Công nghệ ổ trục đang thay đổi như thế nào?

Trong vài thập kỷ qua, thiết kế vòng bi đã có những tiến bộ đáng kể mang lại những ứng dụng vật liệu mới, kỹ thuật bôi trơn tiên tiến và khả năng phân tích máy tính phức tạp..

Vòng bi được sử dụng trong hầu hết các loại máy móc quay. Từ thiết bị quốc phòng và hàng không vũ trụ đến dây chuyền sản xuất thực phẩm và đồ uống, nhu cầu về các linh kiện này ngày càng tăng. Điều quan trọng là các kỹ sư thiết kế ngày càng yêu cầu các giải pháp nhỏ hơn, nhẹ hơn và bền hơn để đáp ứng ngay cả những thử nghiệm khắt khe nhất về điều kiện môi trường.

 

khoa học vật liệu

Giảm ma sát là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng của các nhà sản xuất. Nhiều yếu tố ảnh hưởng đến ma sát như dung sai kích thước, độ hoàn thiện bề mặt, nhiệt độ, tải trọng vận hành và tốc độ. Những tiến bộ đáng kể đã được thực hiện trong thép chịu lực trong những năm qua. Thép ổ trục siêu sạch, hiện đại chứa ít hạt phi kim loại hơn và nhỏ hơn, giúp ổ bi có khả năng chống mỏi tiếp xúc cao hơn.

 

Kỹ thuật sản xuất thép và khử khí hiện đại tạo ra thép có hàm lượng oxit, sunfua và các loại khí hòa tan khác thấp hơn trong khi kỹ thuật làm cứng tốt hơn tạo ra thép cứng hơn và chống mài mòn hơn. Những tiến bộ trong sản xuất máy móc cho phép các nhà sản xuất vòng bi chính xác duy trì dung sai gần hơn trong các bộ phận vòng bi và tạo ra các bề mặt tiếp xúc có độ bóng cao hơn, tất cả đều giúp giảm ma sát và cải thiện tuổi thọ.

 

Thép không gỉ cấp 400 mới (X65Cr13) đã được phát triển để cải thiện độ ồn của ổ trục cũng như thép có hàm lượng nitơ cao để có khả năng chống ăn mòn cao hơn. Đối với môi trường ăn mòn cao hoặc nhiệt độ khắc nghiệt, giờ đây khách hàng có thể chọn từ nhiều loại vòng bi thép không gỉ cấp 316, vòng bi hoàn toàn bằng gốm hoặc vòng bi nhựa làm từ nhựa acetal, PEEK, PVDF hoặc PTFE. Khi in 3D được sử dụng rộng rãi hơn và do đó tiết kiệm chi phí hơn, chúng tôi nhận thấy khả năng sản xuất vòng bi không đạt tiêu chuẩn với số lượng nhỏ ngày càng tăng, điều này sẽ hữu ích cho các yêu cầu khối lượng thấp của vòng bi chuyên dụng.

 

Bôi trơn

 

Bôi trơn có thể đã thu hút được nhiều sự chú ý nhất. Với 13% hư hỏng ổ trục do các yếu tố bôi trơn, bôi trơn ổ trục là một lĩnh vực nghiên cứu phát triển nhanh chóng, được hỗ trợ bởi các học giả cũng như ngành công nghiệp. Hiện nay có nhiều chất bôi trơn chuyên dụng hơn nhờ một số yếu tố: nhiều loại dầu tổng hợp chất lượng cao hơn, nhiều lựa chọn hơn về chất làm đặc được sử dụng trong sản xuất dầu mỡ và nhiều loại phụ gia bôi trơn hơn để cung cấp, chẳng hạn như khả năng chịu tải cao hơn hoặc khả năng chống ăn mòn cao hơn. Khách hàng có thể chỉ định các loại mỡ bôi trơn có độ ồn thấp được lọc cao, mỡ bôi trơn tốc độ cao, chất bôi trơn cho nhiệt độ khắc nghiệt, chất bôi trơn chống nước và kháng hóa chất, chất bôi trơn chân không cao và chất bôi trơn phòng sạch.

 

Phân tích trên máy tính

 

Một lĩnh vực khác mà ngành công nghiệp vòng bi đã có những bước tiến lớn là sử dụng phần mềm mô phỏng vòng bi. Giờ đây, hiệu suất, tuổi thọ và độ tin cậy của ổ trục có thể được mở rộng hơn những gì đã đạt được cách đây một thập kỷ mà không cần thực hiện các thử nghiệm tốn kém trong phòng thí nghiệm hoặc hiện trường. Phân tích tích hợp, nâng cao về vòng bi lăn có thể mang lại cái nhìn sâu sắc vượt trội về hiệu suất của vòng bi, cho phép lựa chọn vòng bi tối ưu và tránh hỏng vòng bi sớm.

 

Các phương pháp nâng cao tuổi thọ mỏi có thể cho phép dự đoán chính xác ứng suất của phần tử và rãnh lăn, tiếp xúc với gân, ứng suất cạnh và độ cắt tiếp xúc. Chúng cũng cho phép phân tích độ lệch toàn bộ hệ thống, phân tích tải trọng và phân tích độ lệch ổ trục. Điều này sẽ cung cấp cho các kỹ sư thông tin để sửa đổi thiết kế ổ trục nhằm đáp ứng tốt hơn các ứng suất do ứng dụng cụ thể gây ra.

 

Một ưu điểm rõ ràng khác là phần mềm mô phỏng có thể giảm lượng thời gian và nguồn lực dành cho giai đoạn thử nghiệm. Điều này không chỉ đẩy nhanh quá trình phát triển mà còn giảm chi phí trong quá trình này.

 

Rõ ràng là sự phát triển khoa học vật liệu mới cùng với các công cụ mô phỏng vòng bi tiên tiến sẽ cung cấp cho các kỹ sư những hiểu biết cần thiết để thiết kế và lựa chọn vòng bi nhằm đạt được hiệu suất và độ bền tối ưu, như một phần của toàn bộ mô hình hệ thống. Việc tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong các lĩnh vực này sẽ rất quan trọng trong việc đảm bảo vòng bi tiếp tục vượt qua các giới hạn trong những năm tới.