ứng lực – preload)cho phép của nhà sản xuất.
Kiến thức bổ sung về dự ứng lực: Ổ lăn thường có khe hở bên trong nhất định khi hoạt động. Trong một số trường hợp cần phải có khe hở bên trong âm để tạo ra một độ cứng vững hoặc độ chính xác cho cụm trục-ổ (để tránh rung động và tiếng ồn). Lực này được gọi là dự ứng lực (“tải trọng đặt trước” = preload), lực này thường tác dụng theo phương dọc trục Fa (hình vẽ). Dự ứng lực tối ưu thường có giá trị xác định cho mỗi kích cỡ vòng bi, nếu lực này tác động quá lớn sẽ làm giảm tuổi thọ mỏi của vòng bi và làm tăng độ ồn, mô men ma sát và mô men làm việc. Nếu lực này tác động không đủ sẽ gây ra hiện tượng vòng bi bị mài mòn do nguyên nhân rung động. Vì vậy để tác dụng một giá trị dự ứng lực thích hợp là rất quan trọng.
Vinamain.com
Có hai kiểu tạo dự ứng lực: solid preload (kiểu cứng) và spring preload (kiểu mềm)
vinamain.com
Nhưng thực tế thì hầu hết vòng bi đều làm việc quá tải vì:
-          Lắp ghép có độ dôi quá lớn giữa vòng bi và trục (trục lắp không nằm trong dung sai cho phép)
-          Mất đồng tâm trục giữa bơm và máy dẫn động.
-          Trục bị cong.
-          Mất cân bằng động
-          Vận hành bơm ngoài điểm hiệu suất tối ưu (B.E.P).
-          Trục bị giãn nở nhiệt theo phương hướng kính.
-          Chỉ là cố gắng vô ích khi làm mát vòng bi bằng cách làm mát vỏ gối đỡ bằng ống nước hoặc bằng hệ thống tương tự. Việc làm mát bên ngoài vòng bi có thể gây ra co rút kim loại làm tăng nguy hại do gây thêm ứng suất lên vòng bi. (Nhiệt sinh ra do ma sát trong khi hoạt động được truyền ra ngoài qua trục và thân ổ. Vì thân ổ thường tải nhiệt tốt hơn trục nên nhiệt độ vòng trong và các bộ phận lăn thường cao hơn nhiệt của vòng ngoài từ 5-10oC. Nếu trục bị nóng và thân được làm mát thì sự chênh lệch nhiệt độ giữa vòng trong và vòng ngoài sẽ tăng lên)
-          Hiện tượng xâm thực, búa nước (water hammer)
-          Lực di dọc trục.
-          Đôi khi lỗ gối không tròn.
-          Thiết kế dẫn động truyền động đai.
-          Rung động gây ra do nhiều nguyên nhân.
-          Bánh công tác lắp quá xa so với vị trí vòng bi. Đây là vấn đề phổ biến ở nhiều máy khuấy trộn.
-          Vòng bi cung cấp kém chất lượng.
Sư quá tải này sẽ tạo ra nhiệt và nhiệt này là nguyên nhân phổ biến làm hư hỏng vòng bi. (Nhiệt làm giảm độ cứng của vật liệu bi và làm giảm tuổi thọ mỏi.
Nhiệt sinh ra do quá tải sẽ làm cho chất bôi trơn:
-          Giảm độ nhớt, làm sản sinh thêm nhiệt vì nó làm mất khả năng mang tải.
-          Hình thành một lớp “vecni” và sau này tạo thành lớp “than“ ở nhiệt độ cao. Lớp than này phá huỷ khả năng bôi trơn của chất bôi trơn (dầu hoặc mỡ). Nó cũng sẽ tạo ra chất bẩn rắn trong chất bôi trơn.
vinamain.com
Ảnh: Vòng bi của bơm bị quá nhiệt tạo các vết xước
Ngoài ra, khi nhiệt sinh ra do quá tải, sẽ hình thành thêm nhiệt từ các nguồn sau:
-          Mức dầu quá cao hoặc quá thấp. Bơm lắp đặt mất thăng bằng.
-          Vòng bi quá nhiều mỡ.
-          Trục chế tạo từ vật liệu có khả năng dẫn nhiệt từ lưu chất được bơm đi vào gối đỡ. Đây là vấn đề phổ biến ở các bơm dầu hoặc bơm sử dụng bộ làm kín có áo nước làm mát nhưng ngừng hoạt động.
-          Mất dòng lưu chất đệm (buffer) giữa 2 cấp đối với seal 2 cấp làm nhiệt độ tăng lên và truyền vào vòng bi.
-          Áo nước buồng dầu không làm việc.
-          Bơm sử dụng kiểu làm kín tiếp xúc (contact seal) và gần với vị trí vòng bi.
-          Hư đường nước làm mát vào hộp làm kín (flushing water).
Một nhà sản xuất vòng bi hàng đầu thế giới đã nói rằng, tuổi thọ vòng bi liên quan mật thiết, trực tiếp tới nhiệt. Nếu dầu không bị nhiễm bẩn thì vòng bi không thể mòn nhanh và có tuổi thọ có ích lên tới 30 năm ở nhiệt độ vận hành 30oC. Họ cho rằng tuổi thọ vòng bi bị mất đi một nửa cho mỗi khoảng tăng nhiệt độ dầu tăng lên 10oC.
Điều này cho thấy rằng nhiệt độ dầu là yếu tố quan trọng để tăng tuổi thọ có ích của vòng bi.
Hầu như các nguyên nhân chủ yếu gây ra hư hỏng vòng bi sớm là do chất bôi trơn bị nhiễm bẩn khí ẩm, nước và chất rắn. Chỉ cần nhiễm 0,002% nước trong dầu có thể làm giảm tuổi thọ
vòng bi 48%, và nhiễm 6% nước có thể làm giảm tuổi thọ vòng bi 83%.
Có nhiều phương pháp được nhà sản xuất bơm sử dụng để tránh nước đi vào gối đỡ là:
-          Sử dụng vòng văng (flinger ring) để đánh bật tia nước rò rỉ từ hộp gioăng làm kín (packing box) và hộp seal cơ khí đi vào gối đỡ. Đây là cách làm đơn giản nhất.
-          Duy trì dầu trong gối đỡ nóng để tránh tạo nước ngưng bên trong.
-          Dùng vòng làm kín kiểu tiếp xúc lên trục (lip seal), nhưng tuổi thọ thấp và vòng này sẽ làm hư trục do sự tiếp xúc mài mòn.
-          Vòng làm kín khuất khúc (làm kín không tiếp xúc) tốt hơn kiểu làm kín tiếp xúc nhưng không hoàn toàn hiệu quả do các bề mặt làm kín không tiếp xúc và vô dụng khi ở chế độ tĩnh.
Hơi ẩm, nước hình thành từ nhiều nguồn khác nhau:
-          Hộp gioăng làm kín rò rỉ chảy ngược về phía gối đỡ
-          Do xịt nước vào rửa khu vực rò rỉ hộp gioăng làm kín làm nước bắn vào gối đỡ.
-          Do hơi ẩm bị hút vào qua vòng làm kín khi buồng gối đỡ nguội xuống.
-          Ở đường làm mát seal thường có hơi, nước ngưng hoặc nước làm mát rò rỉ ra và đi trực tiếp vào gối đỡ.
Hơi khí ẩm và nước gây ra nhiều vấn đề:
-          Gây ăn mòn, rỗ bề mặt bi và rãnh bi điều này làm tăng nhanh sự mỏi của các chi tiết kim loại.
-          Các nguyên tử H2 tự do trong nước xuất hiện gây ra sự mòn dễ gẫy của các chi tiết kim loại của vòng bi, làm tăng nhanh sự mỏi của kim loại.
-          Thể sữa dầu và nước không tạo ra màng dầu bôi trơn.
Chất bẩn rắn đi vào chất bôi trơn từ nhiều nguồn:
-          Vòng cách bi bị mài mòn. Đây là bộ phận phân cách các viên bi và giữ chúng lăn trên rãnh bi. Thường vòng này làm đồng thau hoặc vật liệu phi kim loại.
-          Các phần tử rắn bị mài mòn từ vỏ gối đỡ (thường làm từ thép đúc).
-          Cũng có các phần tử rắn có sẵn trong dầu mỡ sử dụng cho chất bôi trơn.
-          Do quá trình sửa chữa lắp ráp thiếu vệ sinh.
-          Các chất bẩn rắn xâm nhập qua vòng làm kín của gối đỡ.
-          Các chất bẩn rắn hình thành từ vòng làm kín kiểu tiếp xúc, làm kín bằng mỡ.
Làm thế nào để chất bẩn rắn và hơi ẩm không đi vào gối đỡ:
-          làm kín bên trong buồng gối đỡ bằng epoxy và để tránh chất bẩn rắn bong ra từ vỏ kim loại. cẩn thận với việc sử dụng một số chất bôi trơn mới có tính tẩy rửa cao làm bong các lớp mạ bảo vệ kim loại.
-          Thay thế kiểu làm kín bằng mỡ và làm kín khuất khúc bằng loại làm kín tốt hơn.
-          Làm sạch dầu buồng gối đỡ nhờ hệ thống lọc dầu hoặc  thay dầu định kỳ.