CHƯƠNG 1: TỔ NG QUAN V Ề KĨ THUẬ T CH ẨN ĐOÁN TÌNH TRẠ NG
1.3 Các nguyên nhân gây hư hỏng ổ lăn
Tuổi thọ của ổ lăn hoạt động dưới điệu kiện chịu tải trọng được xác định bằng đánh giá mỏi vật liệu và mài mòn bề mặt vòng lăn. Có nhiều nguyên nhân gây ra hư hỏng ban đầu của ổ lăn, nguyên nhân thường gặp nhất là do mỏi, mòn cơ học, biến dạng dẻo, ăn mòn hóa học, biến dạng Brinell, thiếu bôi trơn, sai số lắp đặt và sai số thiết kế. Các dạng hư hỏng được trình bày chi tiết ở bên dưới:
a) Mỏi
Một ổ lăn chịu tải trọng thay đổi liên tục có thể gây ra hiện tưởng mỏi vật liệu sau một khoảng thời gian hoạt động. Hiện tượng mỏi bắt đầu hình thành từ các vết nứt nhỏ ở bên dưới bề mặt kim loại ổ lăn. Khi tiếp tục chịu tải, các vết nứt phát triển tới bề mặt kim loại và làm cho vật liệu tại đó tróc ra tạo thành khuyết tật rỗ trên bề mặt ổ lăn. Nếu ổ lăn tiếp tục được sử dụng, hư hỏng sẽ lan rộng ra do tập trung ứng suất. Khuyết tật trên bề mặt ổ lăn gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự vận hành của máy, tạo thành các va đập tức thời lặp đi lặp lại tại các tần số hư hỏng đặc trưng của ổ lăn. Khi khuyết tật phát triển lan truyền, các va đập lặp lại sẽ giảm bớt khi chuyển động của con lăn trở nên bất thường và không thể phân biệt được các va đập một cách riêng lẻ. Nếu ổ lăn tiếp tục được sử dụng, hư hỏng có thể lan
Sai số chế tạo con lăn
truyền sang các vòng lăn hoặc con lăn và từ từ dẫn tới làm tăng ma sát và nhiệt khi kích thước chỗ khuyết tật tăng lên.
b) Mòn cơ học
Mòn cơ học là một hư hỏng phổ biến khác trong ổ lăn. Nguyên nhân gây mòn chủ yếu do bụi bẩn hoặc các vật thể lạ bên ngoài lọt vào ổ lăn do không che kín ổ lăn hoặc do chất bôi trơn chứa tạp chất. Các hạt bụi khi lọt vào trong ổ lăn sẽ làm bề mặt ổ lăn bị mài mòn sinh ra các vết trầy mờ trên bề mặt ổ. Những ổ lăn bị mòn nhiều sẽ dẫn tới làm thay đổi biên dạng của vòng lăn làm thay đổi biên dạng và đường kính của con lăn, tăng khe hở trong ổ lăn. Ma sát tăng lên đáng kể và dẫn tới hiện tượng trượt, kết quả cuối cùng là dẫn tới hư hỏng hoàn toàn phải dừng máy.
c) Biến dạng dẻo
Biến dạng dẻo của bề mặt tiếp xúc của ổ lăn sinh ra khi ổ chịu tải trọng tĩnh vượt quá giới hạn cho phép. Khi đó trên bề mặt vòng lăn sẽ xuất hiện vết lõm do biến dạng dẻo. Trong quá trình hoạt động, chỗ biến dạng làm cho ổ lăn quay không đều và sinh ra rung động rất lớn.
d) Ăn mòn hóa học
Hư hỏng do ăn mòn hóa học xảy ra khi nước, axit hoặc các chất bẩn lọt vào trong dầu bôi trơn đi vào trong ổ lăn. Hiện tượng này thường xảy ra khi ổ lăn bị hư hỏng mặt bích, chất bôi trơn có lẫn axit hoặc sự đóng bẩn xảy ra khi ổ lăn bị đột ngột làm lạnh khi đang hoạt động trong môi trường có nhiệt độ cao, độ ẩm không khí lớn. Khi hiện tượng ăn mòn hóa học sinh ra, các gỉ sắt hình thành sẽ bám trên bề mặt của vòng lăn làm cho ổ lăn hoạt động không đều và gây ra rung động. Các phần tử gỉ sét này cũng gây ra hiện tượng mòn cơ học. Các vết rổ bề mặt cũng sinh ra trên bề mặt vòng lăn, dần dần tạo thành vết lõm và tróc rổ lớn.
e) Biến dạng Brinell
Biến dạng Brinell là hiện tượng các vết lõm phân bố đều trên toàn chu vi của vòng lăn, tương đương với diện tích tiếp xúc Hertzian. Ba nguyên nhân chủ yếu gây biến dạng Brinell: (1) tải trọng tĩnh quá hạn gây ra biến dạng dẻo của các vòng lăn, (2) Khi ổ lăn ở trạng thái tĩnh chịu tải trọng va đập đột ngột, (3) Khi ổ lăn tạo thành một mạch dẫn điện. Trong tất cả các trường hợp, kết quả đều dẫn tới biến dạng lõm trên vòng lăn. Trong một số trường hợp khác, nhiều biến dạng lõm sinh ra khi ổ lăn bị xoay nhẹ. Khi hoạt động ổ lăn sinh ra tiếng ồn và rung động bất thường do sự xuất hiện của các vết lõm với tác động của mỗi vết lõm giống như một vị trí mỏi nhỏ gây ra các xung va đập nhọn mỗi khi nó tiếp xúc với con lăn. Khi ổ lăn tiếp tục hoạt động các vết lõm này sẽ phát triển thành các vết tróc rỗ.
f) Thiếu bôi trơn
Thiếu bôi trơn là nguyên nhân phổ biến gây ra các hư hỏng ban đầu trong ổ lăn như trượt con lăn, tăng ma sát, sinh nhiệt và kẹt con lăn. Tại vùng tiếp xúc Hertzian có ứng suất lớn và thiếu bôi trơn, các bề mặt tiếp xúc xảy ra hiện tượng hàn dính với nhau và bị tróc ra khi con lăn di chuyển đến. Ba vị trí thiếu bôi trơn trong ổ lăn thường là điểm tiếp xúc giữa con lăn và vòng cách, giữa con lăn và vòng lăn và giữa vòng cách với vòng lăn. Thiếu bôi trơn hoặc lựa chọn chất bôi trơn không phù hợp có thể dẫn đến các hậu quả như làm tăng nhiệt độ trong ổ lăn làm cho các con lăn bị giảm độ cứng, giảm tuổi thọ ổ lăn và làm giảm chất lượng chất bôi trơn. Sự mài mòn quá mức các bộ phận ổ lăn sẽ dẫn tới những hư hỏng nghiêm trọng hơn.
g) Lỗi lắp đặt
Lỗi lắp đặt thường gây ra các hậu quả như tạo ra tải trọng đặt trước quá lớn theo hướng dọc trục hoặc hướng kính, lệch trục, khe hở lớn hoặc hư hỏng khi dùng lực tác động mạnh khi lắp đặt ổ lăn. Tải trọng đặt trước hướng kính gây ra tiếng ồn khi vận hành và thường gây ra sự chênh lệch nhiệt giữa vòng trong và vòng ngoài của ổ lăn. Sự tăng chênh lệch nhiệt độ này làm tăng tải trọng đặt trước không
mong muốn, gây ra áp suất tiếp xúc lớn dẫn tới hiện tượng mỏi sớm, làm con lăn bị mài mòn nặng và quá nhiệt. Tải trọng đặt trước dạng ô van xảy ra khi trục hoặc lổ của gối đỡ không tròn dẫn tới biến dạng vòng trong hoặc vòng ngoài, sinh ra các tải trọng đặt trước hướng kính. Một tải trọng đặt trước có thểđược sinh ra bởi sự không đồng trục giữa vòng trong và vòng ngoài, làm cho các con lăn chịu tải trọng đặt trước, tạo thành một vết mài mòn đồng đều suốt cả chu vi của vòng lăn.
Đối với vòng lăn đứng yên, vết mòn sẽ có bề rộng không đồng đều suốt cả vòng lăn. Tải trọng đặt trước dọc trục quá lớn sinh ra do lực xiết dọc trục lớn khi lắp ổ lăn. Hiện tượng mỏi sớm, mòn con lăn và quá nhiệt là các kết quả từ nguyên nhân trên. Nếu ổ lăn lắp đặt không đúng phương pháp sẽ dẫn tới lõm hoặc vết xước trên vòng lăn hoặc con lăn. Thậm chí khi vết hư hỏng nhỏ, nó cũng có thể phát triển thành một vết rổ ban đầu.
h) Lỗi thiết kế
Lỗi trong quá trình thiết kế bao gồm lựa chọn không đúng kích thước, loại ổ cho mục đích sử dụng, thiếu các chi tiết lắp ghép kẹp chặt. Lựa chọn sai ổ lăn gây ra một số vấn đề tùy thuộc vào tải trọng và vận tốc quay. Kết quả cuối cùng là làm giảm tuổi thọ và gây ra hư hỏng ban đầu. Thiếu các chi tiết lắp ghép dẫn tới khe hở lớn giữa các chi tiết lắp ghép và gây ra sự chuyển động tương đối giữa các chi tiết với nhau như hiện tượng trượt giữa vòng trong và trục quay. Sự ăn mòn ma sát xảy ra khi hiện tượng trượt nhẹ và liên tục, sinh ra các phần tử bụi kim loại gây mài mòn. Khe hở lớn sẽ dẫn tới sự tăng ma sát và nhiệt độ bên trong ổ.